Invallende kleine hemellichamen: meer is er mogelijk niet nodig om de aanwezigheid van waterijs op Mercurius te verklaren.

In het binnenste van ons zonnestelsel treffen we de planeet Mercurius aan. IJs zou je er misschien niet verwachten; de planeet staat immers drie keer dichter bij de zon dan de aarde en krijgt dan ook veel meer straling en warmte te verduren. En toch is er ijs op Mercurius te vinden. En wel in diepe kraters nabij de polen, waarvan de bodem nooit zonlicht ziet. Daar, in die kraters, bevindt zich ijs dat vele meters dik is.

Herkomst van het ijs
Maar waar komt dat ijs eigenlijk vandaan? Over die vraag hebben onderzoekers van het Nederlandse Instituut voor Ruimte-onderzoek (SRON) zich nu gebogen. En hun bevindingen zijn terug te lezen in het blad Icarus.

Twee opties
Als het over het ijs op Mercurius gaat, zijn er grofweg twee mogelijkheden. Of de watermoleculen zijn afkomstig uit de ruimte en door ingeslagen planetoïden en kometen of neerdwarrelend ruimtestof op Mercurius afgezet. Of de watermoleculen zijn ‘endogeen’ oftewel afkomstig uit het binnenste van Mercurius of op Mercurius zelf ontstaan. “Endogene bronnen zijn vulkanische activiteit of het ontgassen van de korst en mantel,” vertelt onderzoeker Kateryna Frantseva aan Scientias.nl. Dat dergelijke gebeurtenissen water aan het oppervlak kunnen brengen, is te danken aan het feit dat een deel van het materiaal waaruit Mercurius gevormd werd, water herbergde. Later kan een deel van dat materiaal bijvoorbeeld door erupties aan het oppervlak zijn gekomen. “Daarnaast kan ook de interactie tussen het oppervlak van de planeet en de zonnewind water voortbrengen.”

In hun studie richten Frantseva en collega’s zich echter niet op deze endogene waterbronnen, maar juist op de mogelijkheid dat planetoïden, kometen en ruimtestof water naar Mercurius brachten. Ze verkenden die optie met behulp van simulaties. Met speciale software bootsten ze het zonnestelsel – met daarin de zon, acht planeten en honderdduizenden planetoïden, kometen en stofdeeltjes – na. “In onze simulaties probeerden we de dynamiek in het zonnestelsel te simuleren, oftewel: hoe planeten en kleine hemellichamen rond de zon bewegen. En elke keer dat daarbij een botsing plaatsvond tussen een klein hemellichaam en een planeet of de zon, noteerden we dat. De simulatie is statistisch gezien representatief voor de werkelijkheid: het aantal kleine hemellichamen dat met planeten botst, komt overeen met wat we in werkelijkheid zien, maar we kunnen de simulatie niet gebruiken om te voorspellen welk specifiek hemellichaam op een gegeven moment met een planeet in botsing komt. In feite kunnen we met de software simuleren hoeveel kleine hemellichamen er gemiddeld binnen een bepaald tijdsbestek met een gegeven planeet in botsing komen.”

Inslag
En de simulaties wijzen uit dat Mercurius behoorlijk wat te verduren krijgt. Sterker nog: gedurende een periode van 1 miljard jaar klappen er voldoende kleine waterdragende hemellichamen op de planeet om de hoeveelheid ijs die we nu op de planeet aantreffen, te verklaren. “We kunnen endogene waterbronnen, zoals vulkanische activiteit en gassen die ontsnappen uit de korst en mantel niet uitsluiten, maar dit resultaat laat zien dat we ze niet nodig hebben,” aldus Frantseva. “We kunnen volstaan met inslagen van kleine hemellichamen om het water te verklaren dat we op Mercurius zien.”

Tienduizend kilogram water
Ruimtestof speelt daarin met name een grote rol; de simulaties suggereren dat interplanetaire stofdeeltjes per jaar ruim tienduizend kilogram water op Mercurius afzetten. Planetoïden en kometen transporteren samen elk jaar ongeveer 1000 kilogram water naar de planeet. “Het water dat door kleine hemellichamen op Mercurius wordt afgezet, zal slechts deels op het oppervlak blijven hangen,” vertelt Frantseva. “Een deel van het water gaat verloren tijdens de inslag, een ander deel gaat verloren door de interactie met UV-straling afkomstig van de zon en het restant bereikt de permanent beschaduwde krater nabij de polen.”

BepiColombo
Of invallende kleine hemellichamen als het om de dikke ijslaag in Mercurius’ polaire kraters gaat, ook daadwerkelijk alle eer toekomt, is zoals gezegd nog niet helemaal zeker. “Een simulatie is niet hetzelfde als een observatie,” benadrukt Frantseva. “Maar we weten wel zeker dat kleine hemellichamen met planeten botsen.” En daarmee lijkt het dus ook zeer aannemelijk dat die kometen, planetoïden en dat ruimtestof in ieder geval enige credits verdienen. Hoe groot hun rol exact is geweest, zal in de nabije toekomst moeten blijken. “Om ons model te valideren moeten we het water in de polaire kraters vergelijken met het water dat we op kleine hemellichamen zien,” stelt Frantseva. BepiColombo, een sonde die momenteel onderweg is naar Mercurius en daar in 2025 moet arriveren, kan daar wellicht een rol in spelen.

Dat de vragen omtrent de herkomst van Mercurius’ ijs de tijd en inspanning van onderzoekers waard zijn, staat voor Frantseva buiten kijf. “Het is belangrijk om na te gaan hoe water – één van de belangrijkste ingrediënten voor leven zoals wij dat kennen – door ons zonnestelsel verspreid is.” Wat Mercurius daarbij een extra interessant onderzoeksobject maakt, is dat ideeën omtrent het watertransport op of naar deze planeet tijdens toekomstige missies naar de planeet getoetst kunnen worden. “Daarnaast is Mercurius ook een prachtig voorbeeld van een planeet waarop water – ondanks de geringe afstand tot de moederster – stand kan houden.” De bevindingen van huidig en toekomstig onderzoek naar Mercurius’ ijs zijn daarbij natuurlijk niet alleen van belang voor ons begrip van ons eigen zonnestelsel; het kan ook implicaties hebben voor planeten die om andere sterren cirkelen en de eventuele leefbaarheid daarvan.