We schrijven 2038. In een koude uithoek van ons zonnestelsel nadert een kleine ruimtesonde een van de vreemdste planeten in onze kosmische achtertuin.
Als de sonde dichterbij komt, spuiten er donkere zuilen uit het ijskoude oppervlak. Tijd dat de mysterieuze maan van Neptunus zijn geheimen prijsgeeft.
Sinds 1989, toen de ruimtesonde Voyager 2 als eerste en als enige langs Neptunus en zijn 14 manen vloog, fascineert de grootste maan – Triton – de astronomen met zijn vele vreemde kenmerken.
Hij draait de verkeerde kant op om zijn planeet, is bedekt met bevroren stikstof, en door scheuren in het ijs schieten mysterieuze, donkere zuilen de ruimte in.
De enige foto’s van Triton tot nu toe zijn gemaakt door de Voyager 2-sonde in 1989. Circa 40 procent van de maanbodem is in kaart gebracht.
Of die zuilen afkomstig zijn uit een gigantische binnenzee, die wemelt van biologisch leven, weten de onderzoekers niet. Maar daar moet de sonde Trident het antwoord op vinden.
Kleine missies met grote resultaten
Op een nacht in september 1846 zag de Duitse astronoom Johann Gottfried Galle als eerste Neptunus aan de nachthemel. Slechts 17 dagen later werd zijn grootste maan, Triton, ontdekt door de Britse astronoom William Lassell.
Nu, zo’n 170 jaar later, weten we niet veel meer over Triton dan de waarnemingen met de Voyager 2 in 1989 duidelijk maakten. Zo is slechts 40 procent van de maanbodem in kaart gebracht.
Maar eind jaren 2030, tijdens een flyby van twee weken, zal de ruimtesonde Trident de maan hopelijk zijn laatste geheimen ontfutselen.
Voordat de Trident naar Neptunus kan vertrekken, moet NASA de missie echter selecteren. De Trident neemt het op tegen drie andere projecten onder NASA’s Discovery-programma, waaronder gerichte ruimtemissies met kleinere budgetten dan de grotere vlaggenschipmissies.
De Mars InSight-missie werd uitverkoren door NASA in de laatste ronde van het Discovery-programma, en behelst onder meer een sonde die in de bodem van Mars gaat boren.
Minder dure missies houden echter niet in dat de ontdekkingen minderwaardig zijn. Een eerder voorbeeld van ontdekkingsmissies is de Kepler-telescoop, die meer dan 2600 planeten heeft ontdekt rond andere sterren dan de zon.
Deze keer neemt Trident het op tegen de missies DAVINCI+ en VERITAS naar Venus en de IVO-missie naar de Jupitermaan Io.
NASA selecteert er niet meer dan twee, en met name de Venus-missies zijn erg populair nadat astronomen in september 2020 het biologische molecuul fosfine in de atmosfeer van Venus hadden gevonden.
Dr. Louise M. Prockter is de hoofdwetenschapper van de Trident-missie en hoopt maar dat de vele mysteries van Triton de aandacht van NASA trekken.
De Trident-sonde is genoemd naar de driehoekige vork van de Romeinse zeegod Neptunus, en de mogelijkheid van een zoute zee onder het ijs is een van de redenen waarom Triton zo interessant is.
Triton neemt het op tegen Venus en vulkaanmaan
DAVINCI+ zoekt levensmolecuul
De sonde DAVINCI+ zal door de atmosfeer van Venus afdalen en kunnen achterhalen hoe de planeet veranderde van een gematigd hemellichaam in een hete hel van 465 ºC. De instrumenten moeten het organische molecuul fosfine in de atmosfeer zoeken en antwoord geven op de vraag of Venus ooit oceanen aan de oppervlakte had.
IVO onderzoekt vuurspuwende maan
De maan Io van Jupiter is de vulkanisch meest actieve planeet in het zonnestelsel. Met de ruimtesonde IVO gaan astronomen bestuderen hoe magma op de maan ontstaat. Een van de theorieën is dat Io een oceaan van magma onder het oppervlak heeft, die constant materiaal aanlevert voor de krachtige vulkaanuitbarstingen.
