Marswolken ontstaan door fijnstof uit ruimtepuin

Astronomie Wolken ontstaan door fijnstof in de atmosfeer. Dat kan opwaaien vanaf het oppervlak, maar het kan ook uit de ruimte komen. Dat is op Mars het geval.

Lichtende nachtwolken, 31 kilometer boven het Marsoppervlak, gefotografeerd op 17 mei dit jaar door het onbemande voertuig Curiosity.
Lichtende nachtwolken, 31 kilometer boven het Marsoppervlak, gefotografeerd op 17 mei dit jaar door het onbemande voertuig Curiosity. Foto NASA, JPL, Caltech

In het middelste gedeelte van de atmosfeer van Mars, de zogeheten mesosfeer, zijn zo’n beetje het hele jaar door ijle wolken van waterijskristalletjes te zien. Een goede verklaring voor hun bestaan ontbrak tot nu toe, maar drie Amerikaanse atmosfeerwetenschappers denken nu te weten waar ze vandaan komen. De kiemen voor de ijskristalletjes zijn waarschijnlijk afkomstig uit de ruimte.

Wolken ontstaan niet vanzelf: de waterdamp heeft iets nodig om op te kunnen condenseren. Bij aardse wolken bestaat dat ‘iets’ uit fijne deeltjes van natuurlijke oorsprong. Het gaat bijvoorbeeld om klei- en zanddeeltjes en zoutkristalletjes, maar ook om stuifmeel van planten. Daarnaast is er nog kunstmatig fijnstof, zoals roet, dat vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Als er maar genoeg waterdamp in het onderste deel van de aardatmosfeer zit, spelen watermoleculen zwaan-kleef-aan met de alomaanwezige condensatiekernen. Op die manier vormen zich de talrijke minuscule druppeltjes of ijskristalletjes die we als wolken waarnemen.

Brokstukken

Het ligt voor de hand om te veronderstellen dat de ijswolken in de mesosfeer van Mars, die ongeveer 30 kilometer boven het planeetoppervlak begint, op vergelijkbare wijze ontstaan. De bestaande modelberekeningen gaven aan dat dit inderdaad mogelijk is, maar ze voorspelden veel minder bewolking dan er wordt waargenomen. Dat komt met name omdat maar weinig fijnstof de mesosfeer weet te bereiken – van onderaf dan.

Er komt echter ook fijnstof van boven. Alle hemellichamen van ons zonnestelsel worden voortdurend bestookt met meteoroïden – brokstukken van kometen en planetoïden, in grootte variërend van fijn gruis tot rotsblokken van een meter. Dagelijks valt er twee tot drie ton van dit natuurlijke ‘ruimtepuin’ op Mars.

Tijdens hun tocht door de atmosfeer van de planeet vallen deze meteoroïden geheel of gedeeltelijk uit elkaar. En bij dat proces komen grote hoeveelheden fijnstof in de lucht terecht. Op die manier wordt dus ook de mesosfeer van Mars van de nodige condensatiekernen voorzien.

Computersimulaties

Bij de modelberekeningen voor de vorming van waterijswolken in de dampkring van Mars werd dit kosmische fijnstof tot nu toe buiten beschouwing gelaten. Een team onder leiding van Victoria Hartwick, masterstudent aan de universiteit van Colorado in Boulder, heeft deze component nu wel meegenomen in de berekeningen.

In de maandag verschenen online-editie van Nature Geoscience laten de wetenschappers zien dat hun nieuwe omvangrijke computersimulaties, waarmee de stromingen en turbulenties in de Marsatmosfeer worden nagebootst, inderdaad wolken van waterijskristallen voorspellen – en nog op de waargenomen plaatsen ook.

Wolken boven de hemel van Mars, gefotografeerd door Opportunity. Foto Cornell, JPL, NASA

De betreffende wolken stellen naar aardse begrippen niet veel voor: het zijn kleine, dunne sluiers. Desalniettemin geven de computermodellen aan dat ze wel degelijk van invloed zijn op het klimaat van Mars. Op grote hoogte veroorzaken ze temperatuurschommelingen van een graad of tien.

Overigens komen ook in de mesosfeer van onze eigen planeet van deze wolkensluiers voor. Ze ontstaan met name tijdens de zomermaanden, op geografische breedten van 50 tot 70 graden ten noorden (of zuiden) van de evenaar. Ze bevinden zich op een hoogte van ongeveer 80 kilometer en worden lichtende nachtwolken genoemd.

Lichtende nachtwolken zijn alleen waarneembaar wanneer de zon voor ons al achter de horizon is verdwenen, terwijl de ijle wolkensluiers zelf nog in het zonlicht baden. De afgelopen dagen zijn ze ook in Nederland gesignaleerd en wellicht zijn ze ook de komende tijd nog boven de noordelijke horizon te zien. Net als hun tegenhangers op Mars ontstaan deze wolken door afzetting van ijskristallen op fijnstof van kosmische oorsprong.