De maan van Jupiter lijkt zo op het eerste gezicht totaal ongeschikt voor duinvorming, maar toch zijn op het oppervlak duin-achtige verschijnselen gespot. En onderzoekers denken nu te weten hoe ze tot stand zijn gekomen.

Hier op aarde, en zeker ook in Nederland, is het een vertrouwd gezicht: het duinenlandschap. Die duinen zijn gevormd door de wind; krachtige winden blazen het zand op een hoop. En zo kunnen soms wel meters hoge heuvels ontstaan. Inmiddels weten we dat die duinen geen typisch aards verschijnsel zijn; zo beschikt bijvoorbeeld ook Mars over duintjes. En toen onderzoekers jaren geleden de ogen legden op beelden die de ruimtesonde Galileo van het oppervlak van Jupiters maan Io had gemaakt, zagen ze ook hoge en uitgestrekte heuveltjes die verdacht veel aan duinen deden denken. Het zorgde voor enige verbazing, want eigenlijk was het ondenkbaar dat op Io – die mede vanwege de oranje en rode vlekken op het oppervlak ook wel aangeduid wordt als de ‘pizzamaan’ – duinen gevormd werden; daarvoor waren de winden op de maan namelijk veel te zwak.

Zwakke winden
“Hoewel de winden op Io veel sneller waaien dan op de aarde (met een snelheid van wel 1000 kilometer per uur), is de kracht ervan veel beperkter dan op de aarde,” vertelt onderzoeker George McDonald aan Scientias.nl. De winden op Io zijn zelfs 100.000 keer zwakker dan de winden op aarde. “Dat komt doordat de atmosfeer van Io heel dun is,” stelt McDonald. Dat zo’n dunne atmosfeer in zwakke winden resulteert, legt hij uit aan de hand van een analogie. “Stel je voor dat iemand een strandbal met enorme snelheid op je af gooit. En stel je vervolgens voor dat iemand een rugbybal met heel lage snelheid naar je gooit. Hoewel de strandbal veel sneller beweegt, is de klap die je ervan ondervindt veel beperkter, omdat de dichtheid ervan veel kleiner is.” En zo is het dus ook op Io: in de ijle atmosfeer kunnen winden wel een hoge snelheid bereiken, maar nooit veel kracht uitoefenen op bijvoorbeeld zandkorreltjes.

Alternatieve manier van vorming
En daarmee leken duinen op Io van de baan. Maar in een nieuwe studie hebben wetenschappers nu een manier gevonden waarop ook op de pizzamaan duinen kunnen ontstaan. Een sleutelrol is daarbij weggelegd voor de vulkanische activiteit op Io. Verschillende studies hebben aangetoond dat vulkanen van grote invloed zijn op het oppervlak van de maan en het zelfs herhaaldelijk, heel snel opnieuw hebben vormgegeven. Het resultaat is een oppervlak dat bestaat uit gestolde lavastromen, zand, nog vloeibare lavastromen en ‘sneeuw’ van zwaveldioxide. En die interessante mix kan, zo stellen McDonald en collega’s nu, leiden tot een situatie waarin de zandkorreltjes worden opgezwiept en op een hoop worden geveegd.

