Die radarreflecties bij de zuidpool van Mars zijn vermoedelijk van klei en niet van water

De gekleurde stippen zijn de plekken waar op radarbeelden van de Mars Express heldere reflecties zijn gevonden. Credit: ESA/NASA/JPL-Caltech.

In 2018 dachten Roberto Orosei (Istituto Nazionale di Astrofisica in Italië) en z’n team dat heldere reflecties zichtbaar op radarbeelden van de zuidpool van Mars gemaakt met de Europese Mars Express orbiter wezen op ondergrondse meren met water. Maar drie onafhankelijke onderzoeken van de gegevens van de radarbeelden en laboratoriumexperimenten, waarbij een koude omgeving werd nagebootst, laten zien dat die reflecties vermoedelijk niet veroorzaakt worden door water, maar door… klei. En daarmee lijken die reflecties hetzelfde lot te zijn beschoren als dat van de zogeheten ‘recurring slope lineae’, die in 2015 werden onderzocht met NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) en waarvan toen werd gedacht dat die strepen werden veroorzaakt door stromend water. Later onderzoek door MRO’s HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment) camera wees uit dat vallend zand vermoedelijk de producent van de strepen was. En nu dus die ondergrondse meren, die vermoedelijk geen water zijn, maar klei. Het lijkt erop dat het te koud in de grond onder de ijskap van Mars is om daar water in vloeibare vorm te laten bestaan, zelfs als het water vermengd zou zijn met perchloraten, een soort zoutverbinding. Men denkt daarom dat de reflecties worden veroorzaakt door smektieten, een soort klei die overal op Mars voorkomt. Bron: NASA/JPL.

Langverwacht overzichtsartikel onthult reis van water van interstellaire wolken tot leefbare werelden

Routekaart van ruimtewater van wolk tot planeet. Van linksboven naar rechtsonder: water in een koude interstellaire wolk, bij een jonge ster met straalstroom, in een protoplanetaire schijf, in een komeet en in de oceanen van een exoplaneet. De eerste drie stadia tonen het spectrum van waterdamp gemeten door het HIFI-instrument op de Herschel-ruimtetelescoop. De signalen van de koude interstellaire wolk en van de protoplanetaire schijf zijn in deze afbeelding overdreven met een factor 100 ten opzichte van die in het midden bij de jonge, vormende ster. (c) ESA/ALMA/NASA/L.E. Kristensen

De Nederlandse sterrenkundige Ewine van Dishoeck (Universiteit Leiden) heeft met een internationaal team van collega’s een overzichtsartikel geschreven over alles wat we dankzij ruimtetelescoop Herschel weten over water in de interstellaire ruimte. Het artikel in het vakblad Astronomy & Astrophysics zet bestaande kennis op een rij en bevat ook nieuwe informatie over waar het water op nieuwe, mogelijk leefbare werelden vandaan komt. De verwachting is dat het artikel de komende twintig jaar dient als naslagwerk.

Hoe en waar water wordt gevormd in de ruimte tussen de sterren en hoe dit water uiteindelijk op een planeet als de aarde terechtkomt, was tot tien jaar geleden niet overtuigend vastgesteld. Dat kwam onder andere doordat waarnemingen met telescopen vanaf de aarde verstoord worden door onze eigen waterrijke atmosfeer. In 2009 lanceerde ESA de ver-infrarode ruimtetelescoop Herschel die onderzoek aan water als een van zijn speerpunten had. Dat gebeurde vooral met het onder Nederlandse leiding gebouwde HIFI-instrument, ook wel de ‘moleculenjager’ genoemd. De telescoop deed tot 2013 dienst. In de afgelopen jaren verschenen er tientallen wetenschappelijke artikelen met losse Herschel-resultaten over water. Nu zijn deze resultaten op een rij gezet, gecombineerd en uitgebreid met nieuwe inzichten.

De nieuwe studie beschrijft de levensloop van water van de eerste tot de laatste fase van het stervormingsproces, inclusief de tussenliggende stadia die tot nu toe onderbelicht waren gebleven. Het artikel toont aan dat het merendeel van het water wordt gevormd als ijs op piepkleine stofdeeltjes in de koude en ijle interstellaire wolken. Als die wolk ineenstort tot nieuwe sterren en planeten, blijkt het water vrijwel onaangetast te blijven. Daarna wordt het gros van het water snel verankerd in stofdeeltjes zo groot als kiezelstenen. In de roterende schijf rond de jonge ster vormen die kiezelstenen dan de bouwstenen voor nieuwe planeten.

