Storm bij de buren

In omvang en positie zijn Venus en Aarde echte zusjes.

Maar op Venus is het kurkdroog en loeiheet.Hoe kan dat?

De circulatiepatronen in de atmosfeer van onze buurplaneet Venus lijken op die van de aarde. Dat blijkt uit onderzoek, deze week gepubliceerd in negen artikelen in Nature, dat de Europese sonde Venus Express afgelopen jaar aan Venus heeft verricht. In omvang en positie in het zonnestelsel zijn Aarde en Venus echte zusterplaneten, maar de samenstelling van de atmosfeer verschilt sterk. De andere buurplaneet Mars is veel kleiner dan de Aarde en heeft een veel dunnere atmosfeer. De Venus-missie heeft ook onthuld waarom er op Venus vrijwel geen water is: uit de hoogste regionen van de atmosfeer ontsnappen veel meer moleculen dan bij de Aarde.

De Venus Express werd in november 2005 gelanceerd en kwam in april 2006 in een langgerekte baan om Venus. Hoewel het dichte dek van zwavelzuurwolken zichtbaar licht niet doorlaat, kon de atmosfeer in andere, specifieke golflengten gedetailleerd worden bestudeerd.

De atmosfeer van Venus bestaat grotendeels uit kooldioxide en oefent aan het oppervlak een druk uit van bijna 100 atmosfeer (op Aarde: 1 atmosfeer). Pas op een hoogte van vijftig kilometer, aan de onderzijde van het wolkendek, is de luchtdruk vergelijkbaar met die aan het aardoppervlak. Toch is het meest opvallende kenmerk in dit lagere en middelhoge deel van deze atmosfeer de ook op aarde bekende Hadley-circulatie. Die ontstaat door de sterke verwarming in het gebied van de evenaar, waar de zon bij Venus altijd loodrecht boven staat (doordat de rotatie-as van Venus bijna loodrecht op het baanvlak staat, die van de Aarde staat 23° uit het lood).

De warme lucht die rond de evenaar opstijgt, stroomt over beide Venushalfronden op hoogten van rond de zestig kilometer in de richting van de polen. Rond de zestigste breedtegraad daalt de lucht weer, om (onder het wolkendek) terug te keren naar de evenaar. Door de zeer trage rotatie van Venus – maar één omwenteling in 224 dagen – komt deze Hadley-circulatie op Venus dichter bij de polen. Op hoogten boven ongeveer honderd kilometer overheerst echter een heel ander circulatiepatroon. Daar stroomt de ijle lucht overwegend van het gebied waar de zon recht boven staat naar het tegenovergestelde punt aan de nachtzijde van de planeet.

Tijdens eerdere waarnemingen was boven de noordpool van Venus een grote, roterende wolkenwervel met een dubbele kern waargenomen, die in ongeveer drie dagen in dezelfde richting als de planeet ronddraait. Nu is ook boven de zuidpool zo’n ‘dipool’ gevonden, die maar in tweeënhalve dag ronddraait. De wervels lijken wel wat op aardse orkanen, maar zijn ruim driemaal zo groot en veel veranderlijker. Het zijn gebieden waar koude lucht vanaf grote hoogte neerdaalt: iets wat op aarde ook op het winterhalfrond wordt waargenomen. Beide wervels worden omringd door een brede gordel van zeer koude lucht en hoge wolken van eveneens zwavelzuurdruppeltjes: de zogeheten polar collar.

De metingen van de Venus Express laten ook zien dat er grote aantallen ionen van waterstof, helium en zuurstof uit de hogere atmosfeer ontsnappen. Deze ionen worden op hoogten tussen de 80 en 120 kilometer gevormd door de ontleding van neutrale moleculen, inclusief die van water, onder invloed van de zonnestraling. Op Venus ontsnappen de deeltjes echter veel sneller dan op aarde, niet alleen doordat Venus dichter bij de zon staat, maar ook doordat de planeet geen magnetisch veld heeft dat de energierijke deeltjes van de zon kan afweren. De zon beukt direct in op de atmosfeer.

De nieuwe waarnemingen verklaren ook waarom Venus nu, anders dan Aarde, een kurkdroge planeet is geworden. Beide planeten beschikten na hun geboorte over ruwweg dezelfde hoeveelheid water, maar bij Venus is vrijwel alles in de loop der tijd in de ruimte verdwenen. De onderzoekers hopen tegen het einde van de Venus Express-missie het tempo van dit proces zo nauwkeurig te kunnen bepalen, dat ze ook kunnen zeggen of Venus ooit een oceaan heeft gehad die zo groot en diep was als de oceanen op aarde.