De planeten en manen van ons zonnestelsel worden voortdurend gebombardeerd door deeltjes die van de zon worden weggeslingerd. Op aarde heeft dit nauwelijks effect, afgezien van het fascinerende noorderlicht, omdat de dichte atmosfeer en het magnetische veld van de aarde ons beschermen tegen deze zonnewinddeeltjes. Maar op de maan of op Mercurius is dat anders:daar, de bovenste laag gesteente wordt geleidelijk uitgehold door de impact van zonnedeeltjes.

Nieuwe resultaten van de TU Wien laten nu zien dat eerdere modellen van dit proces onvolledig zijn. De effecten van zonnewindbombardementen zijn in sommige gevallen veel ingrijpender dan eerder werd gedacht. Deze bevindingen zijn belangrijk voor de ESA-missie BepiColombo, Europa's eerste Mercury-missie. De resultaten zijn nu gepubliceerd in het tijdschrift planetology Icarus .

Een exosfeer van verbrijzelde rots

"De zonnewind bestaat uit geladen deeltjes - voornamelijk waterstof- en heliumionen, maar ook zwaardere atomen tot ijzer spelen een rol, " legt prof. Friedrich Aumayr van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de TU Wien uit. Deze deeltjes raken de oppervlakterotsen met een snelheid van 400 tot 800 km per seconde en de impact kan tal van andere atomen uitstoten. Deze deeltjes kunnen hoog opstijgen voordat ze terugvallen naar het oppervlak, het creëren van een "exosfeer" rond de maan of Mercurius - een extreem dunne atmosfeer van atomen die door de zonnewindbombardementen uit de oppervlakterotsen worden gesputterd.

Deze exosfeer is van groot belang voor ruimteonderzoek omdat de samenstelling wetenschappers in staat stelt de chemische samenstelling van het rotsoppervlak af te leiden - en het is veel gemakkelijker om de exosfeer te analyseren dan om een ​​ruimtevaartuig op het oppervlak te laten landen. In oktober 2018, ESA stuurt de BepiColombo-sonde naar Mercurius, dat is om informatie te verkrijgen over de geologische en chemische eigenschappen van Mercurius uit de samenstelling van de exosfeer.

Kosten zijn belangrijk

Echter, dit vereist een nauwkeurig begrip van de effecten van de zonnewind op de rotsoppervlakken, en dit is precies waar nog beslissende hiaten in de kennis bestaan. Daarom, de TU Wien onderzocht het effect van ionenbombardement op wollastoniet, een typische maansteen. "Tot nu toe werd aangenomen dat de kinetische energie van de snelle deeltjes primair verantwoordelijk is voor de verneveling van het gesteente, " zegt Paul Szabo, doctoraat student in het team van Friedrich Aumayr en eerste auteur van de huidige publicatie. "Maar dit is slechts de halve waarheid:we hebben kunnen aantonen dat de hoge elektrische lading van de deeltjes een beslissende rol speelt. Het is de reden dat de deeltjes aan het oppervlak veel meer schade kunnen aanrichten dan eerder werd gedacht."

Wanneer de deeltjes van de zonnewind meervoudig geladen zijn, d.w.z. wanneer ze meerdere elektronen missen, ze dragen een grote hoeveelheid energie die bij een botsing in een flits vrijkomt. "Als hier geen rekening mee wordt gehouden, de effecten van de zonnewind op verschillende rotsen worden verkeerd ingeschat, " zegt Paul Szabo. Daarom, het is niet mogelijk om exacte conclusies te trekken over de oppervlaktegesteenten met een onjuist model uit de samenstelling van de exosfeer.

Protonen vormen verreweg het grootste deel van de zonnewind, en zo werd eerder gedacht dat ze de sterkste invloed op de rots hadden. Maar zoals blijkt, helium speelt eigenlijk de hoofdrol omdat, in tegenstelling tot protonen, het kan twee keer zo positief worden opgeladen. En ook de bijdrage van zwaardere ionen met een nog grotere elektrische lading mag niet worden verwaarloosd.

Voor deze bevindingen was een samenwerking van verschillende onderzoeksgroepen nodig:Op het Instituut voor Technische Natuurkunde werden zeer nauwkeurige metingen uitgevoerd met een speciaal ontwikkelde microbalans. Bij het Weense Wetenschappelijk Cluster VSC-3 zijn complexe computersimulaties met codes ontwikkeld voor kernfusieonderzoek uitgevoerd om de resultaten correct te kunnen interpreteren. Ook het Analytical Instrumentation Center en het Institute for Chemical Technologies and Analytics van de TU Wenen hebben belangrijke bijdragen geleverd.