Astronomen hebben direct bewijs gevonden voor de aanwezigheid van atomaire zuurstof, zwevend boven de giftige wolken van onze ‘kwaadaardige’ buurplaneet.
In ons zonnestelsel vinden we twee opvallend gelijkende planeten: de aarde en Venus. Ze delen waarschijnlijk dezelfde leeftijd, hebben vergelijkbare afmetingen en zijn hoogstwaarschijnlijk ontstaan uit dezelfde bouwstenen. Desondanks vertonen deze hemellichamen aanzienlijke verschillen. De aarde beschikt bijvoorbeeld over een heldere, blauwe lucht en heeft een zuurstofrijke atmosfeer. Tegelijkertijd wordt Venus omringd door een dichte wolk van koolstofdioxide, stikstof en diverse sporengassen. Maar ook in de onstuimige atmosfeer van ons ‘kwaadaardige’ tweelingzusje is zuurstof te vinden, zo tonen onderzoekers nu aan.
Atomaire zuurstof
Even ter verduidelijking: we praten hier over een andere vorm van zuurstof dan die op aarde voorkomt. In het geval van Venus gaat het namelijk om atomaire zuurstof. “Atomaire zuurstof bestaat uit slechts één zuurstofatoom,” legt onderzoeker Heinz-Wilhelm Hübers in gesprek met Scientias.nl uit. “Dit is dus wat anders dan moleculaire zuurstof die bestaat uit twee zuurstofatomen en die we nodig hebben om te ademen.”
Studie
De onderzoekers kwamen deze atomaire zuurstof op het spoor met behulp van het terahertz-spectrometer upGREAT aan boord van SOFIA (zie kader). Na analyse van de verzamelde gegevens ontdekten ze duidelijke tekenen van atomaire zuurstof aan zowel de dag- als de nachtzijde van de planeet.
SOFIA staat voor Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. Het was een observatorium aan boord van een aangepaste Boeing 747SP-vliegtuig dat werd gebruikt voor astronomische waarnemingen in het infraroodbereik. SOFIA steeg op naar de stratosfeer, waar het boven veel van de waterdamp in de aardse atmosfeer kwam, waardoor het een helderder zicht op het heelal kreeg. Op 13 december 2022 maakte het vliegtuig zijn laatste vlucht.
De ontdekking is bijzonder. “Tot op heden is atomaire zuurstof nog niet waargenomen aan de dagkant van Venus,” vertelt Hübers. “Volgens modellen zou het echter wel moeten bestaan en worden gegenereerd onder invloed van zonnestraling. Onze metingen bevestigen deze voorspelling. Bovendien laten de resultaten zien dat de concentratie van atomaire zuurstof afneemt naarmate de zonnestraling afneemt. De winden op de dagzijde transporteren de atomaire zuurstof naar de nachtzijde, waar het zich vervolgens lokaal ophoopt.”
Dagzijde
Het betekent dat er dus zowel aan de dag- als aan de nachtzijde van Venus atomaire zuurstof te vinden is. En dit is nu voor het eerst rechtstreeks gemeten. Hoewel we weten dat atomaire zuurstof een cruciale rol in de fotochemie en energiebalans van de atmosfeer van Venus speelt, was het tot nu toe was zoals gezegd nog niet direct aan de dagzijde van Venus waargenomen. Eerdere observaties aan de nachtzijde waren beperkt tot het bestuderen van de zwakke luchtgloed van Venus, een subtiele uitstraling van licht door de atmosfeer van de planeet.
Hoe ontstaat het?
Hoe atomaire zuurstof op Venus eigenlijk het levenslicht ziet? Deze vorm van zuurstof wordt op de dagzijde van Venus geproduceerd door de afbraak van koolstofdioxide (CO2) en koolmonoxide (CO) en wordt vervolgens naar de nachtzijde getransporteerd. “De atomaire zuurstof wordt gevormd door fotolyse,” legt Hübers desgevraagd uit. “Zonnestraling breekt CO2-moleculen af, en de zuurstof uit deze CO2-moleculen wordt vrijgegeven als atomaire zuurstof (dit gebeurt ook in veel kleinere mate met CO).” Het team onderzocht 17 punten aan beide zijden van de planeet en constateerde dat zuurstof op alle locaties werd gedetecteerd, met de hoogste concentraties op ongeveer 100 kilometer boven het oppervlak.