Verder hebben de onderzoekers uitgerekend dat vrijwel alle nieuwe zonnestelsels worden geboren met voldoende water om een paar duizend oceanen te vullen. Ewine van Dishoeck: “Het is fascinerend om je te realiseren dat als je een glas water drinkt, het merendeel van die moleculen al meer dan 4,5 miljard jaar geleden zijn gemaakt in de wolk waaruit onze zon en de planeten ontstonden.”

De Herschel IR ruimtelescoop. Credit: ESA/AOES Medialab/NASA/ESA/STScI

Veel van de eerdere Herschel-resultaten gingen over de warme waterdamp die bij vormende sterren prominent aanwezig is en in grote hoeveelheden wordt geproduceerd. Maar dat water wordt door de straalstroom van de jonge ster de ruimte in ‘gespoten’ en gaat verloren. Bij het schrijven van het overzicht kregen de onderzoekers steeds meer inzicht in de chemie van het koude water en het ijs. Zo konden ze onder andere aantonen dat interstellair ijs laag voor laag op stofdeeltjes aangroeit. Ze deden dat aan de hand van de zwakke signalen van zwaar water (HDO en D2O in plaats van H2O).

In de toekomst hopen de onderzoekers meer water in het heelal te bestuderen en dan met name in zich vormende planeetstelsels. Maar dat kan nog wel even duren. Een met Herschel vergelijkbare ruimtetelescoop staat namelijk op z’n vroegst rond 2040 gepland. Ewine van Dishoeck: “Er was een kans dat er rond 2030 een ‘watertelescoop’ de ruimte in zou gaan, maar dat project is afgelast. Dat is jammer, maar het was voor mij en mijn team een extra reden om het wateroverzicht te maken. Zo hebben we een collectief geheugen voor als er een nieuwe missie komt.”

Overigens gaat eind 2021 de James Webb ruimtetelescoop de lucht in. Daarop zit het mede in Nederland gebouwde MIRI-instrument dat juist een onderdeel van de waterkaart kan ophelderen dat tot nu toe buiten bereik bleef. MIRI kan namelijk de warme waterdamp zien in de binnenste zones van stofschijven. Medeauteur Michiel Hogerheijde (Universiteit Leiden en Universiteit van Amsterdam): “Herschel heeft al laten zien dat planeetvormende schijven rijk zijn aan waterijs. Met MIRI kunnen we nu dat spoor volgen tot in de gebieden waar aardachtige planeten worden gevormd.”

Met de ALMA-schotels in Chili kan vanaf de grond naar waterdamp worden gekeken. Dan gaat het vooral ook om water in heel verre sterrenstelsels. Daarvan zijn de waterlijnen zo ver verschoven dat het water in de aardse atmosfeer niet meer stoort. Medeauteur Lars Kristensen (University of Copenhagen, Denemarken) vult aan: “Dankzij de nalatenschap van Herschel kunnen we die gegevens van ALMA veel beter interpreteren.”

Over de Herschel-ruimtetelescoop

Herschel was een ruimtetelescoop van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA in samenwerking met de Amerikaanse NASA. Voor het wateronderzoek werd gebruik gemaakt van het HIFI-instrument en het PACS-instrument op de telescoop. HIFI was ontworpen en gebouwd door een consortium van instituten en universiteiten uit Europa, Canada en de Verenigde Staten onder leiding van het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON. Het PACS-instrument was ontwikkeld door een consortium onder leiding van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Duitsland. Ewine van Dishoeck leidde het wateronderzoek in het WISH-programma.

