Geachte, Deze pdf-bestanden zijn gedownload van de website van

Geachte,
Deze pdf-bestanden zijn gedownload van de website van Wetenschap in
Beeld (www.wetenschapinbeeld.nl) en mogen niet aan derden worden
doorgegeven. Omwille van het copyright bevatten ze geen foto's.
Met vriendelijke groet,
De redactie
Op deze foto van de eerste
vlucht van de Messenger
staat het Calorisbekken als
een grote, oranje cirkel.
NASA
Mercurius’
ware aard
In 2008 vloog de Messengersonde van de NASA langs Mercurius.
Het was de eerste keer in ruim 30 jaar dat er een vlucht naar die
contreien plaatsvond, en het was beslist de moeite waard. Want uit
opnames die de sonde maakte, blijkt dat de geschiedenis en geologie
van de ijzerplaneet heel anders zijn dan we tot nu toe dachten.
nasa
Resultaten Messenger gaan
van buiten naar binnen
Tijdens zijn vlucht langs Mercurius lukte het de Messenger
de 55% van de planeet te fotograferen die de Mariner 10
nooit in beeld kreeg. De ontdekkingen geven een andere
kijk op de binnenste planeet van het zonnestelsel.
Complexe geschiedenis
Gedetailleerde foto’s van het
Mercuriusoppervlak laten
een complexe geologische
geschiedenis zien. De
planeet is getekend door
vulkanen, instortingen en
landopstuwingen.
Enorme ijzerkern
De observaties van de
Messenger toonden aan dat
Mercurius’ ijzerkern niet
alleen heet is, maar ook
dubbel zo groot als kernen
van andere planeten en zo’n
80% van de massa uitmaakt.
Actief magneetveld
Instrumenten van de sonde
legden een magneetveld
bloot zoals dat van de aarde:
het beslaat de hele planeet
en heeft twee polen, die
ten opzichte van de rotatieas
ongeveer 10 graden hellen.
Oppervlaksamenstelling
Voor het eerst konden
astronomen zien hoe het
oppervlak van Mercurius is
samengesteld. Dit gebeurde
door observaties van de
zogeheten plasmastaart en
atmosfeer van de planeet.
Door Henry Nørgaard
55
N
Maar twee
vaartuigen
bezochten
Mercurius
a een kwartiertje opnames maken
was het al duidelijk: astronomen
moeten hun visie op Mercurius
radicaal herzien. Tot voor kort was de
binnenste planeet van het zonnestelsel
een raadsel. Mercurius heeft namelijk
hetzelfde oppervlak als de maan, maar
een enorme ijzerkern, zoals Mars. Van
alle planeten heeft Mercurius de meest
excentrische baan rond de zon. Op de
evenaar is het 430 graden, terwijl er ijs
op de noordpool ligt. Ten slotte heeft de
planeet een magneetveld dat hij eigenlijk
helemaal niet zou moeten hebben.
Dankzij de twee vluchten van de
Messenger in 2008 zijn astronomen een
f link stuk dichter bij de oplossing van de
vele raadsels van Mercurius gekomen.
Mariner 10
Tot nu toe waren er maar
vijf vluchten in de buurt
van Mercurius, namelijk
drie met de Mariner 10 en
twee met de Messenger.
Pas over vijf jaar sturen
Europa en Japan hun
eerste sonde naar de
binnenste planeet van
het zonnestelsel.
Foto’s herschrijven geschiedenis
De Mariner 10, die in de jaren 1970 langs
Mercurius vloog, maakte de foto’s van
maar één kant. Daar stelt de Messenger
honderden gedetailleerde foto’s van
beide kanten tegenover. Detailstudies
van de planeet hebben laten zien dat de
vlakke steppegebieden op de planeet
deels gevormd zijn door vulkanen.
Hierdoor konden de astronomen de
kraters in het gigantische Calorisbekken
tellen, een van de grootste inslagkraters
in het zonnestelsel. Het is 3,8-3,9 miljard
jaar oud en daarmee 600-700 miljoen
jaar jonger dan de planeet. Deze periode
is ‘Late Heavy Bombardment’ gedoopt
omdat het toen overal brokstukken
regende: dat waren de laatste grote
resten van de vorming van het zonnestelsel. Tijdens de telling van de kraters
1974
De Amerikaanse Mariner 10
vloog in 1974 en 1975 naar
Mercurius, maar steeds als
hij erlangs scheerde werd
dezelfde kant belicht door de
zon. Daardoor fotografeerde
de Mariner 10 maar zo’n 45%
van het oppervlak. Daarnaast
mat hij het magneetveld en
de oppervlaktetemperatuur.
