planetweb.nl - een actuele nieuwssite over sterrenkunde, de planeten en de ruimtevaart.

Met een ballon naar Venus

Door John den Haan op 03 september 2007 | Gearchiveerd in Venus |

Wetenschappers hopen meer over het Aardse klimaat te leren door Venus te bestuderen. Door middel van een ballon zouden zowel het oppervlak als de atmosfeer van de planeet bestudeerd kunnen worden. Met name de sterke winden en de bizarre chemie van de dikke atmosfeer van onze zusterplaneet zijn een groot raadsel. Een team van NASA's Jet Propulsion Laboratory heeft samen met andere ingenieurs een prototype Venus-ballon ontworpen en getest.

Venus is maar iets kleiner dan Aarde, heeft een vergelijkbare dichtheid, heeft een vergelijkbare chemische samenstelling en de zwaartekracht is er nagenoeg identiek. Het grote verschil zit hem echter in de atmosfeer: de Venusiaanse atmosfeer is maarliefst 90 tot 100 keer dikker dan de Aardse. Het gevolg hiervan is dat de temperaturen aan het oppervlak van Venus extreem hoog zijn. Door in de relatief koele lucht van Venus te zweven, kan een ballon deze extremen ontwijken. 

Een prototype van de Venus-ballon,
hier in een ruimte van het JPL.
Foto: NASA.

"Aan het oppervlak is het warm genoeg om lood te laten smelten. We kunnen dus geen lander inzetten om het oppervlak te bestuderen," zei Kevin Baines, hoofdonderzoeker van een voorgestelde missie naar Venus. "Zonder extreem dure koelingssystemen zou een lander binnen een paar uur koken. Een ballon kan in een relatief goedaardige omgeving blijven en daarvandaan het oppervlak bestuderen. Dit kan hij dagen, weken of misschien zelfs maanden achtereen doen."

De ronde ballon, ongeveer 5.5 meter in diameter, is voorzien van een aluminium coating. Dit om het zonlicht te weerkaatsen en zo te voorkomen dat de ballon oververhit raakt. Daaromheen vinden we nog een transparante laag teflon, wat de ballon bestand maakt tegen het alom aanwezige zwavelzuur. "De zon schijnt door het teflon, maar het licht wordt geweerkaatst door de alumniumlaag. Hierdoor is de baloon goed bestand tegen oververhitting," zei JPL's ballonspecialist Jeff Hall.

De tweede laag van de ballon is een laag mylar. Dit materiaal, dat je ook in heliumbalonnen in de Efteling terugvindt, voorkomt dat het heliumgas uit de ballon ontsnapt. Om te voorkomen dat de ballon knapt, vinden we daaronder nog een laag Vectran; een zeer sterke vezelsoort die ook toegepast wordt in ruimtepakken. De binnenste laag is een coating van polyurethaan, die ervoor zorgt dat alle segmenten van de ballon aan elkaar gelijmd blijven.

Het daadwerkelijke missievoorstel omvat twee ballonnen. Eén rond de evenaar en één rond de polen. De bedoeling is dat ze 56 kilometer boven het oppervlak van de planeet hun werk doen, waar de temperatuur rond de 25°C schommelt. Dankzij windsnelheden van meer dan 320 kilometer per uur kan een ballon in ongeveer vier dagen de planeet rondvliegen. Ingenieurs hebben geen controle over de daadwerkelijke vlucht van de ballonnen. Zodra de vlucht begint, zijn ze aan de wind van Venus overgeleverd. Ze zullen dankzij het bergachtige terrein een heftige rit meemaken. Dit terrein genereert zwaartekrachtsgolven, die de ballonnen gerust 800m op en neer brengen.

"Deze zwaartekrachtsgolven waren één van de grote verrassingen van de Vega ballonmissie, die meer dan 20 jaar geleden werd uitgevoerd door de Sovjet-Unie," zei Baines. "Enorme zwaartekrachtgolven zorgen voor grote verticale verplaatsingen op grote hoogtes. We willen graag 'surfen' op deze golven, om het effect ervan op de winden van Venus te onderzoeken." Wetenschappers denken dat de Venusballonnen ons meer kunne leren voer de klimaatverandering op Aarde. "Venus is een plaats waar het broeikaseffect uit de hand gelopen is," zei Hall. "Venus is ongeveer even groot als Aarde, maar het is er ongeveer 480 graden celcius. We willen graag weten waarom."

Instrumenten aan boord van de ballonnen kunnen de samenstelling van de atmosfeer meten. Deze verandert snel en is gevuld met niet-reagerende gassen als helium en argon, die het mogelijk maken de vorming van de planeet te reconstrueren. De edelgassen worden veel gebruikt (Argon-Argon datering, helium-3) in de geologie om iets te zeggen over de oorsprong van een materiaal. "Deze gassen zullen ons vertellen of de Aarde en Venus een tweeling waren. Resultaten van eerdere missies suggereren dat Venus en Aarde in het begin erg op elkaar leken," aldus Baines.

De atmosfeer van Venus is een zwaar,
verstikkend mengsel van zwavelzuur,
koolstofdioxide en edelgassen.

Diverse studies wijzen op een 'nat' verleden van Venus; volgens Baines was Venus in zijn eerste miljard jaren een soort 'Oase', waar het goed toeven was voor mogelijk leven. "Venus heeft nu een extreem klimaat. De planeet is veranderd van nat en levendig, naar droog en dood. Dit lijkt in de afgelopen drie miljard jaar gebeurd te zijn. We vragen ons af hoe deze globale ramp tot stand is gekomen." De huidige verklaring voor het gebrek aan water op Venus, is de complete afwezigheid van een magnetisch veld. Zonder magnetisch veld heeft de zonnewind vrij spel, waardoor de voor water benodigde waterstofatomen van de atmosfeer 'afgeslagen' worden. 

De ballonnen zouden elk rond de 40 kilogram aan apparatuur mee kunnen nemen. Naast noodzakelijkheden als een accu (9 kilogram) en communicatie-apparatuur, zal er tevens een serie wetenschappelijke instrumenten mee aan boord genomen worden:

• Een spectrometer (gaschromatograaf) waarmee de hoeveelheid en samenstelling van de gassen bepaald kan worden.
• Een sensor die zowel druk als temperatuur meet, om de verticale structuur van de atmosfeer in kaart te brengen.
• Een bliksemdetector, die de hoeveelheid en kracht van nabije blikseminslagen meet.
• Een microfoon om nabije geluiden, waaronder donder, te kunnen opnemen.

Radiotelescopen kunnen op Aarde ingezet worden om de beweging van de ballonnen door de atmosfeer in drie dimensies in kaart te brengen. "We zouden de snelheid van de ballonnen tot op centimters per seconde nauwkeurig kunnen bepalen," aldus Baines. De missie zou op twee manieren kunnen eindigen: of de accu raakt leeg, of de ballon raakt lek en zinkt in de heteluchtoven van Venus. Een ereste test van een prototype laat zien dat de ballon 12 dagen onafgebroken kan vliegen zonder te lekken. Dit is genoeg voor drie rondjes rond Venus.