Wetenschappelijk artikel

Water in star-forming regions: Physics and chemistry from clouds to disks as probed by Herschel spectroscopy. By Ewine F. van Dishoeck et al. Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics, 2021. Origineel: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202039084
Gratis preprint: https://arxiv.org/abs/2102.02225

Bron: Astronomie.nl

ExoMars detecteert nieuw gas en spoort waterverlies op Mars op

Beeld van de Terra Sabaea- en Arabia Terra-gebieden van Mars, samengesteld uit gegevens van de High Resolution Stereo Camera op ESA’s Mars Express-ruimtesonde. Credit: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

ESA-Roscosmos’ ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) heeft voor het eerst een ‘nieuw’ gas ontdekt: een gas dat nooit eerder op Mars werd waargenomen. Zeezout dat in het stoffige oppervlak van Mars is ingebed en in de atmosfeer van de planeet is meegevoerd, heeft geleid tot de ontdekking van waterstofchloride. TGO levert ook nieuwe informatie over de manier waarop Mars zijn water verliest.

Twee belangrijke drijfveren in Marsonderzoek zijn enerzijds de jacht op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit, en anderzijds het verkrijgen van inzicht in de vroegere en huidige watervoorraad op de planeet, om te bepalen of Mars ooit bewoonbaar kan zijn geweest en of er waterreservoirs toegankelijk kunnen zijn voor toekomstige menselijke exploratie. Twee nieuwe resultaten van het ExoMars-team, vandaag gepubliceerd in Science Advances, onthullen een geheel nieuwe klasse van chemie en geven meer inzicht in seizoensgebonden veranderingen en interacties tussen oppervlak en atmosfeer.

Een nieuwe chemie

De Trace Gas Orbiter-missie verzamelt al sinds het voorjaar van 2018 atmosferische gegevens op Mars. Naast de zoektocht naar methaan is de detectie van nieuwe gassen een van de hoofddoelen van de missie. Het recentste onderzoek op Mars heeft nu voor het eerst geleid tot de ontdekking van een nieuw gas in de atmosfeer van Mars: waterstofchloride. Dit is de eerste detectie van een halogeengas in de atmosfeer van Mars, en vertegenwoordigt een nieuwe chemische cyclus om te begrijpen.

Waterstofchloridegas, of HCl, bestaat uit een waterstof- en een chlooratoom. Mars-wetenschappers waren altijd al op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel omdat ze mogelijke indicatoren zijn van vulkanische activiteit. Maar de aard van de waarnemingen – het feit dat waterstofchloride op hetzelfde moment op zeer afgelegen plaatsen werd waargenomen, en het ontbreken van andere gassen die men bij vulkanische activiteit zou verwachten – wijst op een andere bron. De ontdekking wijst op een geheel nieuwe interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer van Mars, aangedreven door de stofseizoenen op Mars, die nog niet eerder was onderzocht.

In een proces dat veel gelijkenis vertoont met dat op aarde worden zouten in de vorm van natriumchloride (NaCl) – overblijfselen van de oceanen die verdampt zijn en gevangen zitten in het stoffige oppervlak van Mars – door de winden in de atmosfeer gebracht. Zonlicht verwarmt de atmosfeer waardoor het stof, samen met de waterdamp (H2O) die vrijkomt uit de ijskappen, opstijgt. Het zoute stof reageert met het water in de atmosfeer waarbij chloor vrijkomt, dat op zijn beurt weer reageert met waterstofmoleculen en waterstofchloride vormt. Door verdere reacties zou het chloor- of zoutzuurrijke stof kunnen terugkeren naar het oppervlak, misschien in de vorm van perchloraten, een zoutsoort die bestaat uit zuurstof en chloor.

Hoe waterstofchloride op Mars kan ontstaan. Credit: ESA

Water blijkt een cruciaal element te zijn in deze chemie: je hebt waterdamp nodig om chloor vrij te maken en je hebt de bijproducten van water – waterstof – nodig om waterstofchloride te vormen. Maar ook het stof speelt een heel belangrijke rol: er wordt meer waterstofchloride waargenomen wanneer de stofactiviteit toeneemt, een proces dat verband houdt met de seizoensgebonden opwarming van het zuidelijk halfrond.

Het team nam het gas voor het eerst waar tijdens de globale stofstorm in 2018, waarbij het gelijktijdig op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond verscheen, en was getuige van de verrassend snelle verdwijning ervan weer aan het einde van de seizoensgebonden stofperiode. Wetenschappers hebben inmiddels de gegevens van het volgende stofseizoen bekeken en zien de HCl stijgen.

