MAVEN – onderzoekt de atmosfeer van Mars

 

Maven in een baan om Mars
Artist impression van de MAVEN in een baan om Mars. Credit: NASA/JPL

De Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN missie van de NASA (afgekort MAVEN) is ontworpen om in het verleden van Mars te kijken in een poging om te achterhalen hoe de rode planeet van een natte wereld veranderde in de droge woestijn die we nu kennen.

De missie kost bijna 700 miljoen dollar en onderzoekt het bovenste deel van de atmosfeer van Mars en probeert dan met name te achterhalen hoe de planeet bijna al zijn water en zijn atmosfeer verloor.

Ruimtesondes op en om Mars

MAVEN werd in september 2008 geselecteerd uit 20 andere onderzoeksvoorstellen die in 2006 bij de NASA waren ingediend. De missie maakte oorspronkelijk deel uit van het Mars Scout-programma van de NASA dat als doel had om goedkope (< 485 miljoen dollar) missies naar de rode planeet uit te voeren. Ofschoon dit programma in 2010 eindigde waren MAVEN en de 2008 Phoenix lander succesvolle missies uit dit programma.

MAVEN was de 10de Mars orbiter die door de NASA werd gelanceerd en is nu een van de zes actieve ruimtesondes die momenteel (medio 2018) om de rode planeet draaien: Mars Odyssey werd in 2001 gelanceerd, de Mars Express in 2003, de Mars Reconnaissance Orbiter in 2005, de Mars Orbiter Mission in november 2013. MAVEN arriveerde in september 2014 bij Mars, enige tijd later gevolgd door de ExoMars Trace Gas Orbiter.

NASA heeft op dit moment ook twee rovers op het oppervlak rondrijden: Opportunity en Curiosity. De Curiosity landde in 2012 op Mars. Curiosity was tevens de laatste missie van de NASA die naar de rode planeet werd gelanceerd.

Instrumentarium van de MAVEN

MAVEN heeft acht wetenschappelijke instrumenten aan boord die speciaal zijn geselecteerd om de atmosfeer van Mars te onderzoeken.

  • Solar Energetic Particle: dit instrument meet de ionen van waterstof en helium de door de Zon tijdens het reguliere zonneweer worden uitgezonden. SEP levert gegevens over hoeveel zonne-energie er naar de bovenste lagen van de atmosfeer van Mars wordt gezonden.
  • Solar Wind Ion Analyzer: de SWIA meet temperatuur, dichtheid en snelheid van de zonnewind als die in contact komt met de atmosfeer van Mars.
  • SupraThermal and Thermal Ion Composition: dit instrument onderzoekt de samenstelling van hoogenergetische ionen in de bovenste lagen van de atmosfeer van Mars. Deze ionen kunnen verloren gaan naar de ruimte of teruggekaatst worden naar de atmosfeer.
  • Langmuir Probe and Waves: dit instrument bepaalt de grens en de dichtheid van de ionosfeer.
  • Solar Wind Electron Analyzer: de SWEA meet de hoekverdeling en energieën van elektronen. Het instrument kan wetenschappers helpen om de gebieden van de zonnewind in kaart te brengen.
  • Magnetometer: dit instrument verzamelt gegevens over de magnetische omgeving van de MAVEN. Deze gegevens kunnen gebruikt worden voor andere instrumenten omdat magnetische velden niet alleen de bovenste laag van de atmosfeer kunnen beïnvloeden.
  • Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer: dit instrument levert gegevens over hoe de samenstelling en structuur van de bovenste laag van de atmosfeer verandert tijdens de missie van de MAVEN.
  • Imaging Ultraviolet Spectrograph: de IUVS onderzoekt de chemische samenstelling van de atmosfeer van Mars en meet hoeveel waterstofatomen er in verhouding ontsnappen.

MAVEN heeft ook de Electra Communications Relay bij zich die als back-up communicatie voor de Curiosity en de Opportunity dient. MAVEN kan als een verbindingssatelliet tussen de rovers en de Aarde dienen. Ook de Mars Odyssey en de Mars Reconnaissance Orbiter kunnen dit.

Komeet Siding Spring

MAVEN werd midden november 2013 gelanceerd en arriveerde op 21 september 2014 bij Mars. De ruimtesonde heeft de grootte van een kleine schoolbus. MAVEN arriveerde een maand voordat komeet Siding Spring op 19 oktober 2014 zijn dichtste nadering tot Mars zou maken (140.500 kilometer). Normaliter duurt het enige weken om de instrumenten te kalibreren en een ruimtesonde aan zijn eigenlijke missie begint maar in dit geval braken de wetenschappers deze kalibratieperiode af om de ontmoeting met de komeet te volgen.