NASA
bleek dat het westelijke deel van het
Calorisbekken minder kraters heeft dan
het oostelijke deel. De enige verklaring
hiervoor is dat er op een zeker moment
lava vanuit de kern van de planeet over
het gebied moet hebben gestroomd.
Deze theorie wordt ondersteund door
het feit dat er vulkanische afzettingen
zijn gevonden aan de zijkanten van het
Calorisbekken; daar is op opnames van
de Mariner 10 vergeefs naar gezocht.
Dit betekent dat wetenschappers nu
de theorie kunnen verwerpen dat de
vlakke gebieden mede ontstonden door
meteorietregens. Met de resultaten van
de Messenger is het tegelijk duidelijk
dat de geologische geschiedenis van het
Calorisbekken veel ingewikkelder is dan
tot nu toe werd aangenomen.
Zo is het Calorisbekken gevormd bij
een botsing met een planeet in de jeugd
van het zonnestelsel. In een periode van
vulkanische activiteit hierna bedekten
lavastromen grote delen van het gebied.
Daarna is de kraterbodem ingestort, het
gebied verschrompeld en ontstond de
specifieke rimpeling in het landschap.
Het oppervlak werd hierdoor omhoog
geduwd, en pas toen begonnen nieuwe
kraters van meteorietinslagen het land-
Een bliksembezoek
van een kwartier
Grens tussen dag en nacht
Zon
In januari 2008 vloog de Messenger
15 minuten lang langs Mercurius.
5 minuten
Allan Højen
c ht
bra r 10
e
g
ld ine
ee Mar
b
r
In oo
d
De Messenger vloog bijna acht
miljoen kilometer om bij Mercurius
te komen. In 2008 maakte hij twee
vluchten langs Mercurius van elk
een kwartier. Al bij de eerste keer
bracht de sonde ruim de helft van
de 55% in beeld waar de Mariner
10 nooit foto’s van heeft kunnen
maken. In september 2009 scheert
de Messenger er een derde keer
langs, en in 2011 zal hij in een baan
om de planeet worden gestuurd.
2008
Messenger
Na de Mariner 10 zou het ruim 30 jaar
duren voordat Mercurius weer bezoek
kreeg: pas op 14 januari 2008. Vanaf
200 km hoogte maakte de sonde zeer
gedetailleerde beelden van dit nieuwe
gebied. Na zijn twee vluchten zijn er
plannen voor een derde vlucht dit jaar.
NASA
2019
BepiColombo
Er staat nog een missie op stapel: de Japans-Europese
sonde BepiColombo wordt in 2013 gelanceerd en
moet in 2019 bij Mercurius zijn. Het ruimtevaartuig
bestaat uit twee sondes, die allebei in een baan om
Mercurius zullen vliegen. De sondes gaan onder meer
het magneetveld en het oppervlak onderzoeken.
ESA
Messenger in getallen
Afmetingen: 1,42 m hoog,
1,85 m breed en 1,27 m diep.
Gewicht: De Messenger woog
bij lancering in totaal 1107 kg.
Brandstof: De sonde vliegt
onder meer op 600 kg helium.
Zonnepanelen: Twee panelen
beslaan in totaal 5 m2.
Hitteschild: Het hitteschild van
de Messenger is 2,5 x 2 m.
schap te bepalen. Hier komt nog bij dat
het Calorisbekken bijna 20% groter is
dan steeds werd aangenomen.
Al na de Mariner 10 was het duidelijk
dat de inslagen die het Calorisbekken
hadden gevormd zo krachtig waren dat
ze invloed hadden op de andere kant van
de planeet. Zo ontstond het ‘wonderlijke
landschap’: mogelijk na schokgolven die
over de planeet voortraasden, of door
materiaal dat teruggekatapulteerd werd
in de ruimte en hier terechtkwam.
Planeet met een enorme kern
De Mariner 10 ontdekte dat Mercurius
een magneetveld had. Metingen uit die
tijd waren echter niet erg gedetailleerd.
Nu heeft de verbeterde magnetometer
van de Messenger echter aangetoond dat
het magneetveld op exact dezelfde wijze
is opgebouwd als dat van de aarde.
Het veld omvat heel Mercurius en
heeft een noord- en een zuidpool. Net als
op aarde liggen de magnetische polen
niet op de rotatieas van de planeet. De
sterkte van het magneetveld is na de metingen van de Mariner 10 niet veranderd.
Verder wordt ook het magnetisch veld
van Mercurius op gang gehouden door
een zogeheten ‘moderne dynamo’: het
veld wordt constant geactiveerd in het
buitenste deel van de vloeibare kern en
in stand gehouden door de langzame
af koeling. Vroeger meende men dat de
kern van Mercurius veel te koud en te
klein was om een magneetveld overeind
te kunnen houden dat de hele planeet
omvat. De huidige opvatting is echter
dat de kern van Mercurius tot wel 80%
van de massa van de planeet uitmaakt.
