Prijsbewuste petrologie: meteorietslijpplaatjes bekijken op een klein budget

Het bestuderen van meteorieten onder een geologische microscoop geeft een fascinerend beeld van de mineralen en de structuren van het gesteente. We schreven er op de website al uitvoerig over. Heb je per se een petrologische microscoop nodig om slijpplaatjes te bekijken? Zeker niet, want polarisatiefilters voor fotocamera’s blijken een prima alternatief voor wie het écht simpel wilt houden.

Slijpplaatje kun je eenvoudig bekijken tussen twee polarisatiefilters met behulp van een handlens. Een relevante vraag is welke filters daarvoor geschikt zijn, of wáár je deze filters vandaan haalt. Polarisatiefilters zijn op grote schaal verkrijgbaar als filters die je voor de lens van je fotocamera schroeft. Deze polarisatiefilters lijken dus een handige optie te zijn. Wie het goed wilt aanpakken zou dus het liefst gebruik maken van lineair gepolariseerde filters, net zoals de filters die in geologische microscopen worden gebruikt. Echter, een van de verworvenheden van de moderne digitale DSLR camera’s is de autofocus en de lichtmeting door de lens. Deze twee functies worden verstoord bij gebruik van een lineair polarisatiefilter. Het alternatief voor het lineaire filter is het circulaire polarisatiefilter dat net wat anders werkt en daardoor de voorgenoemde autofocus- en lichtmeetproblematiek het hoofd weet te bieden. Het gevolg is dat de lineaire filters door de populariteit van de DSLR’s beperkter verkrijgbaar zijn dan hun circulaire soortgenoten. Zijn de circulaire polarisatiefilters een alternatief en geven ze door hun andersoortige werking wel resultaat? We namen de proef op de som en testte of de circulaire polarisatiefilters óók geschikt zijn om slijpplaatjes te bekijken.

Circulaire polarisatiefilters bedoeld voor de DSLR. Met een diameter van 62 mm kun je een slijpplaatje (doorgaans 45×22 mm groot) tussen de twee filter plaatsen, waarna je de twee filters op elkaar schroeft voor gebruik. Foto © Werkgroep Meteoren.

Proef op de som

Op de onderstaande foto is een exemplaar (een ‘individual’) van een SaU 001 meteoriet te zien, met een kenmerkende zwartgeblakerde smeltkorst. Het slijpplaatje op de afbeelding is afkomstig van een ander fragment. Dit flinterdun geslepen meteorietplakjes is slechts 30 micrometer dik: dun genoeg dat licht dóór het gesteente heen valt. Hierdoor is het mogelijk om het plakje met doorvallend gepolariseerd licht te bestuderen. Dit is dan ook een veelgebruikte aanpak waarmee geologen tal van gesteenten onder een petrologische microscoop bestuderen om ze aan een classificatie te onderwerpen. Je leest elders op onze website wat meteorieten op deze manier prijsgeven.

Sayh al Uhaymir 001 met slijpplaatje. Deze gewone steenmeteoriet (chondriet) is afkomstig uit de woestijn van Oman. Rond het jaar 2000 werd er rond de 450 kg van deze meteoriet geborgen. Ze classificeren als L4/5 en bevatten verschillende soorten chondrulen. Foto © Werkgroep Meteoren.

Een wezenlijk verschil tussen de lineaire en circulaire polarisatiefilters is de manier waarop de lichtgolven worden gefilterd. Zo is het beeld door gekruiste lineaire filters geheel zwart. Immers, de polarisatierichting van de onderlinge filters verschillen in gekruiste toestand 90 graden. Het licht wordt in één golfrichting doorgelaten door het eerste filter, maar niet door het tweede omdat ze gekruist zijn. In tegenstelling tot het lineaire filter, zorgt het circulaire filter dat de lichtgolf een draaiing ondergaat en op basis van die eigenschap wordt weggefilterd. We laten te onderliggende natuurkunde even achterwegen (details zijn hier te lezen), maar het effect is dat het beeld van twee gekruiste filters niet donker maar juist geel- of blauwkleurig wordt, al naar gelang de draaiing van het ene filter ten opzichte van de andere. De onderstaande foto illustreert het effect.

Het slijpplaatje tussen twee circulaire polarisatiefilters. De verschillende sneden geven een idee van de veranderingen die optreden in het beeld zodra een circulair polarisatiefilter wordt gekruist en gedraaid. Foto © Werkgroep Meteoren.

