science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Dit is waarom NASA na 40 jaar terugkeert naar Venus

Deze afbeelding toont de vulkanische piek Idunn Mons in het Imdr Regio-gebied van Venus, afgeleid van gegevens verkregen door het NASA Magellan-ruimtevaartuig en het ESA Venus Express-ruimtevaartuig. NASA/JPL-Caltech/ESA

Al decenia, de verkenning van ons zonnestelsel liet een van onze naburige planeten achter, Venus, grotendeels onontgonnen. Nutsvoorzieningen, dingen gaan veranderen.

In de laatste aankondiging van NASA's verkenningsprogramma voor het zonnestelsel, twee missies hebben groen licht gekregen - en ze zijn allebei op weg naar Venus. De twee ambitieuze missies zullen tussen 2028 en 2030 gelanceerd worden.

Dit markeert een aanzienlijke koerswijziging voor de afdeling planetaire wetenschap van NASA, die sinds 1990 geen missie naar de planeet heeft gestuurd. Het is opwindend nieuws voor ruimtewetenschappers zoals ik.

Venus is een vijandige wereld. De atmosfeer bevat zwavelzuur en de oppervlaktetemperaturen zijn heet genoeg om lood te smelten. Maar het is niet altijd zo geweest. Er wordt gedacht dat Venus erg op de aarde begon. Dus wat gebeurde er?

Terwijl op aarde, koolstof zit voornamelijk vast in rotsen, op Venus is het in de atmosfeer ontsnapt - waardoor het ongeveer 96 procent koolstofdioxide is. Dit heeft geleid tot een op hol geslagen broeikaseffect, duwen oppervlaktetemperaturen tot 750 kelvin (470 graden Celsius of 90 graden Fahrenheit).

De geschiedenis van de planeet maakt het een uitstekende plek om het broeikaseffect te bestuderen en te leren hoe het op aarde te beheersen. We kunnen modellen gebruiken die de atmosferische uitersten van Venus plotten, en vergelijk de resultaten met wat we thuis zien.

Maar, de extreme oppervlakteomstandigheden zijn een van de redenen waarom planetaire verkenningsmissies Venus hebben vermeden. De hoge temperatuur betekent een zeer hoge druk van 90 bar (gelijk aan ongeveer een kilometer onder water), wat voldoende is om de meeste planetaire landers onmiddellijk te verpletteren. Het komt misschien niet als een verrassing, dan, dat missies naar Venus niet altijd volgens plan verlopen.

Het noordelijk en zuidelijk halfrond van Venus, zoals onthuld door meer dan een decennium van radaronderzoek, culminerend in de NASA Magellan-missie van 1990-1994. NASA/JPL/USGS

Het grootste deel van de verkenning die tot nu toe is gedaan, is uitgevoerd door de toenmalige Sovjet-Unie tussen de jaren zestig en tachtig. Er zijn enkele opmerkelijke uitzonderingen, zoals NASA's Pioneer Venus-missie in 1972 en de Venus Express-missie van de European Space Agency in 2006.

De eerste landing vond plaats in 1970, toen de Venera 7 van de Sovjet-Unie neerstortte als gevolg van het smelten van de parachute. Maar het slaagde erin om 20 minuten aan gegevens terug naar de aarde te sturen. De eerste oppervlaktebeelden zijn gemaakt door Venera 9, gevolgd door Veneras 10, 13 en 14.

De afdalingsmissie

De eerste van de twee geselecteerde NASA-missies zal bekend staan ​​als Davinci+ (een afkorting van Deep Atmosphere of Venus Investigations of Noble Gases, scheikunde en beeldvorming). Het bevat een afdalingssonde, wat betekent dat het door de atmosfeer zal worden gedropt, het nemen van metingen als het gaat. De afdaling bestaat uit drie fasen waarbij de eerste de hele atmosfeer onderzoekt.

De sonde zal in detail kijken naar de samenstelling van de atmosfeer, het verstrekken van informatie over elke laag als het valt. We weten dat zwavelzuur beperkt is tot wolkenlagen op ongeveer 50 kilometer (30 mijl) hoogte, en we weten dat de atmosfeer voor 97 procent uit koolstofdioxide bestaat. Maar het bestuderen van sporenelementen kan informatie opleveren over hoe de atmosfeer in deze toestand terecht is gekomen. In de tweede fase wordt gekeken naar lagere hoogten om weerseigenschappen te meten, zoals windsnelheid, temperatuur en druk in detail.

