Interactie van de zonnewind met Venus, de aarde en Mars

De aarde bijvoorbeeld heeft een sterk magnetisch veld en een vrij stabiele ionosfeer onder een veranderende zonnewind. De zonnewind is een stroom van geladen deeltjes die vanaf de zon de ruimte wordt ingestuurd. Venus heeft in tegenstelling tot de aarde geen eigen inwendig magnetisch veld zodat de vorm van haar ionosfeer afhangt van de interactie met de zonnewind.

Over de mate waarin de vervorming afhangt van de kracht van de zonnewind waren de onderzoekers het niet eens, maar nieuwe resultaten van de ruimtesonde Venus Express tonen voor de eerste keer de invloed aan van een heel lage druk van de zonnewind op de ionosfeer van een planeet zonder magnetisch veld.

De waarnemingen van Venus Express gebeurden in augustus 2010 toen de NASA-zonnesonde Stereo B gedurende ongeveer 18 uur een afname van de dichtheid van de zonnewind waarnam tot gemiddeld 0,1 deeltjes per kubieke centimeter, 50 keer minder dan normaal.

Toen deze bijzonder verdunde zonnewind Venus raakte zag Venus Express dat de ionosfeer van de planeet als een ballon langs de nachtzijde van Venus naar buiten puilde, net zoals we dat ook waarnemen bij de ionenstaart van een komeet onder gelijkaardige omstandigheden. 

De dichte atmosfeer van Venus

"De ionosfeer begon de vorm van een traan te krijgen binnen 30 tot 60 minuten nadat de druk van de normale zonnewind afnam. Gedurende twee dagen strekte ze zich minstens over een afstand van twee keer de straal van Venus in de ruimte uit", aldus Yong Wei van het Duitse Max-Planck-Institut für Sonnensysteemforschung , die als hoofdauteur de nieuwe vaststellingen in een wetenschappelijk artikel beschreef.

De nieuwe waarnemingen leveren een antwoord op de vraag hoe de sterkte van de zonnewind een invloed heeft op de manier waarop ionosferisch plasma van de dagzijde naar de nachtzijde van Venus wordt getransporteerd.

Normaal vloeit dit materiaal door een smal kanaal in de ionosfeer, maar de onderzoekers wisten niet zeker wat er gebeurt bij een zwakke zonnewind. Neemt de stroom van de plasmadeeltjes toe wanneer het kanaal breder wordt door de lagere druk van de zonnewind? Of neemt hij daarentegen af omdat er minder kracht voorhanden is om het plasma door het kanaal te stuwen?

"Nu weten we eindelijk dat het eerste effect de overhand heeft op het tweede, en dat de ionosfeer bij een zwakke zonnewind aanzienlijk uitzet", zegt mede-auteur Markus Fraenz, ook van het Max-Planck-Institut.

Waarschijnlijk gebeurt hetzelfde ook bij Mars, de andere planeet zonder magnetisch veld in de binnenste regionen van het zonnestelsel.

"Vaak bekijken we de gevolgen van de wisselwerking van de zonnewind met de atmosfeer van planeten tijden periodes van intense zonneactiviteit, maar Venus Express heeft nu aangetoond dat de zon ook bij een zwakke zonnewind een aanzienlijke invloed kan uitoefenen op de naaste omgeving van onze buren in de ruimte", aldus Håkan Svedhem, ESA-projectwetenschapper voor Venus Express.

Belgische bijdrage

Zo draait Venus Express in een baan rond onze buurplaneet

Projecten als Venus Express maken het ook voor kleine landen mogelijk aan wetenschap van de bovenste plank te doen. Ons land heeft de boot alvast niet gemist en levert een aanzienlijke wetenschappelijke bijdrage aan het Venusproject. 

Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) is samen met het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) en de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) één van de drie federale instellingen van de zogenaamde  Ruimtepool  in Ukkel.

Het BIRA wordt internationaal bijzonder gewaardeerd voor zijn onderzoek van atmosferen en het kan bijna niet anders of het instituut is betrokken bij Venus Express. Het BIRA is in het bijzonder geïnteresseerd in de bepaling van temperatuursprofielen en metingen van de scheikundige samenstelling van de Venusatmosfeer, het in kaart brengen hoe deeltjes in de atmosfeer in de ruimte ontsnappen en het afleiden van kenmerken van het oppervlak van de planeet door onderzoek van de Venusatmosfeer. 

Venus is een helse planeet met hevige bliksems aan het oppervlak, zoals in deze tekening te zien is

Dat gebeurt met het instrument  Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus, kortweg  SPICAV . Deze spectrometer werd door België samen met Frankrijk en Rusland ontwikkeld op basis van een gelijkaardig instrument aan boord van Mars Express.

SPICAV kan ook naar de zon worden gericht, wanneer onze ster onder de rand van Venus ondergaat en door de atmosfeer van de planeet heen schijnt. Dat levert informatie over de scheikundige samenstelling van de Venusatmosfeer op. Voor dit soort waarnemingen is het uitgerust met het extra kanaal  Solar Occultation in the Infra Red (SOIR),  dat in een breder infrarood golflengtegebied werkt. Het is de eerste keer dat deze zogenaamde occultatietechniek bij Venus wordt toegepast. SOIR is ontwikkeld en gebouwd op het BIRA, in samenwerking met de Oudenaardse bedrijven OIP en Pedeo.

De Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) neemt deel aan het experiment  Venus Radio Science (VeRa) , dat de radiosignalen tussen Venus Express en de aarde gebruikt voor onderzoek van de atmosfeer en de ionosfeer van Venus. Aan de KSB onderzoekt men met de gegevens van VeRa het zwaartekrachtveld van Venus.