Dat is meer dan dubbel zo veel als voor
andere planeten in het zonnestelsel.
De wisselwerking tussen de kern, het
oppervlak, de atmosfeer en het magneetveld van Mercurius blijkt ook uitermate
dynamisch. Dit staat in schril contrast
met bestaande ideeën over het magneetveld: het zou eerder zijn ontstaan en in
het gesteente zijn achtergebleven.
Diverse onderzoekers vragen zich
echter af hoe het kan dat Mercurius een
vloeibare kern heeft. Ze dachten lange
tijd dat Mercurius in de vroege, warme
jaren van het zonnestelsel sterker onderhevig was aan af koeling dan bijvoorbeeld de aarde. Ook meenden ze, op basis
van het feit dat kleine objecten sneller
af koelen dan grote, dat Mercurius door
zijn geringe grootte al lang afgekoeld
had moeten zijn en dat de kern van
vloeibaar ijzer niet meer kon bestaan.
Hun opponenten denken echter dat
er mogelijk andere stoffen in het ijzer
zitten, zoals zwavelverbindingen, die het
smeltpunt van ijzer verlagen. Metingen
van het zwaartekrachtveld op diverse
De Messengersonde
werd vijf jaar terug
gelanceerd op
Cape Canaveral in
Florida in de VS, op
3 januari 2004.
NASA
NASA
Eerste foto’s van plasmastaart: zo
zit Mercuriusoppervlak in elkaar
Als de zonnewind langs Mercurius
‘waait’, wordt het oppervlak in een
lange, dunne staart meegezogen:
een plasmastaart. Uit opnames die
de Messenger van Mercurius’ staart
maakte, bleek dat deze grotendeels
bestaat uit maar een paar elementen,
zoals waterstof, natrium, zuurstof,
silicium en zwavel. Sommige hiervan
zijn, volgens onderzoekers, afkomstig
van de oppervlakte van de planeet,
zoals waterstof- en natriumatomen,
op de onderstaande foto te zien.
Astronomen hebben voor het
eerst een idee van de samenstelling
van het oppervlak van deze planeet.
Ze hebben daarvoor gekeken naar de
samenstelling van de plasmastaart
en naar verschillen in de samenstelling
van de atmosfeer op de dagzijde
en op de scheidslijn tussen dag en
nacht: de zogeheten terminator.
Waterstofstaart
Mercurius
Zon
24.000 km
Landingsplan afgeketst
Natriumstaart
Mercurius
plekken op het oppervlak kunnen
deze strijd misschien beslechten.
De stabiliteit van het zwaartekrachtveld, ook boven bijvoorbeeld bergketens,
kan erop wijzen dat de variaties die je
hier zou verwachten, er niet zijn omdat
ze worden genivelleerd door bewegingen
van vloeistof binnen in de planeet. Deze
kwestie kan echter pas worden opgelost
58
aangezien het op het oppervlak van de
planeet zo’n 430°C is. Toch was er een
logische verklaring: de vondst is gedaan
in een kratergebied dat zo noordelijk ligt
dat er nooit zonlicht komt. Het is daar
ongeveer -170°C. Het ijs kan af komstig
zijn van een uit koers geslagen komeet,
die op deze plek aan het begin der tijden
op Mercurius is ingeslagen.
Maar de verklaring kan ook in dit geval totaal anders zijn. Het is bijvoorbeeld
moeilijk om andere vluchtige stoffen,
zoals zwavelverbindingen, te onderscheiden van mogelijke ref lectiesignalen
van ijs. Terecht was men dan ook nogal
verrast toen het ijs ontdekt werd. Diverse
onderzoekers speculeerden bovendien
over de mogelijkheid om sporen van
bacteriën in het ijs te vinden. Zij werden
echter al snel teruggef loten door andere
wetenschappers, onder wie de zeer enthousiaste Mercurius-onderzoeker Yves
Langevin van het Franse Institut d’Astro­
physique in Orsay bij Parijs, die het hele
idee van bacteriën op deze gloeiend hete
planeet kwalificeerde als ‘te zot voor
woorden’. De meningsverschillen op
dit punt kunnen pas worden beslecht
wanneer de BepiColombosonde over tien
jaar bij Mercurius arriveert.
als BepiColombo, de Europees-Japanse
sonde, in 2019 bij Mercurius aankomt.