Heeft dit dan ook invloed op de manier waarop we naar een slijpplaatje kijken? Dat hangt er vanaf hoe je het bekijkt. Bij een geologische microscoop die werkt met lineaire polarisatie wordt het licht eerst gepolariseerd voordat het door het slijpplaatje valt. Zodra dat licht door het slijpplaatje valt, beïnvloeden de mineralen in het gesteente de verdraaiing van de lichtgolven, en pas met het tweede filter zien we het effect (daarom wordt het tweede filter ook wel de ‘analysator’ genoemd). Bij het gebruik van circulaire polarisatiefilters is de werking niet wezenlijk anders. Net als met lineaire polarisatie wordt het doorvallende licht gefilterd zodat bepaalde mineralen in een andere kleur oplichten. Kwantitatief gezien is er dus een verschil: je kunt de mineralen met een circulair gepolariseerd filter immers niet op dezelfde gestructureerde wijze bestuderen als met de lineaire filters in een petrologische microscoop. Kwalitatief gezien, heeft het gebruik van circulaire polarisatiefilters geen groot nadelig effect op het zichtbaar maken van verschillende mineralen en structuren.

Alles dat je nodig hebt voor een budget-opstelling voor het bekijken van slijpplaatjes. Uit onze test blijkt dat je kunt volstaan met een tweetal circulaire polarisatiefilters (62 mm diameter is aan te bevelen) en een goede handlens die 10x tot 15x vergroot. Foto © Werkgroep Meteoren.

Net als met lineaire polarisatie zie je met een circulaire polarisatiefilter de verschillende mineralen en structuren óók in andere kleuren oplichten en van kleur verschieten tijdens het draaien van de filters. Porfirische chondrulen lijken net op een bonte verzameling confetti, terwijl de traliechondrulen hun kenmerkende kleurrijke strepenpatroon vertonen. Het resultaat is dus vergelijkbaar met de lineaire polarisatiefilters, alleen fysisch gezien is het dus nét iets anders.

Traliechondrule in het SaU 001 slijpplaatje. Het resultaat van de opstelling met circulaire polarisatiefilters: een detailopname uit het slijpplaatje van de SaU 001 waarin o.a. traliechondrulen zichtbaar zijn. Deze macrofoto is gemaakt met de ‘omgekeerde lens methode’. Hierbij is een primelens met een omkeerring op de DSLR camerabody gemonteerd om er een macrolens van te maken. Foto © Werkgroep Meteoren.

Het eindoordeel

Al met al blijken de circulaire polarisatiefilters een prima optie voor wie zijn eerste stappen wilt zetten met het bestuderen van (meteoriet)slijpplaatjes. Met een handlens die een vergroting van 10x tot 15x geeft, kun je al naar de intrigerende kleuren en structuren van chondrulen turen. Zo kun je dus voor enkele tientjes op eenvoudige wijze slijpplaatjes in gepolariseerd licht bekijken om fascinerende eigenschappen van meteorieten te ontdekken.  Wellicht is deze simpele opzet een mooie opmaat naar een nieuwe hobby met een échte geologische microscoop.

Meer lezen:

 


Tekstbijdrage: Sebastiaan de Vet

FRIPON-NL: Frans netwerk van vuurbolcamera’s wordt uitgebreid naar Nederland

Door: Detlef Koschny, Andrea Toni.

FRIPON is het ‘Fireball Recovery and InterPlanetary Observation Network’ dat op dit moment in Frankrijk in bedrijf is met zo’n 100 camera’s. Op basis van het FRIPON-systeem wordt momenteel een nieuw vuurbolcameranetwerk in Nederland uitgerold waarmee nieuwe kansen ontstaan voor wetenschappelijk onderzoek, vuurbolwaarnemingen en meteorietberging.

Figuur 1. De FRIPON-camera op het dak van ESA/ESTEC in Noordwijk.

FRIPON is een allsky-cameranetwerk met het doel om vuurbollen te detecteren om er vervolgens hun banen van te berekenen. Door vervolgens de donkere vluchtfase van overgebleven materiaal te berekenen, kunnen zoeklocaties binnen het strooiveld van de vuurbol worden vastgesteld. Dat is, althans, het hoofddoel van het project dat gefinancierd wordt door het Franse nationale onderzoekagentschap FNRA: meteorieten bergen die met waarnemingen van hun vuurbol te koppelen zijn aan hun bronplanetoïde. Het IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides) in Parijs heeft hiervoor de cameraopstelling ontworpen en doorontwikkeld, een server opgezet en dataverwerkingssoftware ontwikkelt voor de detectie en verwerking van de beelden. Inmiddels zijn 100 camera’s operationeel in Frankrijk en is de ‘data pipeline’ in de eindfase van de ontwikkeling en implementatie.

De meteorenonderzoeksgroep bij het ESA Science Support Office werkt momenteel met een tweetal camera’s die simultaan waarnemen vanaf de Canarische Eilanden, genaamd CILBO (Canary Islands Long-Baseline Observatory). Dit systeem is in staat om lichtzwakke meteoren tot magnitude 5 vast te leggen. Een probleem van de gebruikte camera’s is echter dat ze verzadigen al meteoren helderder zijn dan magnitude 0. Op de waarnemingen uit te kunnen breiden naar grotere objecten (en daarmee heldere magnitudes) is recent besloten om te starten met allsky-vuurbolcamera’s. In plaats van een eigen systeem te ontwerpen heeft het team besloten om bestaande appratuur te gebruiken. Dankzij bestaande contacten met het IMCCE is besloten om het FRIPON netwerk uit te breiden naar Nederland.

