Filosoof Nicholas Rescher schreef ooit:"Wetenschappelijke ontdekkingen worden vaak niet gedaan op basis van een goed uitgedacht plan van onderzoek, maar door een of andere meevaller."

Voor een team van onderzoekers van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, die verklaring kon niet meer waar zijn.

Wat begon als een droge run om instrumenten op NASA's Mercury Surface te verzekeren, Ruimte Milieu, Geochemistry and Ranging (MESSENGER) ruimtevaartuig werkte goed, later veranderde het in een 10-jarige saga die resulteerde in een toevallige ontdekking die niets te maken had met de doelplaneet van de missie, Kwik. Het gaat over Venus en zijn atmosfeer.

Het team meldt 20 april in Natuurastronomie dat gegevens die toevallig door MESSENGER zijn verzameld, een plotselinge stijging van de stikstofconcentraties onthullen op ongeveer 50 mijl boven het oppervlak van Venus, aantonen dat de atmosfeer van de planeet niet uniform gemengd is, zoals verwacht. Die bevinding zet het begrip over de atmosfeer van Venus, dat al tientallen jaren heerst, op zijn kop.

Het verhaal begon in juni 2007 toen MESSENGER boven Venus zeilde voor zijn tweede flyby voordat hij in de richting van Mercurius voer. Missie-instrumentteams maakten van de gelegenheid gebruik om hun apparaten te testen en gegevens te verzamelen voordat de echte show zo'n zes maanden later zou beginnen.

Onder de teamleden was David Lawrence, een kernfysicus bij APL. Hij was de instrumentwetenschapper voor MESSENGER's neutronenspectrometer, die neutronen detecteert die in de ruimte worden losgelaten door kosmische stralen die botsen met moleculen in de atmosfeer of het oppervlak van een planeet. Het doel was om de veelbetekenende tekenen te vinden van neutronen afkomstig van waterstofatomen in watermoleculen waarvan werd vermoed (en later bevestigd) dat ze bevroren waren in de kraterschaduwen aan de polen van Mercurius.

boven Venus, echter, Lawrence wilde alleen wat gegevens verzamelen om te controleren of het instrument correct werkte. Een eerste controle wees uit dat het werkte, en de gegevens werden ingediend.

Maar anno 2010 Lawrence heeft die metingen opnieuw bekeken, deze keer met Patrick Peplowski, een andere kernfysicus bij APL. Ondanks 50 jaar robotmissies naar Venus te hebben gestuurd, inclusief 13 atmosferische sondes of landers, veel onzekerheid over de stikstofconcentratie in de atmosfeer van Venus, vooral tussen 30 en 60 mijl boven het oppervlak, bleef.

Dat verbaasde Peplowski en Lawrence omdat stikstof het op één na meest voorkomende molecuul is dat in de atmosfeer van Venus drijft. na kooldioxide.

"De onzekerheid zat niet per se alleen in het MESSENGER-instrument - het zou in de hele planeet kunnen zijn, ' zei Laurens.

Lawrence wist van een paper uit 1962, echter, dat suggereerde dat neutronenspectroscopie zou kunnen helpen bij het bepalen van de atmosferische stikstofconcentratie van Venus. Stikstof is redelijk goed in het opruimen van losse neutronen, in tegenstelling tot koolstof en zuurstof, die enkele van de ergste zijn. Dus op Venus, het aantal neutronen dat een instrument detecteert, moet afhangen van de hoeveelheid atmosferische stikstof.

MESSENGER heeft die informatie toevallig verzameld.

Het paar voerde een computersimulatie uit die de 60 mijl dikke atmosfeer van de planeet verdeelde in banden waarin ze de stikstofconcentratie konden manipuleren en realistisch konden modelleren hoeveel neutronen naar het ruimtevaartuig hierboven zouden stromen.

Toen ze hun modellen vergeleken met de MESSENGER-gegevens, ze vonden dat de beste match was toen atmosferische stikstof 5% van het volume uitmaakte, ongeveer 1,5 keer dat gemeten lager in de atmosfeer. En alle neutronen kwamen uit een gebied tussen ongeveer 35 en 60 mijl boven het oppervlak - precies waar de grootste onzekerheid was geweest.

"Dat was een meevaller, ' zei Peplowski.

Waarom stikstof op grotere hoogte toeneemt, blijft onbekend. Hun ontdekking deed meer dan een paar wenkbrauwen fronsen, Peplowski zei, maar niet omdat mensen werden weggeblazen.

"Veel wetenschappers leken verrast dat dit zelfs het onderzoeken waard was, "Zei Peplowski. "Het idee dat er een hogere stikstofconcentratie in de bovenste atmosfeer is dan in de lagere, viel buiten het gedachtegoed van mensen."

Ze kwamen eerder in die impasse toen ze probeerden financiering te krijgen om het onderzoek af te ronden. Het project kreeg drie keer geen geld omdat het als een doodlopende weg werd beschouwd. De gegevens die ze nodig hadden om vertrouwen te hebben in hun resultaten en hun studie over de finish te duwen, kwamen door geluk dankzij Jack Wilson, een APL-wetenschapper die toevallig dezelfde MESSENGER-gegevens analyseerde voor een niet-gerelateerd project.

Nadat het team de voorlopige resultaten presenteerde tijdens een conferentie in 2016, het Russische Federale Ruimteagentschap citeerde hun werk in zijn Venera-D-missie om de atmosfeer en het oppervlak van Venus te bestuderen. Momenteel, twee missievoorstellen in overweging voor NASA's Discovery Program-DAVINCI+ en VERITAS, beide omvatten APL-wetenschappers in hun teams - die ook tot doel hebben de atmosfeer van Venus in meer detail te bestuderen.

Peplowski en Lawrence zeggen dat dit nieuwe resultaat de voorzichtigheid onderstreept die onderzoekers nodig hebben bij het trekken van conclusies over atmosferische gegevens. vooral met de groeiende belangstelling voor planetaire atmosferen in andere zonnestelsels.

"We leren nog steeds fundamentele dingen over Venus en zijn atmosfeer, en het is onze buurman, "Zei Peplowski. "Dat wetenschappers met vertrouwen kunnen spreken over de atmosferen van exoplaneten die honderden of duizenden lichtjaren verwijderd zijn, is de moeite waard om in twijfel te trekken."

Het trekken van rigoureuze en overtuigende conclusies vereist een breed scala aan gegevens.

Maar het verkrijgen van die gegevens kan soms een beetje geluk vereisen.