Tot die opvallende ontdekking komen onderzoekers nadat ze zich – 34 jaar na dato – over oude Voyager 2 data bogen.

Het is 24 januari 1986. Voyager 2 suist al zeker acht en half jaar met een haastige 48.000 kilometer per uur door ons zonnestelsel. Op die gedenkwaardige januaridag zou het ruimtevaartuig de mysterieuze zevende planeet in ons zonnestelsel ontmoeten: de ijskoude Uranus. In de komende uren bevindt Voyager 2 zich zo’n 81.633 kilometer boven Uranus’ wolkentoppen en verzamelt gegevens die twee nieuwe ringen, 11 nieuwe manen en een kille temperatuur van -214 graden Celsius onthullen. Maar nu, meer dan drie decennia later, ontdekken wetenschappers in deze oude data opnieuw een opwindend geheim over de nog steeds raadselachtige Uranus.

Magnetische bubbel
Zonder dat het iemand is opgevallen, is Voyager 2 destijds voor slechts zestig luttele seconden van de 45 uur durende vlucht langs Uranus, door een zogenaamde ‘plasmoid’ gevlogen. “Dit is een technische term voor een gigantische magnetische bubbel gevuld met geladen deeltjes (geïoniseerd gas),” legt Gina DiBraccio aan Scientias.nl uit. “In dit geval was de bubbel gevuld met deeltjes uit de atmosfeer van Uranus, wat betekent dat deze – vergelijkbaar met luchtbellen onder water – van de planeet ontsnappen.” Hoewel plasmoïden ten tijde van de flyby van Voyager weinig bekendheid genoten, zijn ze nu erkend als een belangrijke manier waarop planeten massa verliezen. De ontdekking betekent dat de atmosfeer van Uranus langzaam maar zeker de ruimte in lekt. Deze atmosferische lekkage wordt aangedreven door het magnetische veld van een planeet. De interessante bevinding die nieuwe vragen oproept over de unieke magnetische omgeving van Uranus.


Magnetometergegevens van de flyby van Voyager 2 langs Uranus in 1986. De zwarte zigzag vertegenwoordigt de nieuw ontdekte magnetische bubbel. Afbeelding: NASA/Dan Gershman

Uranus is niet de enige planeet die langzaam maar zeker van zijn atmosfeer wordt ontmanteld. Ook andere planeten in ons zonnestelsel ondergaan dit lot. Sterker nog, zelfs de atmosfeer van onze eigen aarde lekt. Maar geen zorgen, deze blijft nog ongeveer een miljard jaar hangen. “We hebben magnetische bubbels waargenomen bij Mercurius, de aarde, Jupiter, Saturnus,” somt DiBraccio op. “De kenmerken van de bubbels bij Mercurius en de aarde zijn echter heel anders dan die van Jupiter en Saturnus. Dat komt omdat verschillende plasmafysica in de ruimte en planetaire dynamica verantwoordelijk zijn voor het vormen en vrijgeven ervan.” Bij nadere bestudering van de plasmoid van Uranus, schatten de onderzoekers dat deze ten minste 204.000 kilometer lang is en ongeveer 400.000 kilometer breed. Bovendien heeft de magnetische bubbel nog het meeste weg van die van Jupiter en Saturnus. “Al wordt er op Uranus relatief meer materiaal weggevoerd,” aldus DiBraccio.

Mars
Het effect van deze atmosferische lekkage lijkt misschien klein op menselijke tijdschalen. Maar als dit lang genoeg aanhoudt, kan het de planeet fundamenteel veranderen. Kijk bijvoorbeeld eens naar Mars. “Mars was vroeger een natte planeet met een dikke atmosfeer,” zegt DiBraccio. “Maar nadat de atmosfeer vier miljard jaar de ruimte in lekte, is Mars geëvolueerd in de kurkdroge planeet die we vandaag de dag kennen.”

