Skip to main content
2021-08-17

Dit is een vertaling van een artikel van NASA

Door waarnemingen van drie internationale ruimtesondes op Mars (waaronder het NOMAD-instrument van het BIRA) te combineren, konden wetenschappers aantonen dat regionale stofstormen een grote rol spelen bij het uitdrogen van de Rode Planeet.

Stofstormen verwarmen de hoger gelegen delen van de koude Marsatmosfeer, waardoor waterdamp niet zoals gebruikelijk kan bevriezen en verder naar boven kan stromen. In de hoger gelegen gebieden van Mars, waar de atmosfeer schaars is, zijn watermoleculen kwetsbaar voor ultraviolette straling, die hen uiteen doet vallen in hun lichtere componenten waterstof en zuurstof. Waterstof, het lichtste element, gaat gemakkelijk verloren in de ruimte, terwijl zuurstof ofwel ontsnapt ofwel naar het oppervlak terugkeert.

"Het enige wat je hoeft te doen om water permanent te verliezen, is één waterstofatoom verliezen, want dan kunnen de waterstof en de zuurstof niet meer samenkomen in water," zei Michael S. Chaffin, een onderzoeker aan het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado in Boulder. "Dus als je een waterstofatoom kwijt bent, ben je zeker een watermolecuul kwijt."

Wetenschappers vermoeden al lang dat Mars, ooit warm en nat zoals de aarde, het grootste deel van zijn water grotendeels verloren heeft door dit proces, maar ze realiseerden zich niet hoe groot de impact is van regionale stofstormen, die bijna elke zomer op het zuidelijk halfrond van de planeet plaatsvinden. Men dacht dat de stofstormen op het zuidelijk halfrond, die om de drie tot vier jaar op Mars voorkomen, de belangrijkste boosdoeners waren, samen met de hete zomermaanden op het zuidelijk halfrond wanneer Mars dichter bij de zon staat.

Maar de atmosfeer van Mars wordt ook verwarmd tijdens kleinere, regionale stofstormen, zo blijkt uit een nieuw artikel dat op 16 augustus is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy. De onderzoekers, een internationaal team onder leiding van Chaffin, ontdekten dat Mars tijdens een regionale storm twee keer zoveel water verliest als tijdens een zuidelijk zomerseizoen zonder regionale stormen.

"Dit artikel helpt ons virtueel terug te gaan in de tijd en te zeggen: OK, nu hebben we een andere manier om water te verliezen die ons zal helpen dit kleine beetje water dat we vandaag op Mars hebben in verband te brengen met de enorme hoeveelheid water die we in het verleden hadden," zei Geronimo Villanueva, een expert in Marswater bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en co-auteur van Chaffin's artikel.

Dust tower
De geelwitte wolk in het midden onderaan dit beeld is een Mars "stoftoren" - een geconcentreerde stofwolk die tientallen kilometers boven het oppervlak kan worden uitgestoten. De blauwwitte pluimen zijn waterdampwolken. Olympus Mons, de hoogste vulkaan in het zonnestelsel, is zichtbaar in de linkerbovenhoek, terwijl Valles Marineris te zien is in de rechteronderhoek. De foto werd genomen op 30 november 2010 en werd gemaakt door de Mars Color Imager van de Mars Reconnaissance Orbiter van de NASA.
Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Aangezien water een van de belangrijkste ingrediënten is voor het leven zoals wij dat kennen, proberen wetenschappers te begrijpen hoe lang het op Mars heeft gevloeid en hoe het verloren is gegaan.

Miljarden jaren geleden was er op Mars veel meer water dan nu. Wat over is, is bevroren aan de polen of opgesloten in de korst. Als dit overgebleven water zou smelten, zou het een oceaan tot 30 meter diep kunnen vullen, voorspellen sommige wetenschappers.

Hoewel wetenschappers als Chaffin veel ideeën hadden over wat er met het water op Mars gebeurde, ontbrak het hen aan de nodige metingen om het hele plaatje in elkaar te passen. Een zeldzame samenkomst van banen van ruimtevaartuigen tijdens een regionale stofstorm in januari-februari 2019 stelde wetenschappers in staat om ongekende waarnemingen te verzamelen.

NASA's Mars Reconnaissance Orbiter meette de temperatuur, stof en water-ijsconcentraties vanaf het oppervlak tot ongeveer 100 kilometer daarboven. Binnen hetzelfde hoogtebereik heeft de Trace Gas Orbiter van de ESA (European Space Agency) de concentratie van waterdamp en ijs gemeten. En NASA's Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN, of MAVEN, ruimtevaartuig rondde de metingen af door de hoeveelheid waterstof te rapporteren, die H2O moleculen zou hebben afgebroken, in de hoogste regionen van Mars, tot meer dan 1.000 kilometer boven het oppervlak.

