Stille getuigen van Martiaans windregime; Global Surveyor zendt eerste waarnemingen terug naar Aarde

Laser-hoogtemetingen door de Global Surveyor hebben duidelijk gemaakt dat de kaart van Mars moet worden bijgesteld. Verder blijkt de Rode Planeet groter dan gedacht en zijn er nieuwe inzichten over magnetische velden, pyroxeen en plagioklaas (een veldspaat).

DE AMERIKAANSE Marsverkenner Global Surveyor is nu bijna in een voorlopige, elliptische 12-uursbaan rond de Rode Planeet gekomen. In feite had de verkenner, die op 12 september bij Mars arriveerde, nu al in zijn veel lagere en cirkelvormige 2-uursbaan moeten draaien. De 'afdaling' vindt plaats door de Surveyor periodiek door de bovenste lagen van de atmosfeer - op hoogten rond 120 kilometer - te laten scheren, waardoor zijn snelheid telkens iets afneemt en het hoogste punt van zijn baan telkens iets daalt. Een mankement in de arm van een van de twee zonnepalen, die de benodigde wrijving leveren, maakt dat deze aerobreaking nu veel voorzichtiger moet gebeuren dan aanvankelijk was gepland.

De druk op de zonnepanelen bedraagt nu slechts 0,2 N/m: een derde van wat zij normaal hadden kunnen verdragen. De afremming c.q. afdaling wordt in april gestopt, om pas eind september te worden hervat. In die tussentijd, de science phasing-periode, blijft de Global Surveyor in een 12-uursbaan draaien en worden alle instrumenten op de Rode Planeet gericht. Maar - anders dan aanvankelijk was gepland - Global Surveyor heeft ook in de afgelopen maanden al vele waarnemingen verricht. De eerste resultaten hiervan worden in zes artikelen beschreven in Science van 13 maart.

PROFIELEN

Het afremproces is een belangrijk hulpmiddel om informatie over de hogere Marsatmosfeer af te leiden. Een versnellingsmeter meet tot op één micro-g nauwkeurig de weerstand gedurende een periode van zes minuten rond het laagste punt van de baan: op hoogten tussen 110 en 170 kilometer. Uit deze metingen worden profielen van de dichtheid, temperatuur en druk in dit deel van de atmosfeer berekend, gegevens die onder andere van belang zijn voor het berekenen van de diepte tot waarop Surveyor tijdens zijn volgende omloop in de atmosfeer moet/mag duiken.

De dichtheid van de atmosfeer op deze hoogten blijkt zowel in de tijd als qua plaats grote variaties te vertonen. De eerste is grotendeels het gevolg van seizoensveranderingen. In november werden twee perioden van aanhoudende grotere dichtheid gemeten die het gevolg waren van een stofstorm die in het gebied Noachis Terra op het zuidelijk halfrond woedde. De grotere hoeveelheid stof veroorzaakte een extra verwarming en expansie van de atmosfeer, waarbij vlakken van gelijke druk in de thermosfeer 8 kilometer omhoog werden gedrukt.

Tijdens de gehele meetperiode werden aan tegengestelde zijden van de planeet twee gebieden met grotere dichtheid in de hogere atmosfeer gemeten. Deze 'bulten' bevonden zich nabij de hooglanden Tharsis en Arabia. Oostwaarts waaiende winden op geringe hoogte worden door de lokale topografie beïnvloed en leiden zo tot drukverstoringen die zich naar boven toe voorplanten en een soort staande golven rondom de gehele planeet doen ontstaan. Ook in de aardse dampkring zijn zulke wereldomspannende golven waargenomen.

GELADEN DEELTJES

De Global Surveyor is de eerste Marsverkenner die onder de beschermende deken van de ionosfeer naar tekenen van magnetische velden kan speuren. De Rode Planeet blijkt géén grootschalig magnetisch veld te hebben, dus heeft geen vloeibare kern zoals de aarde. De geladen deeltjes van de zonnewind botsen rechtstreeks op de ionosfeer en atmosfeer van Mars. De invloed van de zonnewind op Mars is in vele opzichten te vergelijken met die op Venus en actieve kometen als Halley en Grigg-Skjellerup.

