Aarde veegt meer stof op uit ruimte dan vermoed

De aarde veegt tijdens haar beweging om de zon veel materiaal uit de ruimte op: stof, gruis, steenklompen en af en toe een rotsblok. Uit eerder onderzoek werd al vermoed dat de grootste hoeveelheid opgevangen materiaal afkomstig is van deeltjes kleiner dan een millimeter.

Het was tot dusverre niet mogelijk om met behulp van één waarnemingstechniek de verdeling van de grootte en massa van deze micrometeorieten nauwkeurig te bepalen. Men kon slechts proberen de meetresultaten van verschillende soorten waarnemingen zo goed mogelijk op elkaar te laten aansluiten. Twee astronomen van de universiteit van Washington hebben nu wel zo'n consistentie weten te bereiken.

De astronomen, S.G. Love en D.E. Brownlee, bestudeerden de inslagkratertjes op de aluminium panelen van de Long Duration Exposure Facility (LDEF). Dit is een NASA-satelliet die in april 1984 in een baan om de aarde werd gebracht, om in januari 1990 met de space shuttle weer te worden teruggehaald. Tijdens zijn verblijf in de ruimte, op hoogten tussen 480 en 330 km, was de satelliet blootgesteld aan straling, elektrisch geladen deeltjes en micrometeorieten.

Na zijn terugkeer op aarde werd de satelliet geheel uit elkaar gehaald en ging men van alle onderdelen de aangerichte schade bestuderen. Love en Brownlee hebben zich hierbij geconcentreerd op de kleine inslagkratertjes. Op het totale paneeloppervlak van 5,6 vierkante meter werden er 761 geteld. Minder dan 10 procent hiervan zou afkomstig zijn van deeltjes die voortspruiten uit de ruimtevaart zèlf: het zogeheten ruimtepuin. De satelliet was namelijk steeds zodanig georiënteerd dat hij zo min mogelijk van dit afval opving.

De diepte en de diameter van de kratertjes werden met behulp van een microscoop opgemeten en daarna werd hieruit met behulp van bepaalde formules de massa van het ingeslagen (en volledig verdampte) deeltje bepaald. Deze formules zijn afgeleid in (wapen)laboratoria, waar men deeltjes met snelheden tot 18 km per seconde laat inslaan op vaste doelen en de resultaten van deze hypervelocity impacts bestudeert. Het volume van de kratertjes verandert recht evenredig met de hoeveelheid kinetische energie van de inslaande deeltjes.

De grootste onzekerheid waarmee de twee astronomen werden geconfronteerd was de snelheid waarmee de micrometeorieten op de LDEF-satelliet insloegen. Zich baserend op de resultaten van eerdere onderzoekingen nam men een waarde aan van 12 km/s. Met behulp van deze snelheid en het volume van de inslagkratertjes kon nu de massa (en diameter) van de micrometeorieten worden berekend. De laatste stap was het omrekenen van de totale hoeveelheid door de satelliet opgevangen materiaal naar die voor de aarde als geheel

Het blijkt dat het grootste deel van de uit de ruimte opgeveegde materie bestaat uit deeltjes met een diameter rond 220 micrometer (0,2 mm). De bijdragen van deeltjes kleiner dan ongeveer 50 micrometer en groter dan 500 micrometer vallen hierbij vergeleken bijna in het niet. Deze 'piek' in de massaverdeling was al door eerdere onderzoekers gesignaleerd, maar die wisten niet of die piek echt was of alleen een gevolg van onzekere interpolaties (Science 262, p. 551).

Diepzeesedimenten

De totale massa aan micrometeorieten die de aarde opveegt wordt door de onderzoekers becijferd op ongeveer 40.000 ton per jaar. Deze hoeveelheid is twee tot drie maal zo hoog dan de hoeveelheden die in het verleden door andere onderzoekers waren gevonden. Het resultaat is echter goed in overeenstemming met de schattingen die gebaseerd zijn op de hoeveelheden metalen van buitenaardse herkomst die in het poolijs en in diepzeesedimenten worden gevonden.

De opvangen massa aan micrometeorieten is volgens de twee onderzoekers even groot of groter dan de massa die de aarde opveegt in de vorm van objecten in het groottebereik van centimeters tot (vele) meters. Vroeger meende men juist dat de bijdrage van deze grote objecten, die in de atmosfeer of aan het aardoppervlak exploderen, juist groter zou zijn dan die van de micrometeorieten.

De onderzoekers merken tot slot op dat de nauwkeurigheid van het huidige meetresultaat verder kan worden vergroot door gebruik te maken van satellieten die een groter oppervlak hebben dan de LDEF, of een langere tijd in de ruimte verblijven (of een combinatie van die twee). Zo'n vervolgexperiment zou dan wel snel moeten plaatsvinden, aangezien men vreest dat de 'verstoffing' van de ruimte als gevolg van ruimtevaart-activiteiten in de nabije toekomst snel toeneemt. De invloed van echte buitenaardse deeltjes zou daardoor steeds moeilijker te achterhalen zijn.