Uitgebreide laboratoriumtests en nieuwe globale atmosferische simulaties zullen nodig zijn om de op chloor gebaseerde interactie tussen oppervlak en atmosfeer beter te begrijpen, samen met voortgezette waarnemingen op Mars om te bevestigen dat de stijging en daling van HCl wordt aangedreven door de zomer op het zuidelijk halfrond.

Stijgende waterdamp biedt aanknopingspunten voor klimaatevolutie

Behalve nieuwe gassen levert de Trace Gas Orbiter ook een beter inzicht in de manier waarop Mars zijn water verloor – een proces dat eveneens verband houdt met seizoensgebonden veranderingen.

Ooit zou vloeibaar water over het oppervlak van Mars hebben gestroomd, zoals blijkt uit de talrijke voorbeelden van oude opgedroogde valleien en rivierbeddingen. Vandaag de dag zit het meestal opgesloten in de ijskappen of onder het Marsoppervlak. Mars lekt ook vandaag nog water in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen.

Inzicht in het samenspel van potentiële waterhoudende reservoirs en hun gedrag op seizoens- en lange termijn is essentieel om de evolutie van het klimaat van Mars te begrijpen. Dit kan worden gedaan door het bestuderen van waterdamp en ‘halfzwaar’ water (waarbij één waterstofatoom is vervangen door een deuteriumatoom, een vorm van waterstof met een extra neutron).

De deuterium-over-waterstof-verhouding, D/H, vertelt ons iets over de geschiedenis van het water op Mars, en hoe het waterverlies in de loop der tijd is geëvolueerd.

Met de Trace Gas Orbiter kunnen we het pad van de waterisotopologiën volgen terwijl ze opstijgen in de atmosfeer met een niveau van detail dat niet eerder mogelijk was. Eerdere metingen gaven alleen het gemiddelde over de hele atmosfeer. Het is alsof we vroeger alleen een 2D-beeld hadden, nu kunnen we de atmosfeer in 3D verkennen.
zegt Ann Carine Vandaele van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie, hoofdonderzoeker van het Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) instrument dat voor dit onderzoek werd gebruikt.

ExoMars observeert water in de atmosfeer van Mars. Credit: ESA

De nieuwe metingen onthullen dramatische variabiliteit in D/H met de hoogte en het seizoen naarmate het water opstijgt van zijn oorspronkelijke locatie. De gegevens laten zien dat zodra het water volledig is verdampt, het een hoge verrijking in halfzwaar water vertoont met een D/H-verhouding die zes keer zo hoog is als die van de aarde, hetgeen bevestigt dat in de loop van de tijd grote hoeveelheden water verloren zijn gegaan.

ExoMars-gegevens die tussen april 2018 en april 2019 zijn verzameld, lieten ook drie gevallen van versneld waterverlies in de atmosfeer zien: de wereldwijde stofstorm van 2018, een korte maar intense regionale storm in januari 2019, en het vrijkomen van water uit de zuidelijke poolijskap tijdens de zomermaanden, gekoppeld aan seizoenswisselingen. Van bijzonder belang is een pluim van opstijgende waterdamp tijdens de zuidelijke zomer die op seizoens- en jaarbasis water in de bovenste atmosfeer zou kunnen injecteren.

Toekomstige waarnemingen, gecoördineerd met andere ruimtevaartuigen, waaronder NASA’s MAVEN, dat zich richt op de bovenste atmosfeer, zullen aanvullende informatie opleveren over de evolutie van water gedurende het Martiaans jaar.

De wisseling van de seizoenen op Mars, en in het bijzonder de relatief hete zomer op het zuidelijk halfrond, lijkt de drijvende kracht te zijn achter deze nieuwe waarnemingen, zoals het verhoogde waterverlies in de atmosfeer en de stofactiviteit die verband houdt met de detectie van waterstofchloride, die we zien in de twee nieuwste studies. De waarnemingen van de Trace Gas Orbiter stellen ons in staat de Marsatmosfeer te verkennen zoals nooit tevoren.

Seizoensvariabiliteit van water (links) en D/H (rechts) voor de noordelijke (boven) en zuidelijke (onder) hemisferen, zoals bepaald door het Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) instrument aan boord van de ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter. Er is waargenomen dat water grote hoogten van meer dan 80 km bereikt tijdens regionale en wereldwijde stofstormen en aan het begin van de zuidelijke zomer (met de naam ‘aspirator’). Koudere temperaturen aan de polen en in de middelste atmosfeer leiden tot fractionering van water en een schijnbare afname van D/H. Wanneer het water echter volledig verdampt is, vertoont het een sterke verrijking van zes maal die van de oceanen op aarde, hetgeen bevestigt dat in de loop van de tijd grote hoeveelheden water naar de ruimte verloren zijn gegaan.
Credit: Villanueva et al. (2021)

Vakartikelen

Bron: Aeronomie.be.