Surveyor vond aan het oppervlak kleine gebiedjes met een zwak magnetisme, vooral in streken die ruwweg samenvallen met de meest bekraterde en oudste terreinen op Mars. Dat is juist het tegenovergestelde van wat werd verwacht: dat de grootste magnetische activiteit zou worden gevonden in samenhang met relatief jonge vulkanische gebieden. Mogelijk is het lokale magnetisme door de rotatie van Mars mede verantwoordelijk voor de waargenomen variaties in de ligging van de 'boegschok' aan de grens van de ionosfeer.

De opnamen van het Marsoppervlak, waarbij details ter grootte van enkele meters kunnen worden onderscheiden, bevestigen de eerdere suggesties dat een groot deel van het Marsoppervlak wordt gedomineerd door landschapsvormen die ontstaan door erosie en afzetting van materiaal door de wind. Deze eolische processen leiden tot het ontstaan van duinen, verstuivingen en afzettingen van uiteenlopende vorm, samenstelling en leeftijd. Het zuidpoolgebied, met zijn permanente ijskap, vertoont structuren die het ingewikkeld samenspel van vluchtige en niet-vluchtige componenten lijken te weerspiegelen.

Waarnemingen aan de steile wanden van ravijnen, valleien en inslagkraters laten zien dat vele afzettingen tot enkele tientallen meters dik zijn. De soms complexe landschapsvormen wijzen erop dat sommige eolische structuren zijn ontstaan in windregimes die vroeger anders waren dan nu. Dit zou het gevolg kunnen zijn van de periodieke verschuiving van het seizoen waarin Mars het dichtst bij de zon staat en dus het sterkst wordt verwarmd (waardoor ook de krachtigste winden worden gecreëerd), of door veranderingen in de baan en ashelling van de planeet.

Spectra van de relatief donkere gebieden (met relatief weinig verweringsproducten) kunnen het beste worden verklaard met een combinatie van 80 procent pyroxeen (een silicaat) en 20 procent plagioklaas (een veldspaat), zo blijkt uit waarnemingen van de thermische-emissiespectrometer. Deze mineralen vormen ook een belangrijk deel van de op aarde gevonden Marsmeteorieten. De donkere gebieden bestaan overwegend uit stollingsgesteenten. Uit het feit dat de spectra van verschillende gebieden veel op elkaar lijken, leidt men af dat grote delen van het Marsoppervlak een gelijksoortige samenstelling hebben.

OCEAAN

Zeer interessant zijn de eerste laser-hoogtemetingen van de Global Surveyor. Het was al bekend dat het noordelijk halfrond van Mars zo'n vier kilometer lager ligt dan het gemiddelde niveau van Mars, maar de hoogtemetingen laten zien dat dit halfrond boven de 50° noorderbreedte tevens uitzonderlijk vlak is. Over afstanden van 2.000 kilometer worden hoogteverschillen van slechts 50 tot 400 meter gemeten. Het noordelijk halfrond is net zo vlak als de zeebodems op aarde, wat suggereert dat dit halfrond ooit één grote oceaan is geweest.

Stroomgeulen en dalen op Mars zijn de stille getuigen uit een periode waarin op Mars water heeft gestroomd. Een hoogteprofiel door de canyon Ares Vallis suggereert dat de waterdiepte hier ooit ten minste 1600 meter was, in plaats van de eerder geschatte 400 meter. De onderzoekers berekenen dat zich hier in het verleden 5 miljard kubieke meter water per seconde heeft verplaatst: een factor tien groter dan onderzoekers eerder hadden berekend.

De hoogtemetingen hebben ook een discrepantie aan het licht gebracht tussen de tot nu toe aangenomen posities van topografische details op Mars. De areografische lengte van kenmerken op de Marskaarten die in de jaren zeventig zijn samengesteld op basis van de Vikingwaarnemingen, moeten 10 tot 20 naar het oosten worden geschoven en in sommige gevallen naar het noorden of zuiden. Ook de straal van Mars (3394 km) lijkt op grond van de hoogtemetingen van Global Surveyor met ongeveer 340 meter te moeten worden vergroot.