Hoop op leven in het ijs
In 1991 ontdekten radioastronomen via
schotelantennes vanaf de aarde dat er
bij Mercurius’ noordpool een behoorlijk
ijsgebied zou liggen van circa 300 bij 600
kilometer. Dat was nogal een verrassing,
Oorspronkelijk zou de BepiColombo­
sonde een module op Mercurius neer­
zetten. Het doel was onder andere om
schei- en natuurkundige analyses op het
oppervlak uit te voeren om erachter te
komen waarom Mercurius een relatief
grote ijzerkern heeft. Bij andere binnenplaneten zoals Venus en aarde en bij de
planeet Mars maakt de ijzerkern minder
dan 20% van het totale volume uit; bij
Mercurius is dat echter 40% van het
volume en tot wel 80% van de massa.
De plannen om de module te laten
landen zijn echter opgegeven. In plaats
daarvan zullen de metingen tijdens de
vluchten van de twee sondes Messenger
en BepiColombo in kaart brengen hoe de
kern er eigenlijk uitziet.
Over het algemeen zijn astrologen
het erover eens dat de elementen van
het zonnestelsel werden verspreid toen
de planeten gevormd werden in de
vroegste jaren van het heelal. Toen de
wolk waaruit het zonnestelsel ontstond
in beweging kwam, werden de lichtste
elementen vermoedelijk naar de buiten-
gebieden van het zonnestelsel geslingerd
waardoor onder meer grote gasplaneten
gevormd zijn. De zwaarste elementen,
zoals ijzer, bleven daarentegen achter in
het binnenste deel en vormden de planeten die meer op aarde leken.
Deze theorie klopt in grote lijnen
met de bestaande observaties. Wetenschappers zijn het echter niet eens over
de oorzaak van dit verschijnsel. Er zijn
al drie theorieën geopperd. Volgens de
eerste is de ijzerkern een gevolg van een
botsing met een reuzen­a steroïde, die
daarbij een groot deel van het buitenste
deel van de planeet heeft weggeslagen.
De tweede verklaring is dat de intense
straling van de jonge zon een enorme
verdamping van lichte elementen veroorzaakte, waardoor er een overschot
van het zware ijzer kwam. Ten slotte
kan het zijn dat de samenstelling van de
en het binnenste van de ijzerplaneet te
kunnen onderzoeken. Dus hoewel de
resultaten van de Messenger belangrijk
zijn, beschouwen veel onderzoekers die
slechts als een voorproefje van wat er de
komende decennia staat te gebeuren.
Deze resultaten zijn zonder twijfel
een opsteker voor zowel de NASA als de
Amerikaanse onderzoekers. Niet alleen
omdat dit het eerste bezoek is in ruim
30 jaar en het tweede in de geschiedenis
van de ruimtevaart, maar ook omdat de
missie nu al belangrijke informatie over
de planeet oplevert. De Europees-Japanse
BepiColombo zal met zijn diepgravender
onderzoek het werk van de Messenger
afmaken. Samen zijn de twee sondes het
ijkpunt waar astronomen naar zullen
verwijzen als het over Mercurius gaat.
interstellaire wolk die later het zonnestelsel werd, gewoon anders was in het
gebied waar Mercurius is gevormd.
Messenger geeft voorproefje
Hoewel de NASA-wetenschappers over
het algemeen bijzonder enthousiast zijn
over de vele nieuwe en gedetailleerde
ontdekkingen, benadrukken ze ook dat
de verschijnsels op het oppervlak van
Mercurius zo veelsoortig en complex
zijn, dat ze alleen voorlopige conclusies
kunnen trekken over de geschiedenis
van de planeet. Pas wanneer de sonde
BepiColombo Mercurius in 2019 heeft
bezocht en de laatste opnamen van de
Messenger binnen zijn, zouden astronomen de vele raadsels rond Mercurius
kunnen oplossen. Exacte gegevens zijn
nodig om de ontstaansgeschiedenis van
het oppervlak te kunnen vervolledigen
Meer op www.wetenschapinbeeld.nl
NASA
Een nieuwe kaart
van Mercurius
De Messenger van de NASA maakte voor
het eerst foto’s van een nog onbekende
kant van Mercurius. Er zijn dan ook veel
nieuwe ontdekkingen gedaan. Verder
leverde het betere materiaal ook betere
foto’s op, waardoor de bestaande kaarten
opnieuw getekend moeten worden.
Sander
Raditladi
Cunningham
Apollodorus
Panthean Fossae
Kertész
Atget
Eminescu
Xia Zhao
Mozart
Beagle Rupes
Sveinsdottir
Tolstoj
NASA
Basho
500 km
Het Calorisbekken, deels in het donker toen
de Mariner 10 erlangs kwam. Nu blijkt dat het
bekken 1500 km in doorsnee is, geen 1300.
Neruda