Wetenschappelijke motivatie

De oorspronkelijke wetenschappelijke motivatie voor FRIPON, zoals al genoemd, is het bergen van meer meteorieten in Frankrijk en het koppelen aan bronplanetoïden.  Dit kan gedaan worden met het waarnemen van vuurbollen; verleng het lichtspoor achterwaarts om de baan in het zonnestelsel te bepalen, verleng het voorwaarts, rekeninghoudend met windrichting en –snelheid, en je kunt een verwachting maken van de plek waar de meteorieten van een vuurbol zijn neergekomen.

Voor de meteorenonderzoeksgroep bij ESA is de wetenschappelijke afweging beduidend anders. Bij de onderzoeksgroep werken we aan de fluxdichtheid van meteoroïden, of in andere woorden, hoeveel meteoroïden treden de aardse atmosfeer per tijd en oppervlak binnen. Zoals gezegd doen we dit op basis van videowaarnemingen met ons simultaanstation op de Canarische Eilanden (CILBO). Meteoren die helderder zijn dan magnitude 0 zorgen voor de verzadiging van het beeld. Afhankelijk van het materiaal en de snelheid correspondeert dat met meteoroïden van 2 mm tot 3 cm in doorsnede. Met gegevens die we verkrijgen met FRIPON kunnen we ook fluxdichtheden bepalen voor groter objecten dan nu het geval is.

Een andere belangrijke wetenschappelijke reden is het berekenen van het lichtrendement. Dit is het percentage van de kinetische energie van een meteoroïde die omgezet wordt in licht. Met andere woorden, als je de massa (of afmeting) van een meteoroïde wilt bepalen op grond van de magnitude, dan moet je deze waarde weten. Met slechts een lichtcurve van een meteoor is het niet mogelijk om deze waarde te berekenen. Voor onze CILBO opstelling gebruiken we op dit moment de waarde die bepaald wordt op basis van gelijktijdige waarnemingen met video en radar in Canada. Een andere methode om het lichtrendement te bepalen is door de afremming van de meteoor mee te nemen. Echter, deze afremming is het beste waarneembaar voor objecten die te groot (helder) zijn om vast te leggen met CILBO. FRIPON legt daarentegen met regelmaat de afremming vast en maakt het dus mogelijk om het lichtrendement te bepalen zonder dat er een andere detectiemethode nodig is.

De cameraopstelling

De FRIPON-camera die momenteel op het dak van ESA-ESTEC in Noordwijk staat, is te zien in Figuur 1, en alle benodigde apparatuur is weergegevens in Figuur 2. De camera zelf is een Basler aca1300-30gm digitale camera (oudere systemen gebruiken een DMK23g445) die filmt met 25 frames per seconde. De camera is gemonteerd in een behuizing met een transparante koepel van optische kwaliteit en is slechts 10 cm in diameter en 15 cm hoog.  Het camerasysteem is speciaal ontworpen door het bedrijf Shelyak en kost zo’n 1.200 Euro. Met de bijgeleverde montagebeugels is het mogelijk om de camerabehuizing op zowel een vlak oppervlak te plaatsen of te monteren op een paal van minder dan 5 cm in diameter.

Figuur 2. Overzicht van alle hardware voor een FRIPON station. De camera ligt links op het bubbelfolie. De zwarte doos met bekabeling is de Power-over-Ethernet router. Geheel rechts ligt de NUC-computer. Dit is een system bedoeld voor plaatsing in Duitsland. De NUC van de camera op ESTEC is te zien op de achtergrond.

De camerabehuizing heeft een korte Ethernetkabel voor de verbinding met een computer, en de stroomvoorziening. Hiervoor is een router met Power-over-Ethernet (PoE) nodig om te camera te kunnen aansluiten. Indien nodig kan de kabel verlengt worden met een Cat-6 ethernetkabel die aan te sluiten is op een voor PoE-geschikte router.  Deze router verbindt de camera met de computer en het internet. Hiervoor kan elk willekeurig type computer gebruikt worden. Wij maken gebruik van een NUC (Next Unit of Computing) dat een compacte computer is van slechts 10x10x5 cm groot. Als je deze aanschaft met de juiste Solid State Harddisk, dan kan het complete software systeem eenvoudig geïnstalleerd worden als disk image.

Het gehele systeem heeft geen toetsenbord of monitor aangezien het direct verbinding maakt met een server in Frankrijk, en daardoor alleen via remote acces via de Franse server te bekijken is. Om op een FRIPON computer te kijken, is het dus nodig om via de server in te loggen en via deze route de computer te benaderen. De reden hiervoor komt hieronder aan bod bij de dataverwerking.

