Voor het eerst is er ter plekke water gedetecteerd op de maan

Onderzoeksopnames van water in de omgeving van de Chang’E-5 maanlander. Credit: LIN Honglei

Een team van Chinese onderzoekers is er in geslaagd om in de gegevens die verzameld zijn door de Chang’E-5 lander op de maan signalen van de aanwezigheid van water te zien. Het is voor het eerst dat ter plekke op de maan (in de Oceanus Procellarum welteverstaan) water is gedetecteerd, in situ detectie zoals ze dat noemen. Aan boord van die lander bevindt zich de lunar mineralogical spectrometer (LMS) en daarmee heeft het team, dat onder leiding stond van Lin Yangting en Lin Honglei (Institute of Geology and Geophysics of the Chinese Academy of Sciences) metingen gedaan aan de zogeheten spectrale reflectie van het regoliet, de laag met los, vaak verweerd materiaal aan het oppervlak van de maan. Bij een golflengte van 2,85 μm kon men in de gegevens duidelijk het signaal zien van water (OH/H2O). De gegevens wijzen er op dat de grond rondom Chang’E-5 120 ppm aan water bevat. Dat water moet daar vooral door de werking van de zonnewind op het regoliet zijn gekomen. Door de Chang’E-5 lander werd met de LMS ook het water in een nabije rots gemeten en die bleek nog meer water te bevatten, 180 ppm.

Impressie van de Chang’E-5 lander. Credit: CNSA.

De resultaten van analyses van de spectrale reflecties laten zien dat de rots mogelijk afkomstig is uit een oudere basaltlaag en door een explosie uitgeworpen is naar de landingsplaats van Chang’E-5. Daarom suggereert het lagere watergehalte van de bodem, in vergelijking met het hogere watergehalte van het rotsfragment, dat er ontgassing van het mantelreservoir onder de landingsplaats van Chang’E-5 heeft plaatsgevonden. Hier het vakartikel over het onderzoek aan water op de maan, verschenen in Science Advances. Bron: Phys.org.

ALMA brengt de ‘waterfonteinen’ van nauwe dubbelsterren in beeld

Artistieke impressie van twee sterren die één en dezelfde atmosfeer delen, de oranje ovaal. Credit: Danielle Futselaar, artsource.nl

Sterrenkundigen hebben met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili 15 nauwe dubbelsterren onderzocht en daarbij hebben ze een fenomeen in beeld kunnen brengen wat de binaire systemen maar gedurende een korte fase in hun evolutie meemaken en wat de sterrenkundigen een ‘waterfontein’ noemen: de sterren stralen een grote hoeveelheid licht uit afkomstig van watermoleculen, veroorzaakt doordat de sterren enorme hoeveelheden gas uitspuwen. Met ALMA bestudeerde men het licht van koolmonoxide (CO) bij de 15 dubbelsterren in de Melkweg – de meest nabije staat 5000 lichtjaar van ons vandaan – en daarbij ontdekten ze dat de sterren hun buitenlagen aan het wegblazen zijn. Dat gaat met een enorme vaart: de sterren zijn pakweg net zo zwaar als de zon of zelfs nog iets zwaarder, maar in slechts een paar honderd jaar zijn ze al de helft van hun massa hierdoor kwijtgeraakt. In eerste instantie dacht men dat het allemaal enkele, geïsoleerde sterren waren, maar dat kan nooit verklaren waarom het massaverlies zo groot is. Maar als het binaire systemen betreft, waarbij de andere ster zó dichtbij staat dat die IN de atmosfeer van de andere ster staat, dan kan het massaverlies verklaard worden. Dat is waarin de vijftien onderzocht systemen zich nu bevinden, in wat de sterrenkundigen een “common envelope” fase noemen, iets wat je mooi geïllustreerd ziet in de tekening bovenaan, gemaakt door Astroblogger en illustrator Daniëlle Futselaar.

Een waterfontein in het systeem W43A, op 7000 lichtjaar van ons vandaan, in beeld gebracht met ALMA. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), D. Tafoya et al.

De sterrenkundigen denken dat die cocoons of gezamenlijke buitenlagen vaker voorkomen bij nauwe dubbelsterren en dat ze mogelijk ook een rol spelen bij zwaardere sterren, die uiteindelijk als supernova exploderen. In het geval van de 15 onderzochte dubbelsterren spuwt eén van de sterren in de vorm van jets of straalstromen gas uit, welke met een snelheid van 1,8 miljoen km per uur de ruimte in vliegen. Hier is het vakartikel over het onderzoek aan de vijftien binaire systemen, verschenen in Nature. Bron: Chalmers Universiteit.