VERITAS gluurt onder Venus’ wolken
Volgens plan vertrekt de VERITAS in 2026. Met een radarsysteem zal de sonde de bodem onder de dikke wolken van Venus in kaart brengen om te achterhalen of er ooit levensomstandigheden zijn geweest. De sonde bevat ook sensoren die het gravitatieveld van Venus kunnen meten om uit te wijzen wat de structuur van de planeet is.
‘Met de zeer beperkte kennis van Triton zijn er verschillende mysteries om op te lossen. Een daarvan is of er nu een oceaan onder de oppervlakte schuilgaat. Een ander mysterie is waarom de bodem zo jong is. En we willen ook weten waardoor er zuilen uit de bodem spuiten,’ vertelt Louise M. Prockter.
Vloeibaar water geeft leven
Op aarde is vloeibaar water bijna altijd een garantie voor biologisch leven, en diverse manen in het zonnestelsel, zoals Enceladus van Saturnus en Europa van Jupiter, kunnen volgens astronomen leven bevatten, omdat er vloeibare zoutwateroceanen onder het ijs zijn.
Eerdere ruimtemissies hebben het Dopplereffect tijdens het passeren van de manen gemeten en zo achterhaald hoeveel hun binnenste beweegt. In het binnenste van Europa blijken bijvoorbeeld zulke grote verschuivingen te zijn dat er wel een vloeistoflaag moet zijn.
Het lijkt misschien vreemd dat een koude maan miljarden kilometers van de zon vloeibaar water heeft. De verklaring moeten we zoeken bij de zwaartekracht van de planeet waar de maan om draait.
Jupiter en Neptunus creëren door hun enorme massa een sterk getijdeneffect in hun manen. De zwaartekracht trekt aan het binnenste van de manen, en de energie verwarmt het ijs diep onder het oppervlak tot een punt waarop het smelt en vloeibaar wordt.
De aanwezigheid van een zee kan ook verklaren waarom de bodem van Triton er zo jong uitziet. De bewegingen en energie van een zee hebben mogelijk de veranderingen in zijn ijsbodem veroorzaakt, waardoor de maan steeds is verjongd.
‘Ik weet niet hoe er anders genoeg energie kan ontstaan om de bodem van Triton de afgelopen 10 tot 50 miljoen jaar te vernieuwen zonder een enorme warmtebron onder het oppervlak,’ legt Prockter uit.
Manen als Enceladus en Europa vormden hun oceanen al toen ze ontstonden tijdens een proces dat differentiatie wordt genoemd, waarbij de manen laag voor laag werden opgebouwd. Maar weer onderscheidt Triton zich van de massa.
Neptunus haalde Triton aan boord
Triton is de enige grote maan in het zonnestelsel die tegen zijn planeet in draait. En niet alleen dat.
Terwijl de meeste manen in ongeveer hetzelfde vlak draaien als de evenaar van hun planeet, draait Triton met eenhoek van 23 graden ten opzichte van Neptunus.
Door die scheve baan denken astronomen dat Triton niet altijd bij Neptunus heeft gehoord. Misschien maakte de maan vroeger deel uit van de Kuipergordel, een band van planetoïden en kometen die zich voorbij Neptunus bevindt en onder meer de dwergplaneet Pluto bevat.
In de loop van de tijd kan Triton zijn ingevangen door de zwaartekracht van Neptunus en zijn huidige baan hebben gekregen. Tijdens dat proces is mogelijk de zee onder het ijs ontstaan.
‘De zee van Triton is waarschijnlijk gevormd tijdens de gebeurtenis die de maan in een baan rond Neptunus bracht. Bovendien zorgt de scheve baan ervoor dat de getijden Triton op een andere manier opwarmen dan bijvoorbeeld Europa en Enceladus,’ legt Prockter uit.
IJsexplosies kunnen geisers creëren
De Voyager 2 vond in 1989 op de zuidpool van Triton circa 8 kilometer hoge, donkere geisers van een onbekend, donker materiaal – misschien stof of steen – die uit de bodem spuiten. De geisers kunnen nog een teken zijn dat de maan water onder het ijs bevat.
Triton springt eruit door zwarte uitstoot en levendige atmosfeer
Mysterieuze geisers die mogelijk zijn ontstaan door exploderend ijs. Een gigantische oceaan. En een bodem die zichzelf blijft vernieuwen. Met die kenmerken is Triton het meest markante hemellichaam in het zonnestelsel.
