Elektrische ontladingen, zoals bliksem, zijn gebruikelijk op aarde en zijn ook waargenomen op de grote gasplaneten in ons zonnestelsel (Jupiter en Saturnus). Wetenschappers vermoeden al geruime tijd dat dergelijke fenomenen ook op Mars plaatsvinden, veroorzaakt door de wrijving tussen kleine deeltjes die door de marswinden worden verplaatst en af en toe stofwervels creëren. Echter, het bevestigen van deze elektrische vonken was tot nu toe onmogelijk.
Voor het eerst heeft een internationaal team van onderzoekers, dat samenwerkt met wetenschappers van de Universiteit van de Basque en het Nationaal Instituut voor Luchtvaarttechniek, de geluiden van deze ontladingen ontdekt tijdens stofstormen op Mars. Dit is mogelijk gemaakt door een van de microfoons die zijn bevestigd aan Perseverance, de meest geavanceerde rover die ooit naar de rode planeet is gestuurd.
Agustín Sánchez-Lavega, een van de auteurs van de nieuwe studie en lid van de afdeling Toegepaste Fysica van de Technische School van Bilbao, beschouwt deze ontdekking als cruciaal voor het beter begrijpen van de elektrochemische processen die zich in de onderste laag van de Marsatmosfeer voordoen. Hij wijst erop dat het analyseren van deze elektrische fenomenen relevant zal zijn voor toekomstige missies naar de rode planeet.
De Oplading
Op aarde is het bekend dat stofwervels, die worden veroorzaakt door sterke windstoten, de deeltjes elektrisch opladen door wrijving. Dit fenomeen blijkt op spectaculaire wijze in sommige vulkaanuitbarstingen, wanneer bliksem verschijnt in de grote opstijgende kolommen van as.
Een soortgelijk mechanisme van oplading door wrijving tussen deeltjes wordt ook op Mars verwacht. Hoewel de marsatmosfeer ongeveer 100 keer zwakker is dan die van de aarde, zijn er winden die in staat zijn om materiaal van het oppervlak te verplaatsen, wat leidt tot duinen en, seizoensgebonden, grote stofstormen die wekenlang uitgestrekte gebieden kunnen bedekken. Daarnaast kunnen deze winden stof doen opwervelen in kleine tornado’s.
Het marsstof plakt vaak aan de ruimteschepen die naar de planeet zijn gestuurd, wat in sommige gevallen heeft geleid tot ernstige problemen of zelfs verlies van de sonde. Men denkt dat de hardnekkige hechting van de door de marswind meegenomen deeltjes gerelateerd kan zijn aan de statische elektriciteit die precies door de aanwezigheid van lading in de stofdeeltjes wordt gegenereerd.
En dan de Vonk
Maar de elektrificatie van stof door wrijving is slechts een van de twee factoren die nodig zijn om een vonk te veroorzaken. De tweede factor is dat de hoeveelheid gegenereerde lading groot genoeg moet zijn.
Op onze planeet voldoet deze tweede voorwaarde niet, aangezien de kenmerken van de aardse atmosfeer vereisen dat er veel intensere ladingaccumulaties nodig zijn om een vonk in stof te veroorzaken. Maar de situatie op Mars is minder beperkend, en theoretisch zouden dergelijke ontladingen mogelijk moeten zijn, zoals ook blijkt uit verschillende simulaties die in laboratoria zijn uitgevoerd.
Perseverance’s Ontdekkingen
In februari 2021 landde de robot Perseverance in de Jezero-krater op Mars, met als hoofddoel bewijs van vroegere levensvormen te vinden (toen de rode planeet vloeibaar water op haar oppervlak had, zo’n 3,8 tot 3,5 miljard jaar geleden). Deze verkenner is uitgerust met verschillende analysetools en observatie-instrumenten.
Specifiek bevat de rover een microfoon, geïntegreerd in een apparaat genaamd SuperCam, die in staat is om geluiden op te nemen die dicht bij het Marsoppervlak worden geproduceerd. Door de signalen die dit instrument de afgelopen vier jaar heeft vastgelegd te analyseren, hebben de wetenschappers 55 acoustische signalen geïdentificeerd die overeenkomen met die van elektrische ontladingen.
Doelgericht Geluid
De opnames van Perseverance tonen allemaal een vergelijkbaar patroon. Eerst is er een intense piek van zeer korte duur (enkele tientallen microseconden), gevolgd door een demping die enkele milliseconden aanhoudt. Deze twee fasen worden geïnterpreteerd als interferenties die in het apparaat zijn veroorzaakt door het magnetische veld dat aan de vonk is verbonden.
Uiteindelijk tonen de signalen een derde fase die bestaat uit verschillende pieken die corresponderen met de voortplanting van geluidsgolven (dat wil zeggen, het geluid van de elektrische ontlading). Het is belangrijk op te merken dat het uitgevoerde onderzoek in staat is geweest om deze geluiden te onderscheiden van andere geluiden die door de robot zelf, de wind of atmosfeer turbulentie zijn gegenereerd, zodat mogelijke interferentiebronnen worden uitgesloten.
Toekomstige Implicaties
Gezien het feit dat de Jezero-krater niet de regio op Mars is waar de meeste stofstormen of zandwervels zijn waargenomen, schatten wetenschappers dat de totale elektriciteit die vrijkomt door wrijving veel hoger moet zijn in andere delen van de planeet.
Sánchez-Lavega gelooft dat het van groot belang zal zijn om de frequentie van wervels en stofstormen op Mars te bestuderen in functie van het seizoen en de specifieke locatie, vanwege de effecten die de bijbehorende elektrische vonken kunnen hebben op de apparatuur van ruimteschepen. Hij voegt er aan toe dat “deze ontladingen een extra factor zullen zijn om rekening mee te houden bij toekomstige verkenningen van de planeet”.