Nieuwe grote reservoirs van ijs ontdekt op zuidelijk halfrond Mars

THEMIS image credit: NASA/JPL/ASU, MOLA image credit: NASA/JPL/GSFC.

Dat er water op Mars is weten we al een tijd, meestal komt het er voor in de vorm van waterijs. Dit jaar nog werden drie ondergrondse meren ontdekt. Nu kan daar weer een nieuw hoofdstuk aan worden toegevoegd, want een team van onderzoekers onder leiding van Dan Berman heeft met behulp van het Shallow Radar (SHARAD) instrument aan boord van NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter zogeheten Viscous Flow Features (VFF’s) op Mars in kaart gebracht, kenmerken in het landschap die wijzen op stromen van ijs. De onderzoekers vonden die kenmerken in het gebied genaamd Nereidum Montes, dat zich bevindt aan de noordelijke rand van het Argyre bekken op het zuidelijk halfrond van Mars (zie afbeelding bovenaan en hieronder).

CTX images credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS. HiRISE images credit: NASA/JPL/UA.

In dit vakartikel van Berman et al, dat in februari 2021 zal worden gepubliceerd in Icarus, zeggen ze in dat gebied een grote hoeveelheid ijsrijke afzettingen te hebben gevonden. Het gebied is buiten de poolstreek gelegen en ze denken dat dit het grootste reservoir van waterijs is buiten de zuidelijke pool van Mars. Analyse van de radarbeelden van het gebied laat zien dat het ijs op sommige plekken wel 500 meter dik is en dat het voor bijna 100% uit waterijs bestaat. Bron: PSI.

Over water dat ontsnapt van Venus én Mars

Impressie van de interactie tussen Venus en de zonnewind. CREDIT: ESA (Image by C. Carreau)

Afgelopen week kwamen twee nieuwsberichten tot ons die allebei gingen over water dat ontsnapt van planeten, in dit geval Venus en Mars. Even de beide nieuwsberichten op een rijtje:

  • Ten eerste Venus: Moa Persson (Swedish Institute of Space Physics en Umeå University) heeft gekeken naar gegevens die verzameld zijn met het ASPERA-4 instrument aan boord van de Europese Venus Express sonde, die om Venus draait. Daarmee kon men de hoeveelheid ionen meten, die de atmosfeer van Venus verlaten, iets dat periodiek verandert met de hoeveelheid zonnewind, die weer schommelt door de elfjarige cyclus van de zon. Uit het onderzoek van Persson komt naar voren dat Venus op het oppervlak kurkdroog is, hetgeen met een temperatuur aldaar van 460 °C niet zo verwonderlijk is. Maar ooit was Venus veel natter en zou de diepte van dat water, indien het gelijk over het oppervlak zou zijn verdeeld, honderden meters (!) diep zijn geweest. Van die enorme hoeveelheid water die Venus ooit op z’n oppervlak had is slechts een paar decimeter uit de atmosfeer ontsnapt, aldus de ASPERA-4 gegevens. En de rest van dat water, waar is dat dan nu? Dat zou dan in de atmosfeer van Venus moeten zitten. Hier de thesis van Persson, waarin z’n onderzoek terug te lezen valt. Bron: IFR.
  • Ten tweede Mars: daar blijkt de situatie toch echt anders te zijn dan op Venus. Onderzoekers van de Universiteit van Arizona hebben ontdekt dat in de bovenste delen van de atmosfeer van Mars een grote hoeveelheid water wordt vernietigd. Zij baseerden zich op de gegevens die verzameld zijn door de MAVEN missie van de NASA. Zo af en toe duikt MAVEN een paar uur door de hogere delen van de ijle atmosfeer van Mars en met het Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS) instrument meet ‘ie dan de hoeveelheid ionen, net zoals ASPERA-4 dat bij Venus doet. Ook Mars heeft een natte historie, die heel anders was dan de hedendaagse Rode Planeet.

