Mars staat bekend om zijn woeste weersomstandigheden, al kan het uiteraard nog een stuk gekker in ons zonnestelsel. Onderzoekers komen nu met een innovatieve methode die tien keer sneller en nauwkeuriger is in het meten van Martiaanse winden. Dat is essentieel als we astronauten naar Mars willen brengen.
Tijdens een dag op Mars, die 24 uur en 37 minuten duurt, schommelen de temperaturen gigantisch. De gemiddelde temperatuur ligt er rond de min 62 graden Celsius, het oppervlak van onze rode buurplaneet is bedekt met rood stof, en kenmerkt zich door kraters, canyons en vulkanen. Bovendien is de atmosfeer extreem dun, met slechts ongeveer 1 procent van de dichtheid van de aardse atmosfeer. Wat doet dit met de wind, en hoe klinkt een Martiaans briesje of storm eigenlijk in het echt?
Martiaanse winden
Wetenschappers willen graag nauwkeurige en snelle windmetingen kunnen doen op Mars, zodat ze tijdens toekomstige missies beter rekening kunnen houden met de atmosferische omstandigheden. Dit maakt bijvoorbeeld het vliegen met de Ingenuity-helikopter, die onlangs nog op Mars vloog, een stuk voorspelbaarder.
Het mag duidelijk zijn: het meten van windsnelheden op Mars is geen eenvoudige taak. Tot nu toe hebben Marslanders metingen uitgevoerd door bijvoorbeeld de afkoelsnelheid van verwarmde materialen te meten wanneer de wind erlangs waait, of door camera’s te gebruiken om ‘tell tales’ in beeld te brengen: kleine bandjes of touwtjes die bewegen op de wind en zo de luchtstroming visualiseren. Deze methoden leveren waardevolle inzichten op over het klimaat en de atmosfeer van Mars, maar het zal nog flink wat beter moeten, zeker omdat er vergevorderde plannen zijn om astronauten richting Mars te sturen. De gewenste sprong vooruit in snelheid en nauwkeurigheid is nu dubbel en dwars gelukt.
Piëzo-elektrische sensor
In een recent onderzoek hebben Canadese en Amerikaanse wetenschappers de handen ineen geslagen en een baanbrekend sonisch systeem ontwikkeld. Dit systeem maakt gebruik van twee piëzo-elektrische transducers om de reistijd van geluidspulsen door de dunne Martiaanse lucht te meten.
“Door de verschillen te meten van de snelheid van het geluid – zowel vooruit als achteruit – kunnen we de wind nauwkeurig in drie dimensies meten”, legt hoofdonderzoeker Robert White uit. “De twee grote voordelen van deze methode zijn dat het pijlsnel is en dat het ook nog eens uitstekend werkt bij lage windsnelheden.”
Turbulentie en fluctuerende winden
De onderzoekers hopen in de toekomst tot wel honderd windsnelheidsmetingen per seconde te kunnen uitvoeren, en zelfs kleine briesjes van slechts 1 centimeter per seconde te kunnen opvangen. Dit is een enorme verbetering vergeleken met eerdere methoden, die amper één windsnelheid per seconde konden registreren en moeite hadden om snelheden onder de 50 cm/s op te pikken. “Door snel en nauwkeurig te meten, hopen we niet alleen gemiddelde windsnelheden te kunnen vastleggen, maar ook turbulentie en fluctuerende winden”, vertelt White. “Op deze manier krijgen we meer inzicht in de atmosferische variabelen die een probleem kunnen opleveren voor kleine voertuigen, zoals de Ingenuity-helikopter die onlangs op Mars vloog.”
De onderzoekers testten de ultrasone transducers en sensoren over een breed temperatuurbereik en bij verschillende lagedrukniveaus onder invloed van koolstofdioxide, het belangrijkste atmosferische gas op Mars. Hieruit bleek dat temperatuur- en drukveranderingen slechts minimale foutmarges kunnen veroorzaken in het systeem.
Toekomstige Mars-missies
“De methode die we ontwikkelen zal tien keer sneller en tien keer nauwkeuriger zijn dan alles wat eerder is gebruikt”, pocht White. “We hopen dat het apparaat waardevolle gegevens gaat opleveren voor toekomstige missies naar Mars en nuttige informatie zal prijsgeven over het Martiaanse klimaat. Wie weet kunnen we op deze manier zelfs het klimaat op onze eigen planeet een beetje beter begrijpen.”