Dataverwerking

De NUC leest de beelddata van de camera in realtime. Detectiesoftware op de NUC zorgt voor de identificatie van events, het zoekt daarvoor naar helder objecten die in een rechte lijn bewegen en verwerpt objecten die te traag zijn. Echter, het systeem zal niet alleen vuurbollen detecteren maar ook vliegtuigen en andere zaken. Alle detecties, gemiddeld een paar per nacht, worden direct naar de centrale server in Parijs gestuurd. Daar komt alle data samen van camera’s die staan opgesteld in Frankrijk, België en Duitsland. Een ‘event’ wordt past aangemaakt als er 3 of meer camera’s een detectie op hetzelfde moment hebben.

De directe verbinding met de server in Parijs is de reden dat de computer niet direct gebruikt kan worden, dit zou in strijd zijn met de veiligheidsregels voor de server, aangezien hackers op die manier direct toegang tot het Franse netwerk kunnen krijgen. Het systeem verstuurt e-mails op dagelijkse basis waarin een overzicht van alle events van de afgelopen nacht zijn samengevat. Hiervan zou het de baan ten opzichte van de grond, de baan in het zonnestelsel en mogelijke strooiveld kunnen berekenen. Dat laatste is echter nog niet operationeel.

Stand van zaken in Nederland

Om zelf bekend te raken met het FRIPON-systeem hebben we een camera geplaatst op het dak van het kantorencomplex van het technologiecentrum ESTEC van ESA gelegen in Noordwijk (Zuid-Holland). De veiligheidsnormen voor netwerken zoals die door het FRIPON netwerk worden aangehouden, zijn ook bij ESA van kracht. Zodoende liepen we aanvankelijk tegen verbindingsproblemen aan om de camera met de server in Parijs te verbinden. Uiteindelijk hebben we de router in een ‘gedemilitariseerde zone’ van ons netwerk geïnstalleerd. Particuliere netwerken hebben geen last van deze problemen, de tweede camera van het netwerk in Oostkapelle werd in november 2017 zonder enig probleem in een paar uur tijd geplaatst en verbonden met de centrale server.

Op dit moment zijn er de twee operationele camera’s in Nederland. In Figuur 3 zijn deze locaties weergegeven in groen. Naast de camera op ESTEC en bij Klaas Jobse (Oostkapelle) hebben we afspraken met Felix Bettonvil (Dwingeloo), Jos Nijlands (Benningbroek), Arnold Tukkers (Lattrop) en Sebastiaan de Vet (Tilburg) om extra camera’s te plaatsen. Eén camera, gefinancierd door de Universiteit van Oldenburg (Duitsland), is opgesteld in Groningen. We zijn zelf nog op zoek naar een aantal locaties om meer stations te huisvesten. Dankzij een interne ESA-beurs hebben we extra financiering ontvangen om een paar extra camera’s aan te schaffen en daarom zijn er nog meer opstellocaties van camera’s nodig. Geïnteresseerden die een camera op een geschikte locatie in Gelderland kunnen huisvesten, kunnen met ons contact opnemen. Na deze eerste uitbreidingsfase in Nederland, willen we nog extra camera’s plaatsen op de geelgekleurde locaties, die te zien zijn op het kaartje.

Figuur 3. Bestaande en geplande camera’s voor de uitbreiding van FRIPON. Groen: geplaatst. Oranje: wordt geplaatst in de loop van 2018. Geel/transparant-geel: vacante locaties waarvoor nog en deelnemer wordt gezocht.

De eerste grote vuurbol die we hebben vastgelegd, vond plaats vlak voordat ik mijn presentatie gaf op het Internationale meteorencongres IMC, op 21 september 2017. Binnen de werkgroep Meteoren beter bekend als de ‘Lubachvuurbol’. De opname van de FRIPON op ESTEC is te zien in Figuur 4, meer details lees je hier en hier.

Voor deze vuurbol hebben we drie zwakkere events gehad, altijd samen met de camera in Brussel en een of twee andere station in België. Echter, een vuurbol die zichtbaar is vanuit zowel Brussel als Noordwijk moet ongeveer halverwege de twee stations liggen. Daardoor verschijnt de vuurbol op de opnames altijd laag aan de horizon voor beide stations. Met een kleinere onderlinge afstand, zoals met Oostkapelle is de afstand van 100 km veel beter en verwachten we typisch een of twee gelijktijdig waargenomen vuurbollen per maand.

Figuur 4. De ‘Lubachvuurbol’ boven ESTEC op 21 september 2017. Dit event werd ook vastgelegd door de FRIPON camera’s in Brussels (B) en Lille (F).