1. Ionosfeer is de krachtigste in het zonnestelsel
Tritons ionosfeer – het deel van de atmosfeer dat bestaat uit geladen deeltjes van de zon – is tien keer zo actief als op enige andere maan in het zonnestelsel. Maar omdat Triton zo ver van onze ster verwijderd is, moeten onbekende mechanismen de ionosfeer onderhouden.
2. Bodem heeft de eeuwige jeugd
Triton is zo oud als de andere objecten in het zonnestelsel, 4,6 miljard jaar. Toch blijft de bodem van de maan zichzelf vernieuwen. Astronomen denken dat het oppervlak, dat nagenoeg vrij is van kraters, slechts 10 miljoen jaar oud is.
3. IJs kan een zee verbergen
Al wordt Triton door dikke ijskappen bedekt, de gravitatiewerking van Neptunus geeft de maan zo veel energie dat het ijs diep van binnen kan zijn gesmolten tot een zee. Als de kern van de maan geologisch actief is, kan aan de voorwaarden voor leven worden voldaan.
4. Donkere geisers spuiten de bodem uit
Triton dankt zijn geisers ofwel aan de druk van een oceaan die materiaal door scheuren in het ijs naar buiten spuit, ofwel aan de opwarming van het donkere materiaal onder het ijs door het weinige zonlicht, waardoor de druk toeneemt en er explosies plaatsvinden.
Deze vorm van ijsvulkanisme is bekend van onder meer de maan Europa van Jupiter, waar 200 kilometer hoge watergeisers door scheuren in de bodem wegschieten en in de ruimte onmiddellijk bevriezen.
Door de sterke getijdenwerking van Jupiter breken de vloeibare watermassa’s door het ijs van Europa heen. Iets soortgelijks kan zich binnen in Triton voordoen, maar astronomen vermoeden ook dat de zon een rol speelt.
Neptunus en Triton bevinden zich gemiddeld 4,5 miljard kilometer van de zon vandaan. Dat is 30 keer zo ver als de afstand van de aarde tot de zon. Maar al geeft de zon daar nog zo weinig warmte, haar energie kan toch een rol spelen bij het ontstaan van de mysterieuze zuilen.
De geisers van Europa komen tot 200 kilometer hoog en bevriezen zodra ze de ijskoude ruimte in spuiten.
‘Het kan voldoende zijn om de donkere laag onder het stikstofijs te verwarmen. Wanneer dit warmer wordt, zet het iets uit en ontstaat er een overdruk en een daaropvolgende explosie door het ijs heen, die de ijle atmosfeer in gaat,’ aldus Prockter.
Laatste kans in 100 jaar
Volgens plan zal Trident in oktober 2025 vertrekken, of anders in 2026. De tijd wordt zorgvuldig afgestemd op de baan van Jupiter.
Op die momenten bevinden de aarde en Jupiter zich in een zodanige positie ten opzichte van elkaar dat de enorme massa van Jupiter – 318 keer zo veel als de massa van de aarde – gebruikt kan worden om de Trident in de baan te slingeren die hem naar Neptunus brengt.
De techniek heet zwaartekrachtassistentie, omdat ze de zwaartekracht van een planeet gebruikt om een sonde verder het zonnestelsel in te sturen met een minimaal verbruik van raketbrandstof.
🎬 Jupiter slingert Trident-sonde verder de ruimte in
Dat gaat niet in een rechte lijn. De Trident-sonde moet snelheid opbouwen voor haar reis tot ver in het zonnestelsel, en de aarde, Venus en Jupiter moeten haar een zetje geven.
Als de Trident volgens plan in 2038 op Triton aankomt en in 13 dagen de maan moet fotograferen en onderzoeken, is het de laatste kans in een lange tijd.
Begin jaren 2040 bereiken Neptunus en Triton een punt in hun 165-jarige baan rond de zon waarop de zonnestralen, als gevolg van de scheve rotatie van de maan rond Neptunus, de volgende 100 jaar te noordelijk vallen om de donkere geisers te verlichten op de zuidpool, die astronomen nader willen verkennen.
Dus niet alleen moeten Louise M. Prockter en haar team van de Trident-missie drie concurrenten verslaan in de strijd om de gunst van NASA, ze staan ook onder een enorme tijdsdruk om op tijd het buitenbeentje van het zonnestelsel te bereiken.