In de laatste fase worden oppervlaktebeelden in hoge resolutie gemaakt. Hoewel dit heel gewoon is voor Mars, het is altijd een uitdaging geweest op Venus. Door de dikke wolkenlaag wordt zichtbaar licht gereflecteerd, dus observeren vanaf de aarde of vanuit een baan is niet praktisch. De intense oppervlakteomstandigheden betekenen ook dat rovers onpraktisch zijn. Een suggestie was een ballonmissie.

We hebben een lage resolutie afbeelding van het oppervlak van Venus, dankzij NASA's Magellan-missie in 1990, die het oppervlak in kaart bracht met behulp van radar. De Davinci-sonde zal tijdens zijn afdaling oppervlaktebeelden maken met infraroodlicht. Deze foto's zorgen niet alleen voor een betere planning voor toekomstige missies, maar helpen wetenschappers ook om te onderzoeken hoe het oppervlak is gevormd.

Het oppervlak in kaart brengen

De tweede missie heet Veritas, kort voor Venus-emissiviteit, radio wetenschap, inSAR, Topografie en spectroscopie. Dit wordt een meer standaard planetaire missie. De orbiter zal twee instrumenten aan boord hebben om het oppervlak in kaart te brengen, aanvulling op de gedetailleerde infraroodwaarnemingen van Davinci.

De eerste hiervan is een camera die waarneemt in een reeks golflengten. Het kan door de Venusiaanse wolken kijken, om atmosferische en grondsamenstelling te onderzoeken. Deze taak is erg moeilijk, omdat de oppervlaktetemperatuur ervoor zorgt dat het gereflecteerde licht een zeer breed bereik aan golflengten heeft. Veritas zal dit compenseren met technieken die vaak worden gebruikt om de atmosferen van exoplaneten te bestuderen.

De golflengtecamera zoekt ook naar tekenen van waterdamp. De Venus Express-missie toonde aan dat de belangrijkste elementen die aan de atmosfeer van Venus ontsnappen, waterstof en zuurstof zijn. dus als er water is, zal het in kleine hoeveelheden zijn, of diep onder de oppervlakte.

Het tweede instrument is een radar en maakt gebruik van een techniek die veel wordt gebruikt op aardobservatiesatellieten. Een zeer grote actieve radio-ontvanger – belangrijk voor beelden met een hoge resolutie – wordt gesimuleerd met behulp van radiopulsen die onder verschillende hoeken voor het ruimtevaartuig zijn gericht. De radarbeelden met hoge resolutie zullen een meer gedetailleerde kaart creëren om de oppervlakte-evolutie van Venus te onderzoeken, en om te bepalen of er tektonische of vulkanische activiteit is.

NASA-beeld van de transit van Venus over het gezicht van de zon, gevangen genomen 5 juni 2012. Deze gebeurtenis vindt plaats in paren van acht jaar die 105 of 121 jaar van elkaar zijn gescheiden. De volgende transit zal pas in 2117 plaatsvinden. NASA/Goddard

Deze missies zouden ook bewijs kunnen toevoegen aan een theorie dat het oppervlak van Venus 500 miljoen jaar geleden volledig is gesmolten en hervormd. Dit kwam tot stand om het gebrek aan meteorietinslagen op het oppervlak te verklaren, maar tot nu toe is er geen bewijs gevonden voor een vulkanische lavalaag die het gevolg zou zijn van een dergelijke resurfacing.

Het is opwindend dat NASA zijn planetaire missiebeeld op Venus heeft gericht. Voor alle beginnende astronauten ben ik bang dat de kans om daar binnenkort een mens naartoe te sturen nihil is. Maar, de informatie die kan worden verkregen van de grotendeels vergeten zuster van de aarde zal van zeer grote waarde zijn voor het begrijpen van onze wereld.

Ian Whittaker is hoofddocent natuurkunde aan de Nottingham Trent University in Nottingham, Engeland.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. Je vindt de origineel artikel hier.