Open punten

Het gebruik van de FRIPON-camera’s is geheel ‘hands-off’ manier, met ander woorden, de gastlocatie hoeft niks te doen. Alle detecties en event-correlaties worden automatisch uitgevoerd. Echter, de betrokkenen zouden, net als de auteurs van dit artikel, geïnteresseerd kunnen zijn om de data van de camera direct te benaderen. Bijvoorbeeld als je gevraagd wordt ‘heb je op dit of dat tijdstip iets gezien’ en dan zou het fijn zijn om de data direct te kunnen benaderen. Dit is natuurlijk mogelijk door in te loggen op de server in Parijs, maar het proces van inloggen en dataoverdracht is langdradig. We zijn daarom bezig met het opzetten van een eigen systeem waarbij alle data van de Nederlandse FRIPON-stations ook naar een ftp-server bij ESA worden gepushed. We zitten in het proces van het testen van dit systeem, maar het is nog niet operationeel.

Zoals hierboven al genoemd, zijn bepaalde delen van de software nog niet af of gemakkelijk toegankelijk, zoals de baanberekening en de berekeningen van de donkere vluchtfase voor het bepalen van strooivelden. Samen met twee promovendi van de Universiteit van Oldenburg zijn we betrokken in de dataverwerking en bereiden we de wetenschappelijke analyse routines voor. We zijn vooral geïnteresseerd om snel geïnformeerd te worden van een vuurbol, nog voordat we erover lezen in het nieuws.

Tot slot

FRIPON-NL bevind zich midden in het opstartproces. Op dit moment zijn twee camera’s operationeel en zijn er afspraken met drie andere gastlocaties. Financiering voor meer camera’s is beschikbaar. Na installatie zal het netwerk verbonden worden met de camera’s in Frankrijk, België en Noord-Duitsland.

De FRIPON-camera’s hebben al bewezen dat ze vuurbollen kunnen detecteren. De dataverwerking, waaronder het berekenen van de banen ten opzichte van de aarde, banen in het zonnestelsel en mogelijke strooivelden van meteorieten moeten nog gefinancierd worden door onze Franse collega’s. ESA is bij FRIPON betrokken vanuit een aanpalend wetenschappelijk oogpunt en we kunnen snel meldingen te krijgen als er een vuurbol heeft plaatsgevonden.

De camera’s zijn bewezen robuust en betrouwbaar te zijn en we verwachten dat we heel Nederland kunnen afdekken in 2019. Dit netwerk is ook complementair aan het CAMS-netwerk (dat is geoptimaliseerd voor zwakke meteoren), of de bestaande camera’s in het Duitse ‘EN’ netwerk die weer geschikter zijn voor positionering maar te kort komen in tijdsbepaling.

We zoeken meer gastlocaties voor de plaatsing van een camera, dus ben je geïnteresseerd om bruikbare gegevens te helpen verzamelen, neem dan contact op met de auteurs.


Detlef Koschny en Andrea Toni zijn werkzaam bij de Meteor Research Group van het Science Support Office van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, gevestigd bij het technische ruimtevaartcentrum ESTEC in Noordwijk.

Vertaling: Sebastiaan de Vet

Meteorieten en de zoektocht naar leven op Mars

Door: Arjen Boosman.

Onderzoek naar organische stoffen (koolstofhoudende verbindingen) is van belang voor verschillende grote vraagstukken binnen de wetenschap. Hoe is het leven op aarde ontstaan? Waar komen vluchtige stoffen op aarde en planeten vandaan? En hoe ziet de koolstofcyclus eruit op andere lichamen in het zonnestelsel? Dit zijn slechts een paar voorbeelden van ingewikkelde vraagstukken waarin organische stoffen een rol in spelen.

Meteorieten zijn een zeer waardevolle bron van informatie over het gedrag van organisch materiaal in de ruimte. Het zijn tenslotte tastbare studiematerialen van delen van (vroegere) planeten, planetoïden en ruimtestof. Voor het onderzoek naar organisch materiaal zijn vooral de zogenaamde koolstofchondrieten belangrijk. Dit zijn primitieve meteorieten met een zeer hoge hoeveelheid organisch materiaal. Tijdens het ontstaan van het zonnestelsel is niet al het stof uit de protoplanetaire schijf samengeklonterd om de planeten te vormen. Tijdens het ‘groeien’ van een planeet wordt het binnenste steeds warmer. Een deel van het stof is samengeklonterd tot relatief kleine objecten, waardoor deze niet zo sterk zijn opgewarmd en dus geen differentiatie heeft ondergaan. Differentiatie is het inwendige proces dat ervoor zorgt dat grote hemellichamen, bv. de aarde, Mars, en Venus, opgedeeld worden in een metalen kern en een mantel en korst van gesteente. Tijdens dit proces gaat veel informatie over de oorsprong van het planeetvormende materiaal verloren. Via verschillende soorten chondrieten, waaronder de koolstofchondrieten,  kunnen we dus eigenlijk monsters nemen van het zonnestelsel in zijn ontstaansfase.

Promotieonderzoek

In de ruimte vliegt er nog een heleboel van dit primitieve materiaal rond met een grote hoeveelheid organisch materiaal. Een grote hoeveelheid van dit materiaal komt jaarlijks op het oppervlak van planeten terecht. Over het effect dat dit organisch materiaal op de atmosfeer van planeten heeft, is eigenlijk maar heel weinig bekend. Tijdens mijn promotie bij het Instituut voor Marien en Atmosferisch onderzoek Utrecht (IMAU) en de Faculteit Geowetenschapen probeer ik deze effecten beter in kaart te brengen.