    Links Mars tegenwoordig, rechts een impressie van Mars in z’n natte periode. CREDIT: NASA’s Goddard Space Flight Cente

    Het onderzoek laat zien dat Mars een miljard jaar geleden een hoeveelheid water bevatte, die gelijk verspreid over het oppervlak een diepte van 43 cm zou hebben gehad. Op Aarde hebben we een zogeheten hygropauze in de atmosfeer, die door z’n lage temperatuur water aan het oppervlak verhindert om hoog in de atmosfeer op te stijgen. Op Mars is de hygropauze te warm en daardoor kon water wel opstijgen en hoog in de atmosfeer valt het waterdamp onder invloed van de zonnewind uiteen in ionen en verdwijnt het in de ruimte. Naast dat verlies van 43 cm waterdiepte door een te warme hygropauze is er nog een nadere oorzaak van waterverlies: zo’n extra 17 cm zou Mars hebben verloren door de invloed van stofstormen, die ook veel waterdamp in de hogere delen van de atmosfeer brengen. Hier het vakartikel over het waterverlies van Mars, deze week verschenen in Science. Bron: Universiteit van Arizona.

Voor het eerst water ontdekt op de zonbeschenen kant van de maan

Montage van SOFIA en een voorstelling van de watermoleculen in rotsen op de maan. Credits: NASA/Daniel Rutter

Gebruikmakend van NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) én de Lunar Reconnaissance Orbiter – óók van de NASA – hebben onderzoekers voor het eerst water ontdekt aan de door zon beschenen kant van de maan. Deze ontdekking betekent dat de maan mogelijk meer water bevat dan gedacht en dat water niet alleen voorkomt in de koude, schaduwrijke diepe kraters bij de polen van de maan. Met SOFIA – een grote Boeing 747 vol met apparatuur, zoals de infraroodtelescoop Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope (FORCAST) – heeft men watermoleculen (H2O) ontdekt in de Clavius krater op het zuidelijk halfrond. De watermoleculen zitten in kleine stukjes glas en in maanstof. Het gaat niet om grote hoeveelheden: in de Sahara woestijn zit vermoedelijk honderd keer zo veel water als dat er op de maan zit. Wel lijkt het er op dat het water ook op andere plekken is dan in de diepe kraters, op plekken waar nooit zon komt en waar het water ook niet kan verdampen. Het moet nog blijken of het water van nut kan zijn bij de bemande ruimtevaart die de NASA van plan is (het doel is nog steeds om in 2024 weer Amerikanen op de maan te krijgen).

Hier het vakartikel over de waarnemingen met SOFIA aan het water op de maan, verschenen in Nature Astronomy. Bron: NASA.

Water op Mars was zout en rijk aan mineralen – wellicht geschikt voor leven

Marsrover Curiosity in de Gale krater. Credit: NASA

Dat er miljarden jaren geleden water op Mars heeft gestroomd is bekend, daar zijn verschillende bewijzen voor ontdekt – zie deze en deze overzichten daarvoor. Nou heb je water en water en daar kan scheikundig gezien erg veel verschil in zitten, de zoutgraad (saliniteit), de zuurgraad (pH), de staat van ‘redox’ (de hoeveelheid gassen als waterstof H2 en zuurstof O2). Recent onderzoek met de Curiosity Marsrover van de NASA aan sedimenten die ooit hoorden bij het ‘paleomeer’ in de Gale krater op Mars laat nu zien dat het oppervlaktewater op Mars vroeger rijk moet zijn geweest aan mineralen én dat het zout was, een hoge graad van saliniteit had. De zuurgraad van het water zou erg lijken op dat van de oceanen op aarde, een neutrale pH. Hieronder zie je een afbeelding die laat zien hoe men de chemische samenstelling van het water heeft kunnen bepalen.

Met behulp van sedimenten van klei (smectiet genaamd) kan men meer te weten over de scheikundige samenstelling van het water. Dat kan door de uitwisseling van ionen. Credit: Nature Communications

Japanse onderzoekers hebben eerder in Nature een artikel gepubliceerd over hun analyse van de gegevens verzameld met Curiosity van de sedimenten in Gale krater. Op basis van dat onderzoek denken zij dat het water op Mars vroeger mogelijk geschikt was voor het ‘huisvesten’ van microbacterieel leven. Bron: Tokio Instituut van Technologie.