Winden
Dat het zich hier ophoopt, is op zich niet zo vreemd. In de atmosfeer van Venus heersen twee sterke luchtbewegingen: onder de 70 kilometer hoogte waaien er winden met orkaankracht tegen de draairichting van Venus in, terwijl boven de 120 kilometer hoogte krachtige winden met de rotatierichting meegaan. Tussen deze tegenstrijdige atmosferische stromingen bevindt zich de laag van atomaire zuurstof. De temperatuur van atomaire zuurstof varieert van ongeveer -120 graden Celsius aan de dagzijde tot -160 graden Celsius aan de nachtzijde. De concentratie ervan is ongeveer tien keer lager dan in de atmosfeer van de aarde.
Beter begrip
De detectie van atomaire zuurstof in de onstuimige Venusiaanse atmosfeer, is een grote stap voorwaarts. “Onze metingen dragen bij aan een dieper inzicht in de fotochemie van de Venusatmosfeer,” legt Hübers uit. “Daarnaast tonen ze aan dat atomaire zuurstof dienst kan doen als een tracer voor windbewegingen op een hoogte van ongeveer 100 kilometer. Ook kunnen bestaande modellen dankzij onze metingen worden bevestigd en verder worden verfijnd.”
Venus
Tegelijkertijd breidt de studie ook onze kennis over onze nog altijd raadselachtige buurplaneet verder uit. “We begrijpen nu bijvoorbeeld beter hoeveel atomaire zuurstof er aan de dagzijde van Venus wordt geproduceerd en hoe dit samenhangt met straling van de zon die op Venus schijnt,” aldus Hübers. Langzamerhand beginnen we dus steeds meer over Venus te leren, die nog altijd minder goed is bestudeerd dan onze andere naaste buur Mars.
Verschillen
Uiteindelijk hopen de onderzoekers te achterhalen hoe het kan dat Venus en de aarde, ondanks hun sterke gelijkenissen, zo’n ander pad zijn ingeslagen en vandaag de dag zo verschillend zijn. Hoewel we niet precies weten hoe Venus en de aarde zo’n uiteenlopende wegen zijn ingeslagen, kan onderzoek naar onze buurplaneet ons wellicht inzicht verschaffen. Was Venus ooit op dezelfde koers als de aarde en nam het ergens een verkeerde afslag? Of was het vanaf het begin al de boze tweeling van onze planeet?
Venus vertoont op veel vlakken gelijkenissen met de aarde. Hoewel de planeet zoals gezegd ongeveer dezelfde grootte, structuur, massa en dichtheid heeft, eindigen daar de overeenkomsten. Venus wordt geplaagd door een extreem versterkt broeikaseffect, waarbij de dikke atmosfeer alle warmte vasthoudt en de oppervlaktetemperaturen stijgen tot 465 graden Celsius. Bovendien wordt de planeet omringd door een wolkendek doordrenkt met bijtend zwavelzuur. Deskundigen geloven echter dat dit niet altijd het geval is geweest. Veel wetenschappers vermoeden dat Venus oorspronkelijk meer op de aarde leek en mogelijk zelfs water herbergde. Als dit klopt, rijst de grote vraag wat ervoor heeft gezorgd dat de planeet op een gegeven moment zo’n andere pad insloeg en vandaag de dag zo sterk afwijkt van de aarde.
Inzicht krijgen in de atmosfeer van Venus kan ons helpen de contrasten met de aarde te doorgronden. En één van de methoden om dit te bereiken, is het volgen van de zuurstofsporen. “De niveaus van atomaire zuurstof in de atmosfeer van de aarde verschilt sterk van die op Venus,” zegt Hübers. “Dit komt doordat op aarde atomaire zuurstof wordt geproduceerd door de ontbinding van moleculaire zuurstof, wat essentieel is voor leven. Het onderzoek naar atomaire zuurstof kan dus bijdragen aan een dieper begrip van de geschiedenis van beide atmosferen.”
Daarnaast is de hoop tevens gevestigd op verschillende aankomende ruimtemissies naar Venus. De laatste jaren zijn er maar weinig ruimtesondes richting Venus gegaan. Maar gelukkig komt daar binnenkort verandering in. Niet alleen keert NASA terug – het Amerikaanse agentschap stuurt maar liefst twee ruimtesondes naar onze naaste buur – ook de Europese ruimtevaartorganisatie trakteert ons ‘zusje’ op een bezoekje. Het beloven spannende en interessante missies te worden, die uiteindelijk een globaal beeld zullen scheppen van onze zusterplaneet en deze van onder tot boven gaan karakteriseren. En daardoor zullen we naar alle waarschijnlijkheid veel meer te weten komen over de nog altijd raadselachtige planeet Venus.