Dit willen we bereiken door meteorietmateriaal bloot te stellen aan bepaalde condities die we ook in de ruimte vinden. We gebruiken hiervoor een klein stukje van de Murchisonmeteoriet. Deze koolstofchondriet viel op 28 september 1969 in Australië, bij het plaatsje Murchison. Aangezien deze meteoriet al tijdens het vallen is geobserveerd, kon de meteoriet kort na de inslag worden geborgen. Hierdoor is de mate van besmetting met aards materiaal minimaal, en de meteoriet is daardoor uitermate geschikt voor wetenschappelijk onderzoek. Tijdens onze experimenten wordt het stukje meteoriet verpulverd tot een fijnkorellig poeder en blootgesteld een hoge dosis UV-straling. We meten vervolgens welke vluchtige stoffen, en hoeveel hiervan, het meteorietpoeder afgeeft en proberen daarmee te beredeneren welke effecten dit heeft op de atmosfeer van een planeet.

Murchisonpoeder. Versgemalen koolstofchondriet, klaar voor een UV-bestralingsexperiment. Foto: Arjen Boosman.

Interesse in Mars

In het bijzonder zijn we geïnteresseerd in de atmosfeer van Mars. Onderzoek met satellieten en robotkarretjes heeft aangetoond dat er een zeer kleine hoeveelheid methaan in de Marsatmosfeer zit. Aangezien methaan in de atmosfeer van Mars snel afbreekt door reactieve stoffen in de atmosfeer en UV-straling, moet het dus constant geproduceerd worden om nog altijd meetbaar te zijn. Op aarde wordt zo’n 90% van het methaan geproduceerd door micro-organismen die bijvoorbeeld in rijstvelden, moerassen, en in de maag van herkauwers leven. De ontdekking van methaan leidde daardoor tot veel vragen bij wetenschappers, want niemand weet precies hoe het methaan op Mars precies wordt gevormd. Eén van de manieren om zonder de tussenkomst van leven methaan te vormen is via de fotodegradatie van organisch materiaal.

Experimenteren met fotodegradatie

Fotodegradatie betekent letterlijk ‘afbreken met licht’. Door blootstelling aan UV-straling kan het organisch materiaal uit meteorieten dat op Mars terechtkomt (het gaat hier om enkele tot tientallen miljoenen kilo’s aan meteorieten en ruimtestof per jaar) afbreken, waarbij onder andere methaan vrijkomt. Andere stoffen die we kunnen detecteren uit meteorieten, en dus interessant zijn voor de koolstofkringloop op Mars, zijn o.a. koolstofdioxide, methanol en aceton.

Marsmethaan. Een aantal mogelijke bronnen van methaan op Mars. Foto: NASA

Er moet nog veel onderzoek gedaan worden naar de invloed die meteorieten hebben op de atmosfeer van Mars en andere planeten. Het lijkt erop dat de hoeveelheid methaan die we kunnen produceren via fotodegradatie niet genoeg is om de hoeveelheid methaan in de atmosfeer te verklaren. Onderzoek moet daarom nog aantonen hoe groot de andere bronnen voor methaan zijn. In toekomstig onderzoek naar de atmosfeer van Mars, door bijvoorbeeld de Europese Trace Gas Orbiter, kan met behulp van de isotopen in methaanmoleculen onderzocht worden wat de herkomst is van het gevonden methaan. Zo hopen we in de toekomst een beter beeld te krijgen van de koolstofkringloop en de oorsprong van methaan op Mars.

 


Arjen Boosman is promovendus aan de Universiteit Utrecht en werkt aan het onderzoeksproject ‘Life cycle of meteoritic carbon on planetary bodies with focus on Mars’.

Meteoorrook zorgt weer voor lichtende nachtwolken

Ze zijn dit seizoen weer door verschillende waarnemers gesignaleerd: de mooie lichtende nachtwolken of ‘noctilucent clouds’ (NLCs). Het verschijnsel ontstaat door fijnstof hoog in de atmosfeer dat onder meer afkomstig is van meteoren.

Lichtende nachtwolken zijn geen gewone wolken, maar wolken van vooral klein ijskristallen op 75 tot 85 kilometer hoogte, dicht bij de ‘rand’ van de dampkring. Lichtende nachtwolken komen alleen voor tussen eind mei en half augustus in de uren na zonsondergang of voor zonsopkomst. Ze zijn dan een paar uur lang aan de noordelijk hemel zichtbaar. Het is een vrij zeldzaam verschijnsel dat onregelmatig optreedt en in sterkte varieert. Je moet dus wat geluk hebben om ze te zien.

Lichtende Nachtwolken (NLCs). Gefotografeerd door Roy Keeris vanuit Zeist op 18 juni 2018.