“Uranus is echt de enige in zijn soort”

Magnetisch veld
Zoals gezegd wordt de atmosferische lekkage aangedreven door het magnetische veld van een planeet. Om te begrijpen hoe atmosferen veranderen, besteden wetenschappers dan ook veel aandacht aan magnetisme. Wat dit betekent voor de aarde is vrij eenvoudig en wordt door experts goed begrepen. Heel anders is dat voor Uranus. “De structuur, de manier waarop de planeet beweegt…” zegt DiBraccio. “Uranus is echt de enige in zijn soort.” In tegenstelling tot elke andere planeet in ons zonnestelsel draait Uranus bijna perfect op zijn kant – als een varken aan het spit – en voltooit elke 17 uur een tonrol. Bovendien vertoont het magnetische veld ten opzichte van de rotatieas een hoek van 60 graden. Dus terwijl de planeet ronddraait, wiebelt de magnetosfeer als een slecht gegooide bal. Dit is zo vreemd, dat wetenschappers nog steeds niet precies weten hoe ze dit moeten modelleren. Bovendien heeft het belangrijke consequenties. “Het betekent dat de interactie tussen de zonnewind en de planeet dramatisch verandert terwijl Uranus om de zon draait,” zegt DiBraccio. “Op aarde leidt een kleine kanteling van het magnetische veld van slechts tien graden al tot merkbare seizoensverschillen in het gebied net buiten de aarde. De grote helling van Uranus betekent dat ditzelfde gebied veel extremere seizoenen kent.”


Gifje van het opvallende magnetische veld van Uranus. De gele pijl wijst naar de zon, de lichtblauwe pijl markeert de magnetische as van Uranus en de donkerblauwe pijl markeert de rotatieas van Uranus. Afbeelding: NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman

Hoewel de studie nieuwe informatie onthult over de mysterieuze zevende planeet in ons zonnestelsel, zijn er nog zoveel zaken die we niet weten. “De manier waarop de zonnewind een wisselwerking aangaat met Uranus is anders dan bij elke planeet die we tot nu toe hebben verkend,” zegt DiBraccio. “We blijven achter met vragen in hoeverre de zonnewind de dynamiek op Uranus beïnvloedt, zoals hoe het atmosferische deeltjes transporteert hoe het energie overbrengt en zelfs hoe dit het klimaat op de planeet in de loop van tijd verandert.” Dat we nog zo weinig weten is ook niet zo gek. De dataset van Voyager 2 bevat de enige metingen die we ooit dichtbij de planeet hebben verzameld.

Nieuwe missie
DiBraccio zou dan ook graag een nieuwe sonde op de planeet afsturen. “Het is ons doel om deel uit te maken van een toekomstige missie naar Uranus en/of Neptunus,” zegt ze. “Beide ijsreuzen zijn nog onvoldoende verkend en we zouden er echt baat bij hebben om daar voor langere periode een ruimtevaartuig omheen te laten cirkelen. We kunnen nog zoveel leren. Niet alleen over deze planeten zelf, maar ook over werelden buiten ons zonnestelsel. Een meerderheid van de exoplaneten die tot nu toe zijn ontdekt, zijn zogenaamde sub-Neptunussen. Dat betekent dat hoe meer we begrijpen over Uranus en Neptunus, hoe meer we leren over de magnetische velden, plasma’s en atmosferen van exoplaneten.”

Of die missie naar Uranus er ook echt gaat komen, valt nog te bezien. Wel zit er bij NASA mogelijk een missie naar Neptunus in de pijpleiding. Want geloof het of niet: we hebben deze ijsreus – net als Uranus – nog nooit met een degelijk bezoekje vereerd. Een sonde zou niet alleen Neptunus, maar ook zijn maan Triton aan een nader onderzoek moeten onderwerpen. En misschien kan de orbiter zelfs een landertje meevoeren dat voet op Triton zet en vanaf daar onder meer fantastische foto’s maakt van de hemel waaraan de machtige Neptunus schittert. En zoals DiBraccio al benadrukte zal dit niet alleen meer informatie opleveren over ons eigen zonnestelsel, maar is dit ook van groot belang voor ons begrip van andere zonnestelsels waarin tot op heden al heel wat ijsreuzen zijn aangetroffen.