Parker Solar Probe ziet een radiosignaal in de atmosfeer van Venus

WISPR-opname van de nachtzijde van Venus
Toen de Parker Solar Probe in juli 2020 een scheervlucht maakte langs Venus ontdekte het WISPR-instrument (Wide-field Imager for Parker Solar Probe) een heldere rand rond de rand van Venus die mogelijk nachtgloed is. Nachtgloed is licht dat wordt uitgezonden door zuurstofatomen hoog in de atmosfeer die aan de nachtzijde recombineren tot moleculen zuurstof. Het opvallende donkere kenmerk in het midden van de foto is Aphrodite Terra, het grootste hooglandgebied op Venus. De heldere strepen worden meestal veroorzaakt door een combinatie van geladen deeltjes, kosmische straling, en zonlicht dat wordt weerkaatst door stofdeeltjes in de ruimte, en materiaaldeeltjes die na botsing met die stofdeeltjes vrijkomen uit de ruimtesonde. Het aantal strepen varieert langs de baan of met de verschillende snelheden waarmee de ruimtesonde reist. Wetenschappers zijn nog in discussie met elkaar over de exacte herkomst van die strepen. De donkere vlek die op het onderste gedeelte van Venus zichtbaar is, is een artefact veroorzaakt door WISPR zelf. Credit: NASA/JPL

Tijdens een korte zwaai langs Venus detecteerde de Parker Solar Probe van de NASA een natuurlijk radiosignaal dat onthulde dat het ruimtevaartuig door de bovenste atmosfeer van de planeet was gevlogen. Dit was de eerste directe meting van de Venusiaanse atmosfeer in bijna 30 jaar, en het ziet er heel anders uit dan in het verleden van Venus. Een onlangs gepubliceerd onderzoek bevestigt dat de bovenste atmosfeer van Venus raadselachtige veranderingen ondergaat tijdens de zonnecyclus, de 11-jarige activiteitscyclus van de Zon. Dit markeert de laatste aanwijzing om te ontwarren hoe en waarom Venus en de Aarde zo verschillend zijn.

De Aarde en Venus zijn via gelijkaardige processen ontstaan en de planeten worden dan ook als tweeling gezien: beiden rotsachtig en gelijk in grootte en structuur. Maar hun wegen hebben zich al sinds hun geboorte gescheiden. Venus heeft geen magneetveld en het oppervlak is zo heet dat lood er smelt. Ruimtesondes hebben er maximaal enkele uren kunnen overleven. Het bestuderen van Venus, hoe onbewoonbaar ook, kan wetenschappers helpen te begrijpen hoe deze tweeling is geëvolueerd en wat er voor zorgt dat aardse exoplaneten bewoonbaar zijn of niet.

Op 11 juli 2020 maakte de Parker Solar Probe zijn derde scheervlucht langs Venus. Iedere scheervlucht is bedoeld om gebruik te maken van de zwaartekracht van de planeet om de ruimtesonde dichter en dichter bij de Zon te brengen. De missie, geleid door het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, maakte zijn kleinste scheervlucht langs Venus op slechts 833 kilometer boven het oppervlak.

De datasonificatie in de video vertaalt gegevens van het FIELDS-instrument van de Parker Solar Probe in geluid. FIELDS detecteerde een natuurlijk, laagfrequent radiosignaal terwijl deze door de atmosfeer van Venus scheerde. Dit signaal hielp wetenschappers bij het berekenen van de dichtheid van de elektrisch geladen bovenste atmosfeer van de planeet. Dit gedeelte noemen we de ionosfeer. Credit: NASA’s Scientific Visualization Studio/Mark SubbaRao/Glyn Collinson

Een van de instrumenten aan boord van de Parker Solar Probe heet FIELDS. Het instrument meet elektrische en magnetische velden in de atmosfeer van de Zon. Gedurende slechts 7 minuten, toen de Parker Solar Probe zich het dichtste bij Venus bevond, detecteerde FIELDS een natuurlijk, laagfrequent radiosignaal. De kleine rimpeling in de data trok de aandacht van Glyn Collinson.