De waarnemingen van de MAVEN leverden een stortvloed aan resultaten op. Materiaal dat van de komeet viel kwam in de atmosfeer van Mars terecht en veroorzaakte daar een enorme meteorenregen. De scheervlucht van de komeet leidde ook tot meer kennis over de samenstelling van kometen in de Oortwolk. De Oortwolk is het gebied voorbij Neptunus waar komeet Siding Spring vandaan kwam. Wetenschappers vonden magnesium, silicium, calcium en kalium afkomstig van de komeet terug in de atmosfeer van Mars. Het magnetische veld van de komeet blies zelfs een deel van de atmosfeer van Mars de ruimte in.

MAVEN trof in 2017 metalen aan in de atmosfeer van Mars. Zo werden ijzer, magnesium en natrium-ionen gevonden. Deze metalen zijn afkomstig van interplanetair stof maar het is voor het eerst dat deze elementen in een atmosfeer anders dan die van de Aarde zijn gevonden. Metaal werd overigens voor het eerst aangetroffen in de atmosfeer van komeet Siding Spring toen die in 2017 passeerde. Maar de metingen van MAVEN tonen aan dat de gevonden metalen niet gelinkt zijn aan de komeet. Deze meteoren kunnen ook afkomstig zijn van meteoren die door de atmosfeer heen reizen.

Waarnemingen van de atmosfeer

In november 2015 bevestigde MAVEN dat het merendeel van de atmosfeer van Mars weglekt naar de ruimte. De meeste erosie op Mars vond heel lang geleden plaats maar er is nog steeds een heel klein beetje erosie gaan de volgens de NASA.

Het merendeel van de atmosfeer is ongeveer 3,7 miljard jaar geleden verdwenen. Dit werd deels veroorzaakt door de Zon die destijds veel sterkere zonnewinden had dan nu en ook veel meer ultraviolette straling uitzond. Beide factoren droegen bij aan de erosie van de atmosfeer van Mars. Daarnaast verloor Mars al vroeg in zijn bestaan zijn magneetveld en dat betekende dat nog een beschermlaag tegen de Zon verdween. Uitgaande van argon, een gas dat niet met andere elementen reageert, maakten wetenschappers gedetailleerdere modellen over hoe dit proces in zijn werk kon zijn gegaan.

MAVEN ontdekte een rommelige magnetische staart achter de planeet. Deze ontdekking werd in 2017 bekend gemaakt. Interacties tussen magnetische velden van Mars en de zonnewind is hiervoor verantwoordelijk.

In 2017 lieten opnieuw geanalyseerde gegevens van de MAVEN zien dat komeet Siding Spring verantwoordelijk was voor de grootste meteorenstorm die ooit is waargenomen. De meteorenstorm zorgde voor ongeveer 110.000 meteoren per uur en duurde ongeveer 3 uur.

Midden 2018 nam MAVEN ook de immense planeet omvattende stofstorm waar. Wetenschappers proberen te leren hoe deze stormen kunnen ontstaan en zich ontwikkelen.

Daarnaast geven wetenschappers aan dat de resultaten van het MAVEN-onderzoek ook zullen bijdragen om atmosferen van exoplaneten beter te begrijpen. Astronomen willen meer leren over de bewoonbaarheid van exoplaneten met de grootte van de Aarde en zien hoe Mars zijn atmosfeer verliest is daarbij van belang.

Andere wetenschappelijke resultaten

Mars heeft geen planeet omvattend magneetveld maar vreemd genoeg kunnen er in ultraviolet en zichtbaar licht wel aurora’s waargenomen worden. Op Aarde zijn die ook zichtbaar maar daar zijn ze het resultaat van de interactie tussen zonnedeeltjes en het magnetische veld van de Aarde.

MAVEN heeft ook “nachtgloed” waargenomen. Deze gloed ontstaat als stikstof en koolstofdioxide moleculen door het UV-licht van de Zon worden afgebroken aan de dagzijde van Mars. ’s Nachts combineren de atomen weer op lagere hoogtes en daar komt energie bij vrij die als UV-straling wordt uitgezonden; de nachtelijke gloed.

MAVEN heeft ook de maan Phobos in ultraviolet licht bestudeerd. Onderzoekers hopen zo uit te vinden of er organische moleculen aan het oppervlak voorkomen en ze willen op die manier meer leren over de samenstelling van Phobos. In 2017 werd de baan van MAVEN verandert om een potentiële toekomstige botsing met Phobos te voorkomen.

In 2017 kondigde NASA aan dat, na een sterke zonnestorm, er overal op de planeet aurora’s zichtbaar waren. Deze werden ook opgemerkt door de Curiosity op de grond die ook een piek in de straling waarnam.

 

Eerste publicatie: 6 oktober 2018