Zonnestormen hebben Marsatmosfeer verdreven

Afgelopen maart vond een grote zonne-uitbarsting plaats. Daarvan leerden wetenschappers hoe miljarden jaren geleden de Marsatmosfeer verdween.
Impressie van hoe een zonnestorm aankomt bij Mars. Zo’n storm tast de Mars-atmosfeer aan, maakten wetenschappers vrijdag bekend. Beeld AP/Goddard Space Flight Center/NASA

 

Dat de planeet Mars bijna geen atmosfeer meer heeft, is grotendeels te wijten aan de zon. Tot die conclusie komt een internationaal team van planeetwetenschappers dat de invloed heeft onderzocht van een grote uitbarsting van de zon op de Marsatmosfeer, die afgelopen voorjaar plaatsvond.

De resultaten van dit onderzoek, dat is gebaseerd op metingen van de Amerikaanse ruimtesonde MAVEN, zijn vandaag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science.

De zonne-uitbarsting van maart 2015 was een zogeheten interplanetaire coronale massa-ejectie (ICME). Daarbij blaast de zon een grote hoeveelheid plasma weg – een wolk geladen deeltjes die magnetische velden met zich meevoert. Als zo’n plasmawolk onderweg een planeet tegenkomt, resulteert dat in een verstoring van het (eventuele) planetaire magnetische veld, het optreden van poollicht en het verdrijven van ionen uit de planeetatmosfeer.

Vanuit zijn wijde, langwerpige omloopbaan om Mars heeft MAVEN die gevolgen uitgebreid kunnen bestuderen. Eerdere metingen hadden al laten zien dat ICME’s ‘deeltjesstormen’ veroorzaken die tien tot honderd keer zo hevig zijn als de zonnewind – de stroom geladen deeltjes die de zon onder rustige omstandigheden uitstoot. Uit de metingen die in maart zijn gedaan, blijkt dat het aantal ionen dat uit de hoge Marsatmosfeer ontsnapt daarbij sterk toeneemt.

Aangenomen wordt dat dit effect ook een grote rol heeft gespeeld bij het (vrijwel) verdwijnen van de Marsatmosfeer, miljarden jaren geleden. De aanwezigheid van oude rivierbeddingen en drooggevallen meren op de planeet wijst erop dat hier tot iets minder dan vier miljard jaar geleden vloeibaar water is geweest. Maar dat kan alleen als de atmosfeer destijds een veel grotere dichtheid had dan nu.

Astronomische waarnemingen hebben laten zien dat zon-achtige sterren tijdens de eerste 700 miljoen jaar van hun bestaan veel meer massa verliezen dan onze zon. Dat maakt het aannemelijk dat de deeltjeswind die onze zon tot ongeveer vier miljard jaar geleden produceerde, veel intenser was dan nu. Dat was funest voor Mars, omdat de planeet – anders dan de aarde – al heel vroeg het magnetische veld kwijtraakte dat hem tegen de zonnewind beschermde.

In een ander Science-artikel melden wetenschappers – ook op basis van MAVEN-onderzoek – dat er na zo’n zonne-uitbarsting vrijwel overal op Mars zwak ultraviolet ‘poollicht’ optreedt. Op aarde kennen we poollicht vooral van de spectaculaire ‘lichtshows’ die in de poolstreken vaak te zien zijn. Deze ontstaan wanneer geladen deeltjes van de zon in de greep raken van het sterke magnetische veld van onze planeet en – voordat ze in botsing komen met atomen en moleculen in de dampkring – een sterke versnelling ondergaan.

Maar poollicht kan ook zónder magnetisch veld ontstaan, zij het in een veel diffusere gedaante. Deze variant komt voor rekening van zonnedeeltjes die de atmosfeer binnenkomen zonder te versnellen. Op aarde komt dat diffuse poollicht alleen rond de polen voor, waar deeltjes tussen de mazen van het aardmagnetische veld door kunnen glippen.

Op Mars kunnen de zonnedeeltjes zo’n beetje van alle kanten komen. Hierdoor ontstaat een zwak schijnsel dat zich over de volledige (nacht)hemel uitstrekt. Dit diffuse poollicht is ook op andere ‘niet-magnetische’ werelden waargenomen – op Venus bijvoorbeeld, en op enkele manen van de grote buitenplaneten van ons zonnestelsel.

Overigens kent Mars ook lokale poollichtverschijnselen. Zijn globale magnetische veld mag dan verdwenen zijn, her en der is nog wel een zwak restant ervan in de planeetkorst opgeslagen. Onderzoek met de Europese Mars Express, waarvan de resultaten gisteren in Journal of Geophysical Research: Space Physics zijn gepubliceerd, laat zien dat deze schamele magnetische velden de kans op het optreden van poollicht vergroten.

Onder invloed van de lokale magnetische velden ondergaan de binnenkomende zonnedeeltjes een versnelling, voordat ze op hoogten van meer dan 100 kilometer worden gestuit door CO2-moleculen in de Marsatmosfeer. Net als het diffuse poollicht op Mars zijn de lokale poollichten die daarbij ontstaan vrijwel uitsluitend waarneembaar op ultraviolette golflengten. Maar ze zijn veel kortstondiger: ze duren slechts enkele seconden in plaats van dagen.

MAVEN – de afkorting staat voor Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission – is waarschijnlijk de minst ‘sexy’ onderzoeksmissie die momenteel bij Mars plaatsvindt. Anders dan de vier orbiters die momenteel om de planeet cirkelen en de beide ‘rovers’ die zijn oppervlak verkennen, is hij niet uitgerust met een camera die spectaculaire foto’s kan maken. Zijn instrumentarium bestaat voornamelijk uit ‘saaie’ meetapparatuur, waarmee magnetische velden en allerlei soorten deeltjes worden gedetecteerd. Daarnaast is er nog een ultraviolet-beeldspectrometer aan boord: dat is het instrument waarmee het diffuse poollicht op Mars is ontdekt.