Het zonnestelsel heeft twee planeten die opmerkelijk veel op elkaar lijken: de Aarde en Venus. Men denkt dat ze even oud zijn, even groot en waarschijnlijk uit dezelfde materialen zijn ontstaan. Er zijn echter ook grote verschillen tussen deze twee hemellichamen. Terwijl de aarde een blauwe hemel, oceanen van vloeibaar water boordevol leven en een zuurstofrijke atmosfeer heeft, is Venus omgeven door een dicht wolkendek en een atmosfeer die bestaat uit kooldioxide, stikstof en verschillende sporengassen.
De concentratie van atomaire zuurstof aan zowel de dag- als nachtzijde van de Venusatmosfeer is nu voor het eerst rechtstreeks gemeten met de 'upgraded German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies' (upGREAT), een ver-infraroodspectrometer aan boord van het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA). Er zijn twee sterke stromingen in de atmosfeer van Venus. Beneden ongeveer 70 kilometer waaien winden met orkaankracht tegen de draairichting van Venus in, maar boven de 120 kilometer stromen sterke winden in de draairichting. Tussen deze twee tegengestelde atmosferische stromingen bevindt zich een laag atomaire zuurstof. Deze laag wordt geproduceerd door ultraviolette straling van de Zon, die de kooldioxide en koolmonoxide in de atmosfeer van Venus afbreekt tot atomaire zuurstof en andere producten.
Een directe meetmethode detecteert atomair zuurstof
Eerdere en huidige detectiemethoden zijn indirect en zijn gebaseerd op metingen van andere moleculen in combinatie met fotochemische modellen. In november 2021 slaagden onderzoekers van het DLR Institute of Optical Sensor Systems, het Max Planck Institute for Radio Astronomy en de Universiteit van Keulen er voor het eerst in om de extreem reactieve zuurstofatomen in de atmosfeer van Venus rechtstreeks te detecteren. De metingen werden uitgevoerd met de upGREAT spectrometer op SOFIA. "De metingen waren bijzonder uitdagend omdat Venus slechts gedurende ongeveer 20 minuten op drie dagen kon worden waargenomen met SOFIA en zich slechts licht boven de horizon bevond. Dankzij de uitstekende meetgevoeligheid van upGREAT en de unieke mogelijkheden van SOFIA was het mogelijk om de zuurstofverdeling op Venus in kaart te brengen," zegt Heinz-Wilhelm Hübers, directeur van het DLR Institute of Optical Sensor Systems en eerste auteur van de publicatie waarin de resultaten worden bekendgemaakt.
Resultaten van de metingen
De emissies van Venus werden gemeten in een smal frequentiebereik rond 4,74 terahertz (THz), wat overeenkomt met een golflengte van 63,2 micrometer. De atomaire zuurstof in de atmosfeer van Venus absorbeert deze straling. Dit is vergelijkbaar met de Fraunhoferlijnen in het zonnespectrum, die een indicatie geven van de atomen in de atmosfeer van de zon. In het terahertz-spectrum van Venus verschijnt een absorptielijn die kenmerkend is voor atomaire zuurstof. De sterkte en vorm van het absorptiesignaal is een maat voor de hoeveelheid atomaire zuurstof en de temperatuur ervan. "We konden aantonen dat zuurstof wordt gevormd aan de dagkant van Venus en dat de concentratie ook daalt met afnemende zonnestraling. Aan de nachtkant wijst een lokale toename van de concentratie op een verrijking van atomaire zuurstof als gevolg van windstromingen," legt Hübers uit.
De temperatuur van de atomaire zuurstof, die varieert van ongeveer min 120 graden Celsius aan de dagzijde tot min 160 graden Celsius aan de nachtzijde, geeft aan dat het voornamelijk aanwezig is in een hoogtelaag op ongeveer 100 kilometer hoogte. De concentratie is ongeveer 10 keer lager dan in de atmosfeer van de aarde. De duidelijke verschillen met onze planeet kunnen in de toekomst bijdragen aan een beter begrip van waarom de aarde en haar zusterplaneet Venus zich zo verschillend hebben ontwikkeld.
Over SOFIA
Het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) was een gezamenlijk project van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR) en de National Aeronautics and Space Administration (NASA). Het werd geïmplementeerd op initiatief van DLR met financiering van de federale overheid (Federaal Ministerie voor Economische Zaken en Klimaatactie), de deelstaat Baden-Württemberg en de Universiteit van Stuttgart. De wetenschappelijke activiteiten werden aan Duitse zijde gecoördineerd door het Duitse SOFIA Instituut (DSI) van de Universiteit van Stuttgart en aan Amerikaanse zijde door de Universities Space Research Association (USRA).
Over GREAT
upGREAT is een verdere ontwikkeling van de German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies (GREAT), een ver-infraroodspectrometer waarmee sinds 2011 talrijke succesvolle wetenschappelijke vluchten aan boord van SOFIA zijn uitgevoerd. Het instrument is ontwikkeld en gebouwd door een consortium van Duitse onderzoeksinstituten - het Max Planck Instituut voor Radioastronomie en het Keulse Observatorium voor SubMillimeter Astronomie (KOSMA) aan de Universiteit van Keulen, in samenwerking met het DLR Instituut voor Optische Sensorsystemen in Berlijn.
Bron: DLR