Hoe zit dat precies?
“Op aarde is het zo dat wanneer lava door de sneeuw beweegt, het – afhankelijk van het type lava – mogelijk is dat het zich binnen de sneeuwlaag, in plaats van erop, verplaatst,” legt McDonald uit. “Hetzelfde gebeurt waarschijnlijk op Io; lavastromen bewegen daar door de zwaveldioxide-sneeuw.” Door de warmte van de lava verdampt die ondergrondse sneeuw en loopt de druk onder het oppervlak, door toedoen van de dampen die hierbij ontstaan, op. Wanneer de dampen een uitweg weten te vinden, komen ze met een extreem hoge snelheid in Io’s atmosfeer terecht en daarbij kunnen ze de aan het oppervlak gelegen zandkorreltjes die ze onderweg tegenkomen, meevoeren en verplaatsen. Dat de atmosfeer van Io heel dun is, helpt daarbij. “Omdat de atmosfeer van Io zo dun is, kan de damp gemakkelijk een miljoen keer hogere luchtdruk hebben dan de omringende atmosfeer. Wat er gebeurt is dan ook een beetje te vergelijken met een situatie waarin je hoog in de lucht (waar onze atmosfeer veel dunner is) de deuren van een vliegtuig opengooit. Al die zeer dichte damp haast zich heel snel de omringende atmosfeer in.” En zowel de snelheid als de dichtheid van de ondergrondse dampen die zich een weg naar Io’s atmosfeer weten te banen, is dan dus groot genoeg om zandkorrels op Io te verplaatsen en de vorming van behoorlijke duinen mogelijk te maken.

Bewegend zand
En als je een sonde naar Io zou sturen en daarmee hogeresolutiebeelden van het oppervlak zou maken, zou je er zelfs getuige van kunnen zijn dat de zandkorreltjes door de ondergrondse interactie tussen lava en sneeuw, verplaatst wordt. “We hebben Io natuurlijk al geobserveerd met de Voyager en Galileo-sondes,” stelt McDonald. “Maar hun beeldresolutie was veel te laag.” Om te kunnen bevestigen dat duinen op de door McDonald en collega’s beschreven wijze tot stand kunnen komen, moeten we dus eigenlijk terug naar Io. “Toekomstige sondes zouden dan echter rond Jupiter moeten cirkelen en vervolgens herhaaldelijk langs Io moeten vliegen,” stelt McDonald. “Want door de straling waar sondes in een baan om Io aan worden blootgesteld, kunnen ze niet lang rond Io blijven cirkelen.”

Hoewel het dus nog niet zo eenvoudig zou zijn om de duinen op Io door een sonde nader te laten bestuderen, is het op dit moment eigenlijk wel de enige manier waarop we de vermeende duinen en hun totstandkoming nader kunnen bestuderen. “Alleen zo kunnen we de bewegingen van het zand direct waarnemen of in ieder geval heel accurate kaarten van het oppervlak maken, om meer grip te krijgen op de hoogtes en hellingen van deze heuveltjes.”

Verandering op korte termijn
Mocht toekomstig onderzoek uitwijzen dat Io inderdaad over door de ondergrondse interactie tussen lava en sneeuw opgeworpen duinen beschikt, dan zou dat onze kijk op de maan behoorlijk kunnen veranderen. “De aanwezigheid van duinen zou suggereren dat het oppervlak van Io nog veel dynamischer is dan de meeste mensen denken. We weten al enige tijd dat er regelmatig vulkaanuitbarstingen plaatsvinden en dat het gehele oppervlak ongeveer elke miljoen jaar opnieuw wordt voorgegeven. Maar duinen op aarde kunnen in duizenden jaren van richting veranderen, groeien of zich verplaatsen. Dus lang voor de hele maan door nieuw magma van een nieuw oppervlak wordt voorzien, kunnen er door de beweging van zand, complexe veranderingen optreden.”

Daarnaast zou de aanwezigheid van duinen op Io maar weer eens onderschrijven dat duinen allesbehalve aardse fenomenen zijn. “Duinen lijken in toenemende mate één van de meest voorkomende fenomenen op hemellichamen (planeten en manen) te zijn,” stelt McDonald. “Dat zou amper vijf jaar geleden nog als een overdrijving kunnen zijn gezien, maar sindsdien hebben we duinachtige fenomenen gezien op kometen (komeet 67P/Churyumov–Gerasimenko), mogelijk bewijs voor duinen op Pluto en nu op Io. We dachten altijd dat je een relatief dikke atmosfeer nodig had, zoals op Mars en de aarde, om zand te verplaatsen en duinen te vormen. Maar het lijkt er in toenemende mate op dat duinen zelfs in dunne atmosferen gevormd kunnen worden.”