Isotoop die rol speelt bij broeikaseffect op Venus mee ontdekt door Belgen

Senseur OIP pour le spectromètre SPICAM/SOIR
Sensor van OIP voor de spectrometer SPICAV/SOIR aan boord van Venus Express
15 oktober 2007

Een Europese ploeg onderzoekers uit België, Frankrijk en Rusland heeft met het instrument SOIR aan boord van ESA's sonde Venus Express een isotoop van koolstofdioxide ontdekt die een belangrijke rol zou kunnen spelen bij het broeikaseffect op onze buurplaneet.

De ontdekking van een tot nu toe onbekende absorptie door een isotoop van koolstofdioxyde (CO2) in de atmosfeer van Venus en Mars werd vorige week aangekondigd op de vergadering van de Division for Planetary Sciences (DPS) van de American Astronomical Society AAS) in Orlando, Florida.

Deze absorptie zou een belangrijke rol kunnen spelen in het broeikaseffect op Venus. Bovendien zou zij het zoeken naar zogeheten biotracers op de planeet Mars kunnen belemmeren. Ze bevindt zich immers in een spectraal gebied rond 3,3 µm in het mid-infrarood waar ook absorpties van organische moleculen kunnen worden waargenomen (zie ook achtergrond achteraan dit artikel).

'Nieuwe' absorptie in de atmosfeer van Venus

Structuren in het wolkendek van Venus boven het zuidpoolgebied van de planeet, waargenomen door de spectrometer VIRTIS aan boord van Venus Express op 24 september 2006

Het is een Europese ploeg onderzoekers uit België, Frankrijk en Rusland onder leiding van Ann Carine Vandaele van het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) en Jean-Loup Bertaux van de Service d’Aéronomie van het Franse Centre national de la recherche scientifique (CNRS), die de ontdekking in de atmosfeer van Venus deed.

De onderzoekers maakten daarbij gebruik van het instrument SOIR dat aan boord van de Europese ruimtesonde Venus Express sinds 11 april 2006 rond Venus draait. SOIR observeert de zon net voor ze achter de planeet verdwijnt of er weer vanachter opduikt, met andere woorden bij zonsondergang en zonsopgang.

Deze techniek laat toe om het licht van de zon te gebruiken om de handtekening van verschillende absorberende moleculen in de atmosfeer te meten. Bij absorptie wordt lichtenergie door een stof opgenomen. Een stof absorbeert straling van bepaalde golflengten die karakteristiek zijn voor die stof en op die manier kan ze geïdentificeerd worden.

Zo kunnen in het golflengtegebied rond 3,3 µm in de Venusatmosfeer absorptielijnen van waterstofchloride (HCl) waargenomen worden. Maar behalve deze verwachte absorpties van HCl, werd nog een andere systematische absorptie ontdekt in de spectra. De structuur van deze 'nieuwe' absorptie stemt met geen enkele gekende absorptiestructuur overeen. Deze resultaten werden vertrouwelijk gehouden zolang er geen éénduidige identificatie was gebeurd. Dat is nu gebeurd.

Ook bij Mars

Artist's impression of Venus Express orbiting Venus
Tekening van Venus Express in een baan rond onze buurplaneet

Mike Mumma is een NASA-wetenschapper die de atmosfeer van onze andere buurplaneet Mars bestudeert in hetzelfde golflengtegebied als SOIR op Venus. Hij doet dat vanop de aarde met behulp van telescopen in Hawaii. In december 2006 ontdekte ook hij absorptiestructuren in zijn spectra die hij niet kon thuisbrengen. Op zijn vraag werden door de beide wetenschappelijke teams de spectra van Venus en Mars met elkaar vergeleken. Ze bleken identiek te zijn.

Het is nu bewezen dat één van de isotopen van koolstofdioxide (CO2) verantwoordelijk is voor de nieuwe absorptiestructuren. Het bewuste isotoop (628 genaamd) bevat een zuurstofmolecule waarin één van de zuurstofatomen (16O) acht protonen en acht neutronen heeft, terwijl het andere (18O) acht protonen en tien neutronen heeft. Dit isotoop bestaat ook op onze aarde, maar staat hier in voor slechts een kleine fractie van de totale hoeveelheid CO2.

Venus vanaf de aarde gezien: een zuster van de aarde met een uit de hand gelopen broeikaseffect

In de atmosfeer van Mars en Venus, die allebei hoofdzakelijk uit koolstofdioxyde bestaan, is de hoeveelheid van deze isotoop 628 veel belangrijker. Hoewel het absorptiespectrum hiervan betrekkelijk bekend is, werd dit gedeelte van de absorptie nooit eerder geobserveerd, zelfs niet in laboratoria.

Behalve zijn niet onbelangrijke bijdrage bij het broeikaseffect op Venus, heeft het bestaan van deze absorptie nog een ander gevolg. Zij bevindt zich immers net in het gebied waar ook de absorptielijnen van organische moleculen (de zogenaamde biotracers) worden verwacht, die de aanwezigheid van leven op Mars zouden kunnen aangeven. De nieuw ontdekte absorptiestructuren van CO2, zouden het onderzoek en de interpretatie van deze biotracers kunnen bemoeilijken.

Naar een bericht van het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA)

Achtergrond

Greenhouse effect on Venus
Het broeikaseffect op Venus

Isotopen

Een chemisch element wordt bepaald door het aantal protonen (atoomnummer) in de kern van het atoom. Voor een bepaald aantal protonen kan het aantal neutronen variëren en men spreekt dan van verschillende isotopen. Isotopen van een bepaald element hebben dus hetzelfde aantal protonen, maar verschillende aantallen neutronen en dus verschillende massagetallen (het aantal protonen plus het aantal neutronen).

De benaming isotoop komt van het Grieks isos (gelijk) en topos (plaats), waarmee aangegeven wordt dat isotopen van eenzelfde element dezelfde plaats innemen in het periodiek systeem der elementen.

SPICAV/SOIR

In een internationaal samenwerkingsverband tussen België (via het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie), Frankrijk, Rusland en de Verenigde Staten werd het instrument Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus (SPICAV) ontwikkeld voor ESA's ruimtesonde Venus Express in een baan rond Venus. Het werd afgeleid van een gelijksoortig instrument (SPICAM) aan boord van de sonde Mars Express in een baan rond Mars. Zowel SPICAV als SPICAM zijn voorzien van twee kanalen, één voor ultraviolette en één voor infrarode golflengten.

Maar om de zon te observeren door de atmosfeer van Venus heen op langere infrarode golflengten tussen 1,8 en 4 µm (1 µm = 1 micrometer = 1 micron = een miljoenste van een meter) is er bij SPICAV nog een derde kanaal: Solar Occulation at Infrared, kortweg SOIR. SOIR is een volledig Belgische ontwikkeling en werd gebouwd door het BIRA in samenwerking met de Belgische industriële partners OIP en PEDEO.

Informatie

Ann Carine Vandaele
Belgisch Instituut voor
Ruimte-Aëronomie (BIRA)
A-C.Vandaele@oma.be

Jean-Loup Bertaux
Service d’Aéronomie du CNRS
bertaux@aerov.jussieu.fr

Michael Mumma
NASA Goddard Space Flight Center, USA
Michael.J.Mumma@nasa.gov

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.