Buitenaardse invloeden

De herkomst van deze wolken moet gezocht worden in minuscule stofdeeltjes die deels een kosmische oosprong hebben, want op een hoogte van 70-100 km verbranden ook de meeste meteoroïden die de dampkring binnendringen. De ‘meteoorrook’ op deze hoogte bestaat uit minuscule deeltjes van 20-70 nm die te klein zijn om zichtbaar te zijn, maar ze fungeren als condensatiekernen waarop zich onder bepaalde omstandigheden bij een temperatuur tussen -90 en -145 °C ijskristalletjes vormen. Ook asdeeltjes na grote vulkaanuitbarstingen kunnen bijdragen aan de lichtende nachtwolken. Dankzij het fijnstof ontstaan ijle ijswolken op een gemiddelde hoogte rond de 85 kilometer.

Wij kunnen die ijle ijswolken alleen ’s nachts zien (doorgaans tussen 23:00-03:00 plaatselijke tijd), als ze zich boven de noordelijke horizon bevinden en de zon niet ver onder de horizon staat, zo’n slechts 6°-16°. Onder deze omstandigheden is de geometrie geschikt om de wolken aan te lichten. Lichtende nachtwolken zie je overigens het beste vanaf noordelijk breedtegraden (50°-65° NB), onder de 50° zijn ze slecht zichtbaar.

Lichtende Nachtwolken (NLCs). Gefotografeerd door Urijan Poerink vanuit Vught gemaakt op 21 juni 2006.

Hoe herken je ze?

Lichtende nachtwolken zijn goed te onderscheiden van gewone wolken. Gewone wolken komen niet hoger dan zo’n 15 kilometer en worden ‘s nachts niet door de zon verlicht en blijven grijsgrauw of geheel donker. Lichtende nachtwolken zijn scherper getekend dan bijvoorbeeld cirruswolken en vertonen een zilverachtige glans en kunnen wit of lichtblauw zijn. De wolkenslierten hebben een ribbel- of vezelstructuur en zijn dusdanig ijl dat zelfs heldere sterren door de wolken heen zichtbaar zijn. Binnen korte tijd kunnen de nachtwolken ook van vorm veranderen, aangezien er op die grote hoogte sterke luchtstromingen voorkomen.

Meer lezen:


Teksbijdrage: Urijan Poerink

Tiangong-1 stort zich als kunstmatige meteoor ter aarde

Het Chineese ruimtestation Tiangong-1 is op Tweede Paasdag de atmosfeer van de aarde binnengetreden. De reentry leverde geen problemen op aangezien de terugkomst van het ruimtestation boven onbevolkt gebied plaatsvond.

Het ‘Hemels Paleis’, de vertaling van de Tiangong, werd in 2011 door China de ruimte in gelanceerd. Op maandag 2 april trad het ruimtestation rond 00:16 UT (02:16 Nederlandse tijd) boven de Stille Oceaan de atmosfeer binnen. Wanneer en waar de reentry zou plaatvinden stond aanvankelijk nog niet vast. In de dagen en uren voorafgaande aan de reentry speculeerden diverse ruimtevaartinstanties en satellietwaarnemers (waaronder Marco Langbroek) op basis van waarnemingen en modelberekeningen over het tijdstip waarop dit zou gebeuren. Het hiervoor genoemde moment waarop de reentry uiteindelijk plaatsvond, is naar alle waarschijnlijkheid vastgesteld met militaire sensoren die de hittesignatuur van het binnentredende ruimtestation hebben gedetecteerd. Door de afgelegen locatie zijn er (vooralsnog) geen visuele of fotografische waarnemingen gerapporteerd.

Het binnentreden van Tiangong-1 in de atmosfeer was niet geheel zonder risico. Om te beginnen was er sinds 2016 geen contact meer met het ruimtestation en was de reentry op Tweede Paasdag ‘ongecontroleerd’. Het exacte moment van binnentreden was daarom niet eenduidig op voorhand te bepalen. Dat moment werd bepaald door het gelijdelijke verval van de baan onder invloed van de geringe luchtweerstand en de eigenschappen van de bovenste luchtlagen van de atmosfeer. Bovendien zouden sommige robuste onderdelen, zoals brandstoftanks, de verzengende vlucht door de atmosfeer kunnen overleven en binnen een groot gebied kunnen neerkomen (zie de illustratie hieronder).

