Hoe de planeet Venus haar water verloor

De planeet Venus verloor haar water, dankzij het eigen, verrassend sterke elektrische veld

Tekening van Venus in de zonnewind (geel/oranje) en met eigen elektrische veld, dat wordt opgewekt door het ioniseren van atomen in de hoge atmosfeer (blauw en rood). Tekening ESA–C. Carreau

Niet de zonnewind, maar elektrische krachten drijven de ‘brokstukken’ van de oorspronkelijke watervoorraad van de planeet Venus de ruimte in. Tot die conclusie komen Britse en Amerikaanse planeetwetenschappers, op basis van gegevens die de inmiddels verdwenen Europese ruimtesonde Venus Express

Van alle hemellichamen in ons zonnestelsel lijkt de planeet Venus nog het meest op de aarde. Ze heeft ongeveer dezelfde afmetingen en aantrekkingskracht, en is gehuld in een dichte atmosfeer. Ook zijn er aanwijzingen dat de planeet ooit oceanen heeft gekend.

Door de hoge temperaturen op Venus is dat water allang verdampt. Maar vreemd genoeg bevat de Venusatmosfeer meer dan tienduizend keer zo weinig water als de aardatmosfeer. Er moet dus heel wat waterdamp zijn verdwenen.

Energierijke deeltjes

Wetenschappers zijn er altijd van uitgegaan dat de waterdamp stukje bij beetje uit de Venusatmosfeer is verdreven door de zonnewind – de gestage stroom energierijke deeltjes die de zon uitzendt. Het nieuwe Brits/Amerikaanse onderzoek, waarvan de resultaten maandag in het tijdschrift Geophysical Research Letters zijn gepubliceerd, wijst echter een andere boosdoener aan: een elektrisch veld.

Geophysical Research Letters

Technische tekening van elektrische veld van Venus, waarin de ontsnappende elektronen ook de rest van het geïoniseerde atoom ‘meeslepen’, weg van de planeet. Geophysical Research Letters

In het bovenste deel van een planeetatmosfeer staan watermoleculen bloot aan de ultraviolette straling van de zon. Deze breekt de moleculen af tot waterstof- en zuurstofionen en elektronen. Met hun hogere snelheden en geringere gewicht kunnen de ontketende elektronen grotere hoogten bereiken en zelfs de ruimte in verdwijnen. De ionen – en vooral de zware zuurstofionen – gaat dat veel minder gemakkelijk af.

Door dit proces worden de positief geladen ionen gescheiden van de negatief geladen elektronen. Daarbij ontstaat een elektrisch veld dat de elektronen juist probeert af te remmen en tegelijkertijd een opwaartse kracht uitoefent op de ionen. Eenvoudig gezegd: de elektronen proberen de ionen mee omhoog te sleuren.

Zuurstofionen

Bij de meeste planeten is dit ‘ambipolaire elektrische veld’ te zwak om het zwaarste bestanddeel van water – de zuurstofionen – genoeg snelheid te geven om rechtstreeks aan de zwaartekracht van de planeet te ontsnappen. Maar het bevordert het verlies aan zuurstofionen wel: naarmate de ionen hoger in de atmosfeer terechtkomen, zijn ze gevoeliger voor de zonnewind.

Venus vormt in dit opzicht een uitzondering. Metingen van een van de instrumenten van de Venus Express laten namelijk zien dat het ambipolaire veld van deze planeet minstens vijf keer zo sterk is als dat van bijvoorbeeld de aarde. Waarom dat zo is, is niet duidelijk. Een mogelijke reden kan zijn dat de ultraviolette straling van de zon bij Venus twee keer zo intens is als bij de aarde.

Maar hoe dan ook: bij Venus is het elektrische veld zó sterk dat het in zijn eentje al bij machte is om jaarlijks 100 ton aan zuurstofionen uit de Venusatmosfeer te laten ontsnappen. Daarmee speelt deze ‘elektrische wind’ een belangrijkere rol bij het afvoeren van de waterrestanten dan de zonnewind.

Tekening  ESA - C. Carreau

Tekening van het laatste experiment van de Venus Express, scherend door de Venus atmosfeer, in juli 2014. Begin 2015 sloeg de sonde op de planeet te pletter wegens brandstofgebrek. Tekening ESA - C. Carreau

    • Eddy Echternach