Marsatmosfeer lekt weg op een plek waar dat niet zou mogen
Mars verliest al miljarden jaren zijn atmosfeer aan de zonnewind, de stroom geladen deeltjes die constant vanaf de zon naar buiten waait. Wetenschappers dachten dat ze precies wisten waar dat verlies het hardst toeslaat. Nu blijkt dat ook op een onverwachte plek te gebeuren, en dat verandert hoe we naar de langzame dood van de Marsatmosfeer kijken.
Mars heeft geen wereldwijd magneetveld meer, zoals de aarde dat wel heeft. Wel zitten er in de Marskorst plekken met restjes magnetisme, overblijfselen uit een tijd dat Mars nog wel een sterk magneetveld had. Waar de zonnewind langs de dunne Marsatmosfeer schuurt, ontstaat een soort turbulentie: wervelingen die lucht van de planeet meesleuren de ruimte in. Dit heet de Kelvin-Helmholtz-instabiliteit, vernoemd naar de natuurkundigen die dit schuifproces beschreven. Je kunt het vergelijken met wind die over water waait en golven opzwepen.
Volgens de theorie ontstaan deze wervelingen vooral aan één kant van Mars: de kant waar het elektrisch veld van de zonnewind naar de planeet toe wijst, de zogeheten "-E hemisfeer". Aan de andere kant, de "+E hemisfeer", zou dit proces juist moeilijk op gang komen. Die kant gold daarom als relatief veilig voor de atmosfeer.
Onverwachte wervelingen
Een onderzoeksteam gebruikte metingen van de Amerikaanse Marssonde MAVEN en ontdekte daar toch een duidelijke reeks volledig ontwikkelde Kelvin-Helmholtz-wervelingen, precies in die "verkeerde" +E hemisfeer. Metingen van de Chinese sonde Tianwen-1 bevestigden dat het magneetveld van de zonnewind op dat moment stabiel was. Dat betekent dat de wervelingen niet door toeval of een korte verstoring ontstonden, maar door een aanhoudend proces.
De verklaring ligt bij de korst van Mars zelf. Onder de wervelingen ligt een gebied met sterke magnetische anomalieën in het zuidelijk halfrond, plekken met lokaal restmagnetisme. Daardoor ontstaat een breder, zwakker begrensd overgangsgebied tussen de atmosfeer en de zonnewind. In dat verzwakte gebied kan de instabiliteit alsnog groeien, ook al zou de grote, planeetbrede regel dat eigenlijk verbieden.
Met andere woorden: lokale structuur in de korst kan de globale voorkeur van de zonnewind overrulen.
Wat betekent dit (nog) niet: dit is één waarneming, gedaan tijdens één periode met stabiele zonnewind. Het onderzoeksteam heeft dit fenomeen nog niet herhaaldelijk elders op Mars vastgesteld. Het is dus nog niet duidelijk hoe vaak dit voorkomt, en of het overal boven magnetische anomalieën gebeurt of alleen onder specifieke omstandigheden. Vervolgonderzoek moet uitwijzen hoe groot de bijdrage van dit proces is aan het totale atmosferische verlies van Mars.
Toch is de vondst belangrijk. Als lokale magnetische plekken in de korst extra atmosfeerverlies kunnen veroorzaken op plaatsen waar we dat niet verwachtten, dan is ons beeld van hoe Mars zijn atmosfeer kwijtraakte te simpel. Dat raakt aan een grotere vraag: hoe verloor Mars miljarden jaren geleden het merendeel van zijn dikkere atmosfeer en het water dat toen op het oppervlak stroomde? Elk puzzelstukje over dit proces helpt ook om planeten rond andere sterren beter te begrijpen, want veel van hen missen net als Mars een sterk, wereldwijd magneetveld.
Bron: Kelvin-Helmholtz vortices in the Martian +E hemisphere downstream of crustal magnetic anomalies