Je verwacht ’t niet: mogelijk dat de zon een belangrijke bron van het water op aarde is

Impressie van de zon, de zonnewind en planetoïde Itokawa. Credit: Curtin Universiteit.

Dat we op aarde veel water (H2O) hebben is bekend en al tientallen jaren is de grote vraag waar dat water allemaal vandaan is gekomen. Vergeleken met de andere rotsachtige planeten in het zonnestelsel heeft de aarde heel veel water – maar liefst 70% van het oppervlak is bedekt met water. Lang werd gedacht dat een bepaald type van planetoïden – de zogeheten C-klasse van planetoïden, die veel koolstof bevatten – in de beginfase van de vorming van het zonnestelsel het water naar de aarde hebben gebracht. Probleem van deze theorie: een deel van het water op aarde is isotopisch anders dan het water in de C-planetoïden. Ergo: er moet nog een andere bron zijn.

Recent onderzoek gedaan door een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Glasgow laat nu mogelijk een nieuwe en onverwachte bron van het water zien: de zon! Ehhh…. wacht even, de zon die aan de buitenkant bijna 6000 K heet is en in de kern 15 miljoen K, die zou een belangrijke bron van het water op aarde kunnen zijn? Yep, die zon. Phil Bland en z’n team hebben onderzoek gedaan aan monsters die afkomstig zijn van Itokawa, een S-type planetoïde (die veel silicium bevatten), en die verzameld zijn door de Japanse sonde Hayabusa, die de monsters in 2010 terug naar de aarde bracht.

De planetoïde Itokawa. Credit: JAXA.

Dat onderzoek laat zien dat de stofkorrels op het oppervlak van Itokawa heel veel water bevatten, opgeteld maar liefst 20 liter per kubieke meter rots. De stofkorrels, die zelf al zuurstrof bevatten, hebben op hun beurt dat water gekregen door de interactie met de zonnewind, die vooral uit waterstof (H) bestaat, yep de interactie H en O levert H2O op. Dat water is isotopisch gezien lichter dan het water van de C-planetoïden (die deuterium bevatten, waterstof met een extra neutron, da’s zwaarder dan H). Men denkt dat het water op aarde dus twee bronnen heeft: de C-klasse en S-klasse planetoïden, waarvan die laatste het water weer via de interactie met de zonnewind heeft geproduceerd. Afijn, lees het allemaal nog maar eens na in dit vakartikel, verschenen in Nature Astronomy. Bron: Curtin Universiteit.

Sterrenkundigen ontdekken sporen van water in een zeer verwijderd en zwaar sterrenstelsel

Impressie van de twee sterrenstelsels van SPT0311-58. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

Sterrenkundigen zijn er in geslaagd om water te detecteren in een zeer ver verwijderd sterrenstelsel, een stelsel dat al in het vroege heelal bestond en dat toen al heel zwaar was. Het gaat om het sterrenstelsel genaamd SPT0311-58, dat maar liefst 12,88 miljard lichtjaar van ons vandaan ligt (en waar ik in 2017 dit blogje over had). Dat stelsel bestond dus al 780 miljoen jaar na de oerknal, welke 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond (toen het heelal nog maar 5% van z’n huidige leeftijd had). Met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili is SPT0311-58 onderzocht en dat leverde de vondst op van zowel H2O als van koolmonoxide in het stelsel. SPT0311-58 is een sterrenstelsel met een hoge snelheid van stervorming, karakteristiek voor het vroege heelal. Eigenlijk zijn het twee sterrenstelsels, die bestonden in het zogeheten tijdperk van de reïonisatie, toen in het heelal door de sterke UV-straling van de eerste sterren het waterstofgas in de buurt van de sterren ioniseerde. De H2O en CO zijn met met ALMA aangetroffen in het grootste van de twee stelsels van SPT0311-58. Hieronder zie je een animatie, waarin zowel de continuum emissie als de moleculaire lijnen van H2O en CO te zien zijn (dubbelklikken voor de animatie).

De moleculaire lijnen van H20 in blauw, van CO(10-9) in roze en donkerblauw, CO(7-6) in magenta en CO(6-5) in paars.Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

Hieronder een compositie van de waarnemingen van H2O en CO in SPT0311-58, zoals waargenomen met ALMA (verklaring kleuren zie de animatie hierboven).

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

Na moleculair waterstofgas en koolmonoxie is water het meest aanwezige molecuul in het heelal. Het is ook een voorwaarde voor de aanwezigheid van leven, dus het is belangrijk te weten dat dit al zo vroeg in het heelal bestond. Hier is het vakartikel over dit onderzoek, verschenen in the Astrophysical Journal. Bron: NRAO.

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.