Reentry Tiangong-1. Een artist-impression van het uiteenvallen van China’s Tiangong-1 ruimtestation tijdens de reentry in de atmosfeer. Bron: Aerospace Corporation

Atmosfeer als vuilverbrander

Met grote regelmaat verbranden er kunstmatige objecten in de aardse atmosfeer die ooit de ruimte in zijn gelanceerd. Zo verbrandde op 22 maart de markante HumanityStar en een paar dagen later op 25 maart zagen mensen in Zuid-Europa een rakettrap van een Soyuz verbranden in het luchtruim nabij Corsica. De aardse atmosfeer werkt dus als een effectieve vuilverbrander, mits objecten  niet te groot of massief zijn. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de ruimtevrachtschepen die het internationale ruimtestation ISS bevoorraden na gebruik worden afgeladen met afval om af te koersen op een afgebakend stuk luchtruim boven de Stille Oceaan. Op deze manier keren ruimtevrachtschepen zoals de Progress, ATV, en Cyngus op gecontroleerde en veilige wijze terug naar aarde om grotendeels te verbranden in de atmosfeer.

Van ruimtestation tot vuurbol

In het geval van Tiangong-1 speelde er naast de onvoorspelbaarheid nog iets anders mee dat deze reentry deed opvallen. Het binnentreden van een ‘ruimtestation’ klinkt namelijk erg spectaculair. In het geval van Tiangong-1 betrof het met 8,5 ton een klein exemplaar, zo leert ook dit overzicht van ESA. Het station lijkt qua omvang meer op de hedendaagse ruimtevrachtschepen, zoals de Europese ATV. Ruimtestations zoals de Salyut, Almaz, Skylab en Mir waren aanzienlijk groter en massiever dan Tiangong-1.

Net als de voorgenoemden ruimtestations is ook het huidige voetbalveldgrote ruimtestation ISS geen eeuwig leven in een baan om de aarde beschoren. Hoewel de levensduur van het ruimtestation en de toekomst van het ISS-programma nog onduidelijk is, wordt er nu al rekening gehouden met het scenario dat het ISS (deels) de atmosfeer in wordt gemanoeuvreerd. In 2015 werd daarom de reentry van het ruimtevrachtschip ATV-5 George Lemaître aangewend om een ‘shallow reentry’ scenario te bestuderen. Hiervoor organiseerden de NASA en ESA een speciale waarneemmissie om boven de Stille Oceaan het opbreken van de ATV-5 te bestuderen met een arsenaal aan hogesnelheidscamera’s en andersoortige meetinstrumenten. Het bood een uitgelezen kans om de fysische processen van het atmosferisch desintegreren van complexe ruimtevaartuigen in meer detail te bestuderen.

Nederlands reentry onderzoek

De waarneemmissie zou met NASA’s DC-8 laboratoriumvliegtuig vanaf het staging point op Tahiti (Frans-Polynesië) een nachtelijk waarneemvlucht uitvoeren om de ATV-5 waar te nemen. Een Nederlands team van de TU/Eindhoven, bestaande uit onderzoekers Bas van der Linden, Christina Giannopapa en Sebastiaan de Vet, zou tijdens deze vlucht het ruimtevrachtschip gadeslaan om met hogesnelheidscamera’s het uiteenvallen vast te leggen. Het team had al ervaring met dit soort waarneemvluchten; Van der Linden en Giannopapa waren eerder al betrokken bij de waarneemmissie rondom de reentries van ATV-1 en Hayabusa.

Het verloop van de ATV-5 waarneemmissie pakte dit keer echter anders uit en bleek een goede reality-check van het mantra dat er niks gewoons is aan ruimtevaart. Een van de vier power chains van de ATV-5 begaf het tijdens de laatste dagen dat het vrachtschip nog aan het ISS was gekoppeld. Daarmee bleven er te weinig middelen over om voldoende redundantie te hebben om twee weken na ontkoppeling het beoogde vluchtprofiel de atmosfeer in te kunnen vliegen. Om op veilig te spelen, werd besloten de ATV-5 direct na ontkoppeling op 15 februari gecontroleerd de atmosfeer in te manoeuvreren. Een dergelijke strategische zet was bij Tiangong-1 door het verloren contact dus niet meer mogelijk. Twee weken eerder dan gepland, vloog ATV-5 net als zijn vier voorgangers op de gebruikelijk wijze de atmosfeer in. Dat vluchtprofiel was ongunstig voor het beoogde onderzoek aangezien het niet het beste inzicht voor de reentry van ISS zou leveren. Zodoende werd de waarneemmissie uitgesteld in de hoop een andere keer een ruimtevrachtschip met een gunstig missieprofiel te kunnen volgen.

Lopend onderzoek naar reentries

Met name voor grote complexe objecten, zoals de grote ruimtevrachtschepen en ruimtestations, is er veel interesse in het bestuderen van de reentry dynamiek. Diverse teams uit de VS en Europa benutten waarneemvluchten bovendien om binnentredend ruimteafval te bestuderen. Recentelijk gebeurde dat voor de Cygnus OA6 (een afgeslankt vervolg van de afgelaste ATV-5 waarneemmissie) en de reentry van het object WT1190F. Dichter bij huis zijn reentries natuurlijk ook zichtbaar. Ook al is het binnentreden van ruimteafval een betrekkelijke zeldzaamheid in de atmosfeer boven Nederland, meteoorwaarnemers hebben altijd kans om een reentry vast te leggen.

Meer lezen: