Onderzoekers hebben ontdekt dat vlak voor Voyager’s bezoek een intense zonnestorm het magnetisch veld van Uranus samendrukte. Dit heeft vervolgens omstandigheden gecreëerd die waarschijnlijk maar 4 procent van de tijd voorkomen.
Het is 24 januari 1986. Voyager 2 suist al zeker acht en half jaar met een haastige 48.000 kilometer per uur door ons zonnestelsel. Op die gedenkwaardige januaridag zou het ruimtevaartuig de mysterieuze zevende planeet in ons zonnestelsel ontmoeten: de ijskoude Uranus. De flyby leverde een schat aan informatie op en heeft een grote bijdrage geleverd aan ons wetenschappelijke begrip van de planeet. De vraag is echter hoe goed we Uranus dankzij deze scheervlucht daadwerkelijk hebben leren kennen. Want volgens onderzoekers troffen we de planeet aan tijdens een uiterst zeldzame gebeurtenis.
Vreemde eend
Toen NASA’s Voyager 2 in 1986 langs Uranus vloog, was dit de eerste keer – en tot nu toe de enige – dat we deze vreemde planeet, die zijwaarts roteert, van dichtbij zagen. Naast het ontdekken van nieuwe manen en ringen, stuitten wetenschappers op verwarrende mysteries. De geladen deeltjes rondom de planeet gedroegen zich bijvoorbeeld anders dan verwacht. Uranus kreeg daardoor de reputatie een ‘vreemde eend’ in ons zonnestelsel te zijn.
Magnetosfeer
Daar gaan we even dieper op in. Magnetosferen (de gebieden rond een planeet die door het magnetisch veld worden gedomineerd) werken als beschermende bubbels rond planeten (zoals de aarde). Ze bestaan uit magnetische kernen en velden, die de planeten beschermen tegen stromen van geïoniseerd gas – of plasma – die de zon uitstoot via de zonnewind. Meer inzicht in hoe magnetosferen functioneren is essentieel voor het begrijpen van onze eigen planeet, maar ook van andere planeten, zelfs die in de verre uithoeken van ons zonnestelsel en daarbuiten.
De magnetosfeer van Uranus
Wetenschappers waren dan ook erg geïnteresseerd in het bestuderen van de magnetosfeer van Uranus. Maar wat ze in de Voyager 2-gegevens uit 1986 ontdekten, verwonderde hen. Ze zagen stralingsbanden van elektronen in de magnetosfeer van de planeet, die bijna net zo intens waren als die van Jupiter. Er leek echter geen bron van geactiveerde deeltjes te zijn om deze energiebanden te voeden; de rest van de magnetosfeer van Uranus was bijna helemaal leeg van plasma (iets wat normaal wel aanwezig is in de magnetosferen van andere planeten). Het ontbreken van plasma verwarde wetenschappers, omdat ze wisten dat de vijf grote manen van Uranus in de magnetosfeer waterionen zouden moeten produceren, net zoals ijzige manen bij andere verre planeten dat doen. Ze kwamen tot de conclusie dat de manen inactief moesten zijn, zonder enige actieve processen.
Uniek
Onderzoekers stonden versteld van Voyagers ontdekkingen. “Elke planetaire magnetosfeer is uniek, maar Uranus valt zeker op als één van de vreemdere”, vertelt onderzoeker Jamie Jasinski, verbonden aan de California Institute of Technology, in gesprek met Scientias.nl. “Het magnetisch veld is 60 graden gekanteld ten opzichte van de rotatie-as, wat veel extremer is dan de 11 graden van de aarde, de 10 graden van Jupiter en de minder dan 1 graden van Saturnus. Dit betekent dat het magnetisch veld van Uranus zich elke dag bijna volledig omdraait, wat leidt tot een dynamiek die waarschijnlijk heel anders is dan die van andere planeten. Het ontbreken van plasma was ook een raadsel, niet alleen omdat we geen water van de manen zagen, maar ook omdat er geen plasma van de zonnewind in de magnetosfeer aanwezig was. De stralingsbanden van elektronen waren de op één na sterkste in het zonnestelsel, na die van Jupiter. Hoe Uranus zulke intense stralingsbanden kan behouden, blijft ook een groot vraagteken. Kortom, de metingen van de Voyager 2 flyby gaven ons een zeer ongebruikelijk beeld van dit extreme systeem.”
Winderige dag
Jasinski en zijn team hebben in een nieuwe studie de Voyager 2-gegevens vlak voor de flyby opnieuw bekeken. En dat heeft belangrijke nieuwe inzichten opgeleverd over de magnetosfeer van Uranus, die onze eerdere opvattingen over de planeet drastisch kunnen veranderen. Het toeval wil namelijk dat de sonde Uranus ontmoette direct na een intense zonneactiviteit, zo ontdekte de onderzoekers, waarbij een stroom geladen deeltjes uit de zon werd uitgestoten. Dit zorgde ervoor dat de magnetosfeer van Uranus werd samengedrukt en in een staat terechtkwam die maar zo’n 4 procent van de tijd voorkomt. In deze toestand zou de magnetosfeer geen plasma bevatten, met zeer actieve elektronenstralen.
Zonnewind
Kortom, de intense zonnewind creëerde een bijzonder unieke situatie. Maar hoe zit dat precies? “De zonnewind komt van de zon en bereikt onderweg elke planeet en diens magnetosfeer”, legt de onderzoeker uit. “Wanneer deze de magnetosfeer raakt, oefent de zonnewind druk uit. Bij een sterkere zonnewind wordt de magnetosfeer ingedrukt en vervormd, waardoor deze kleiner wordt. Wat we hebben ontdekt, is dat vlak voor de aankomst van Voyager 2 bij Uranus, de zonnewinddruk met 20 keer toenam, waardoor de magnetosfeer samengedrukt werd tot slechts 20 procent van zijn oorspronkelijke volume. Deze grote verandering in de magnetosfeer kan veel activiteit veroorzaken, zoals het uitdrijven van plasma en het aanvullen van de stralingsbanden met nieuwe, energierijke elektronen, waardoor ze worden geïntensiveerd.”
Andere planeten
De auteurs suggereren dat als Voyager 2 Uranus slechts een paar dagen eerder had bezocht, we een totaal andere magnetosfeer zouden hebben gezien, waarschijnlijk zonder abnormale kenmerken. Het lijkt er dus op dat de wetenschappers Uranus op een bijzonder winderige dag troffen, wat ons begrip van de planeet mogelijk heeft vertekend. Toch ziet Jasinski dit niet per se als een ongelukkige samenloop van omstandigheden. “Dankzij de data en metingen van de flyby hebben we een geweldig inzicht gekregen in dit fascinerende systeem”, zegt hij. “We hebben waarschijnlijk de magnetosfeer van Uranus op één van zijn meest dynamische momenten waargenomen, wat op zichzelf al spannend is. De flyby heeft echter meer vragen opgeroepen door de mysterieuze metingen die Voyager 2 heeft verzameld dan dat het antwoorden heeft gegeven. Maar dat is te verwachten bij zo’n snelle flyby. We mogen ons gelukkig prijzen dat we deze planeet hebben kunnen bestuderen en zulke belangrijke ontdekkingen hebben kunnen doen dankzij Voyager 2.”
Mysterieus
De ontdekking kan goed nieuws zijn voor de vijf grote manen van Uranus: sommige daarvan zouden misschien toch geologisch actief kunnen zijn. De auteurs merken echter op dat ons begrip van Uranus nog steeds erg beperkt is, aangezien de nieuwe bevindingen eerdere veronderstellingen uitdagen. Jasinski heeft dan ook nog een tal van vragen over de nog altijd raadselachtige Uranus. “Een belangrijke vraag over de magnetosfeer is natuurlijk of onze uitleg van de Voyager 2 flyby klopt – spelen compressies van de magnetosfeer door de zonnewind een rol in het aandrijven van dynamiek, het veranderen van de plasma-populatie en het intensiveren van de stralingsbanden?” Vraagt hij zich bijvoorbeeld hardop af. “Onze verklaring lijkt tot nu toe redelijk, maar om het definitief te bevestigen, zouden we metingen binnen de magnetosfeer moeten uitvoeren.”
Andere vragen
Maar dat is nog niet eens het enige wat Jasinski graag over de planeet te weten zou willen komen. Zo vraagt hij zich bijvoorbeeld ook af waar Uranus uit is opgebouwd. “Is het een ijsreus of een rotsreus? We noemen het een ijsreus omdat er veel water in het universum is en de dichtheid van de planeet dicht bij die van ijs ligt. In de afgelopen decennia zijn er echter wetenschappers die denken dat het misschien een mengsel van rots en gas is, met een dichtheid die vergelijkbaar is met die van water. Daarnaast snappen we ook niet waarom Uranus geen restwarmte uitstraalt. Zijn buurplaneet Neptunus straalt tien keer meer energie uit dan Uranus. Waarom heeft Uranus negen smalle, dichte ringen? Normaal zouden ringen zich verspreiden, zoals bij Saturnus, maar er lijkt iets te zijn dat de ringen van Uranus in hun strakke vorm houdt. De beste manier om al deze vragen te beantwoorden, is met een speciale orbiter die de planeet omcirkelt en metingen verricht, terwijl tegelijkertijd een sonde wordt losgelaten die de atmosfeer van Uranus binnengaat.”
Enige metingen
Het is niet zo verwonderlijk dat we nog zo weinig weten over Uranus. De gegevens van Voyager 2 zijn de enige metingen die we ooit dichtbij de planeet hebben verzameld. “We kunnen de resultaten van slechts één flyby niet beschouwen als een nauwkeurige weergave van het Uranus-systeem”, merkt Jasinski op.
De onderzoeker zou dan ook graag een nieuwe missie op de planeet afsturen. “Een toekomstige missie naar Uranus is essentieel om de wetenschappelijke metingen te verzamelen die nodig zijn om enkele van de meest fascinerende vragen in ons zonnestelsel te beantwoorden”, betoogt hij. “En als we teruggaan naar Uranus, dan moeten we er rekening mee houden dat we een compleet andere magnetosfeer zullen zien dan wat Voyager 2 heeft waargenomen. We hebben een ruimtevaartuig nodig dat enkele jaren in een baan om de planeet blijft, zodat we de veranderingen in de tijd goed kunnen bestuderen. Alleen door terug te keren naar Uranus en de planeet in een baan te omcirkelen, kunnen we deze nog altijd mysterieuze planeet pas echt gaan doorgronden.”