De vorm en de sterkte van het signaal kwam hem bekend voor maar hij kon het niet direct plaatsen. Na enige tijd viel het kwartje. Collinson had ook gewerkt met de Galileo ruimtesonde die Jupiter en zijn manen bestudeerde. Eenzelfde signaal was zichtbaar iedere keer as de Galileo ruimtesonde door de ionosfeer van een van de manen van Jupiter bewoog.

Net zoals de Aarde heeft Venus een elektrisch geladen laag van gas in de bovenste delen van zijn atmosfeer. Deze laag wordt de ionosfeer genoemd. Deze laag van geladen gassen of plasma, zendt van nature radiogolven uit die door FIELDS kunnen worden opgevangen. Toen Collinson en zijn team dat signaal identificeerden realiseerden ze zich dat de Parker Solar Probe door de bovenste laag van de atmosfeer van Venus was gescheerd.

De onderzoekers gebruikten deze radiostraling om de dichtheid van de ionosfeer te berekenen waar de Parker Solar Probe doorheen vloog. De laatste directe metingen van de ionosfeer van Venus stammen uit 1992 en werden gedaan door de Pioneer Venus Orbiter. De Zon bevind zich destijds bijna in zijn zonnemaximum.

In de jaren die volgden suggereerden data van telescopen op Aarde dat er grote veranderingen plaatsvonden toen de Zon zich in een minimum bevond. Terwijl het grootste deel van de atmosfeer hetzelfde bleef was de ionosfeer, die zich bovenaan bevindt, veel dunner tijdens het minimum van de Zon. Echter zonder directe waarnemingen was dit onmogelijk om te bevestigen.

De waarnemingen van de recente flyby van de Parker Solar Probe, die zes maanden na het laatste minimum van de Zon plaatsvond, bevestigen de puzzel in de ionosfeer van de Zon. Inderdaad, de ionosfeer van Venus is veel dunner in vergelijking met eerdere metingen die tijdens het zonnemaximum zijn gedaan.

Wanneer meerdere missies hetzelfde resultaat na elkaar bevestigen geeft dat vertrouwen dat het dunner worden echt is, aldus een van de onderzoekers.

Begrijpen waarom de ionosfeer van Venus dunner wordt in de buurt van het minimum van de Zon is een onderdeel van het ontrafelen van hoe Venus reageert op de Zon. Dit kan onderzoekers helpen hoe Venus, ooit zo vergelijkbaar met de Aarde, de wereld met een verschroeiende, giftige lucht werd die het nu is. De ionosfeer van Venus is bijvoorbeeld vatbaar voor lekkage. Dit betekent dat geactiveerde gassen in de ruimte kunnen ontsnappen. Het verzamelen van gegevens over deze en andere veranderingen in de ionosfeer is essentieel om te begrijpen hoede atmosfeer van Venus zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld.

Het maken van dit onderzoek heeft ongeveer 30 jaar geduurd. Het kostte een missie naar Venus en decennia later een ultramoderne missie naar de Zon. Het doel van het vliegen langs Venus is om de Parker Solar Probe te vertragen zodat die dichter bij de Zon kan komen. Maar onderzoekers wilden uiteraard ook niet de kans missen om wetenschappelijke gegevens te verzamelen over de mysterieuze planeet die Venus nog steeds is.

Artikel: “Depleted Plasma Densities in the Ionosphere of Venus Near Solar Minimum From Parker Solar Probe Observations of Upper Hybrid Resonance Emission” by Glyn A. Collinson, Robin Ramstad, Alex Glocer, Lynn Wilson III and Alexandra Brosius, 3 May 2021, Geophysical Research Letters.

 

 

Eerste publicatie: 4 mei 2021
Bron: scitechdaily