Water, water en nog eens water

Credit: JAXA

Kort drie nieuwsberichten over water in het zonnestelsel.

  • Ten eerste hebben kosmoscheikundigen – jawel, die bestaan ook – van de Arizona State University in monsters verzameld met behulp van de Japanse Hayabusa sonde op het oppervlak van de planetoïde Itokawa (zie de afbeelding hierboven) water aangetroffen. Momenteel is de Haybusa 2 bezig met onderzoek aan de Ryugu planetoïde, maar diens voorganger Hayabusa deed dat jaren geleden ook al bij die andere planetoïde en de verzamelde monsters zijn in 2010 naar de aarde teruggebracht. Vijf minuscule bodemmonsters zijn onderzocht met een gevoelige massaspectrometer en twee ervan blijken water te bevatten, met dezelfde isotopische samenstelling als dat van aards water. Veel wetenschappers denken dat het aarde op aarde afkomstig is van planetoïden, die in de vroege periode van het zonnestelsel insloegen op aarde, dus deze metingen steunen die theorie. Bron: Science Daily.
  • Dan is er onderzoek van onder andere de Universiteit van Hawaï dat laat zien dat er ook op de maan water kan worden gevormd. Dat blijkt te kunnen in een proces dat drie factoren telt: de hoogenergetische deeltjes van de zonnewind, dat zijn vooral protonen, de mineralen op het maanoppervlak, zoals olivijn, en inslagen van micrometeorieten. Bij experimenten in het laboratorium kon men de synergie tussen die drie nabootsen en er blijkt bij voldoende hoge temperaturen deuterium (zwaar waterstof) te kunnen ontstaan. Bron: Universiteit van Hawaï.
  • Tenslotte hebben onderzoekers van de NASA met behulp van het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), een vliegtuig van waaruit waarnemingen kunnen worden verricht, de komeet Wirtanen bestudeerd, die in december 2018 z’n dichtste nadering tot de aarde had, en daaruit komt naar voren dat Wirtanen waterstof uitstoot dat lijkt als twee druppels op dat in onze oceanen, ha what’s in a name.

    Credits: NASA/SOFIA/L. Cook/L. Proudfit

    Zoals eerder ook al naar voren kwam in het onderzoek bij de komeet 67P is van belang welke soort water objecten bevatten. Bij de metingen gaat het om de ‘smaak’ van water, weergegeven in de verhouding tussen deuterium (waterstof met een extra neutron) en waterstof, de zogeheten isotopenverhouding D/H. 67P bleek een andere soort water te bevatten dan de aarde, maar dat van Wirtanen, die een ‘hyperactieve komeet’ is, blijkt dus hetzelfde te zijn. En dat zou dan weer steun zijn voor de theorie dat – naast planetoïden – kometen bij hebben gedragen aan het water op aarde. Maar wat verklaart dan het verschil tussen het water van 67P en van Wirtanen? Dat zou met dat hyperactieve karakter te maken kunnen hebben, waarbij het water van Wirtanen uit diepere delen van de komeetkern komt, terwijl het water van 67P meer van dicht bij het oppervlak kwam. Bron: NASA.

Afzettingen op Mars ontdekt die ontstaan zijn door asregens van vroege vulkanische uitbarstingen

Credit: NASA/Christopher Kremer/Brown University.

Onderzoekers van de Brown Universiteit hebben vlakbij de plek waar NASA’s volgende Marsrover op 18 februari 2021 moet gaan landen minerale afzettingen ontdekt die vermoedelijk ontstaan zijn door asregens van uitbarstingen die heel vroeger op Mars moeten hebben plaatsgevonden. Het onderzoek werd geleid door Christopher Kremer en in het vakblad Geology hebben ze er een artikel aan gewijd. De afzettingen werden gevonden in het gebied genaamd Nili Fossae, vlakbij de Jezero krater, waar Mars 2020 moet gaan landen. Het gebied is onderzocht vanuit de ruimte door de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) van de NASA, die in een baan om Mars draait, en op één van de foto’s die met de HiRISE camera aan boord van de MRO werd gemaakt is het gebied te zien, zie de foto bovenaan.