Het was de eerste keer dat zoveel missies zich concentreerden op één enkele gebeurtenis, zei Chaffin: "We hebben echt het hele systeem in actie gezien."

De gegevens die zijn verzameld door vier instrumenten op de drie ruimtevaartuigen schetsen een duidelijk beeld van de rol van een regionale stofstorm bij het ontsnappen van water op Mars, zo melden wetenschappers. "De instrumenten zouden allemaal hetzelfde verhaal moeten vertellen, en dat doen ze," zei Villanueva, een mede-onderzoeker van het NOMAD instrument aan boord van de Trace Gas Orbiter.

NOMAD en ACS, een ander instrument op de Europese orbiter, toonde waterdamp in de lagere atmosfeer voordat de stofstorm begon. Toen de stofstorm begon, de atmosfeer opwarmde en winden veroorzaakte, zagen de instrumenten dat waterdamp naar grotere hoogten werd gekatapulteerd. TGO vond 10 keer meer water in de middelste atmosfeer nadat de stofstorm was begonnen, wat precies samenvalt met gegevens van de infrarode radiometer op de Mars Reconnaissance Orbiter.

De radiometer mat de stijgende temperaturen in de atmosfeer naarmate het stof zich boven Mars ophoopte. Hij zag ook water-ijs wolken verdwijnen, zoals verwacht omdat ijs niet langer kon condenseren nabij het warmere oppervlak. Beelden van MAVEN's ultraviolet spectrograaf bevestigen dit; ze laten zien dat vóór de storm van 2019 ijswolken te zien waren die boven de stijgende vulkanen in de Tharsis-regio van Mars zweefden. "Maar ze verdwenen volledig toen de stofstorm in volle gang was," zei Chaffin, en kwamen weer tevoorschijn nadat de stofstorm eindigde.

Verwacht wordt dat waterdamp op grotere hoogte door de ultraviolette straling van de zon wordt afgebroken tot waterstof en zuurstof. Waarnemingen van MAVEN toonden dit inderdaad aan, want de orbiter registreerde een luchtgloed in de bovenste atmosfeer met waterstof die tijdens de storm met 50% toenam. Deze meting kwam perfect overeen met een zwelling van water zo'n 100 km lager, waarvan wetenschappers zeggen dat het de bron van de waterstof was.

Dit onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door de MAVEN-missie. De hoofdonderzoeker van MAVEN is gevestigd aan de Universiteit van Colorado Boulder's Laboratory for Atmospheric and Space Physics, en NASA Goddard beheert het MAVEN-project.

Door Lonnie Shekhtman
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Origineel artikel op de NASA-website

News image 1
News image legend 1
De geelwitte wolk in het midden onderaan dit beeld is een Mars "stoftoren" - een geconcentreerde stofwolk die tientallen kilometers boven het oppervlak kan worden uitgestoten. De blauwwitte pluimen zijn waterdampwolken. Olympus Mons, de hoogste vulkaan in het zonnestelsel, is zichtbaar in de linkerbovenhoek, terwijl Valles Marineris te zien is in de rechteronderhoek. De foto werd genomen op 30 november 2010 en werd gemaakt door de Mars Color Imager van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter.
Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS
News image 2
News image legend 2
Deze grafiek vat de gegevens samen die door drie orbiters zijn verzameld tijdens een regionale stofstorm op Mars in januari tot en met februari 2019. Van beneden naar boven: Het onderste paneel toont stof dat zich ophoopt in de atmosfeer boven één regio van Mars; donkerder bruin duidt op een hogere dichtheid. Het middenpaneel toont een overeenkomstige temperatuurstijging in de atmosfeer, die zich ongeveer 50 kilometer boven het oppervlak uitstrekt; hoe helderder de kleur, hoe hoger de temperatuur. Het bovenste paneel laat zien dat naarmate de stofdichtheid toeneemt en de atmosfeer opwarmt, ijs, aangegeven met wit, uit het gebied verdwijnt omdat waterdamp niet langer kan bevriezen. Het volgende paneel toont drie waarnemingen van het Tharsis vulkaangebied voor (links), tijdens (midden), en na (rechts) de stofstorm. Je kunt witte ijswolken zien die de Tharsis-vulkanen bedekken voor en na de stofstorm, maar niet tijdens de storm. Het voorlaatste paneel van boven toont de toename van de dichtheid van water op grotere hoogten tijdens de stofstorm, en daarboven, in het bovenste paneel, zie je een overeenkomstige opheldering (lichtblauw) van waterstof op hoogten zo hoog als 620 mijl, of 1.000 kilometer, boven het oppervlak.
Credits: Michael S. Chaffin
News image 3
News image legend 3
Locatie van het NOMAD-instrument aan boord van het TGO ruimtevaartuig.
Credit: ESA