Foto van de Jezero krater, gemaakt door de MRO. Credits: NASA/JPL/JHUAPL/MSSS/Brown University

Mars is tegenwoordig niet meer vulkanisch actief, maar miljarden jaren terug was het dat wel. En dat hing nauw samen met de aanwezigheid van water op de Rode planeet. Vulkanisme vindt namelijk plaats als in de mantel gassen zoals waterdamp oplossen in ondergronds magma. Als de druk van die opgeloste gassen hoger wordt dan de bovenliggende korst aankan dan zoekt het magma een weg door de ontstane scheuren en vinden vulkaanuitbarstingen plaats. Mars had vroeger veel meer water, zoals uit onderzoek van onder andere Marsrover Curiosity is gebleken, en als dat mixte met het ondergrondse magma vonden vulaanuitbarstingen plaats, waarbij lava over het oppervlak vloeide en asregens neervielen. De onderzochte afzettingen bij Nili Fossae blijken olivijn te bevatten, een mineraal dat afkomstig is uit het binnenste van planeten. Op basis van de geometrie, dikte en richting van de afzettingen komen de onderzoekers tot de conclusie dat asregens als gevolg van vulkanische uitbarstingen de vermoedelijke bron zijn van de afzettingen. De verdeling van de afzettingen is wijst erop dat ze eerder door asregens dan door vulkaanstromen zijn gevormd. Ook wordt uitgesloten dat de afzettingen een gevolg zijn van een inslag van een groot object uit de ruimte. Met NASA’s Mars2020 rover wil men de afzettingen ter plekke gaan onderzoeken en dat moet definitief uitwijzen of de onderzoekers van Brown Universiteit gelijk hebben. Bron: Eurekalert.

Water gedetecteerd in de atmosfeer van exoplaneet HR 8799c

CREDIT: W. M. KECK OBSERVATORY/ADAM MAKARENKO/C. ALVAREZ

Sterrenkundigen van het W.M. Keck Observatorium op Mauna Kea (Hawaï) hebben in de atmosfeer van de exoplaneet HR 8799c water gedetecteerd. De waarnemingen deden ze met de NIRSPEC (near-infrared cryogenic echelle spectrograph), een hoge resolutie spectrometer, die verbonden is aan de 10m Keck II telescoop op Hawaï. HR 8799c is één van de vier exoplaneten die draaien rond de ster HR 8799, 129 lichtjaar van de aarde vandaan, gelegen in het sterrenbeeld Pegasus. HR 8799b, c en d werden in 2008 ontdekt, HR 8799e in 2010. HR 8799c is een grote gasreus, die zeven keer zo groot als Jupiter is en die in 200 jaar om de ster draait – een impressie ervan zie je hierboven.

Het HR 8799 systeem, direct gefotografeerd vanaf de aarde. De ster HR 8799 in het midden is verduisterd. CREDIT: NRC-HIA/C. MAROIS/W. M. KECK OBSERVATORY

Metingen aan de samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten is zeer lastig, omdat hun licht sterk wordt overstraald door de moederster. Maar het HR 8799 planetensysteem is één van de weinige planetenstelsels die direct gefotografeerd kunnen worden en met NIRSPEC was het daarom toch mogelijk bij HR 8799c de samenstelling van diens atmosfeer te meten. Daaruit kwam naar voren dat er waterdamp (H2O) in de atmosfeer zit, maar geen methaan (CH4). Dat vermoeden had men eerder ook al, maar deze metingen werden gedaan in de L-band (infraroodlicht bij 3,5 micrometer) en deze zijn veel betrouwbaarder. Bij de metingen werd ook gebruik gemaakt van adaptieve optiek, om de trillingen in de aardse atmosfeer te onderdrukken. De sterrenkundigen beschouwen deze waarnemingen als een ‘stepping stone’, een opstapje naar nog betere waarnemingen aan atmosferen van exoplaneten. Dat willen ze bijvoorbeeld gaan doen met de Thirty Meter Telescope (TMT), die in de tweede helft van de jaren twintig in gebruik genomen moet worden op Hawaï – een impressie zie je hieronder.

Credit: Thirty Meter Telescope Corporation

De resultaten van de waarnemingen aan HR 8799c zijn verschenen in dit vakartikel in The Astronomical Journal. Bron: Keck observatorium.