Terwijl we naar huis reden van een volleybalwedstrijd met mijn tienerdochter, zagen we de volle maan. Ik dacht deze week terug aan de 50ste verjaardag van Apollo 11. Een mild gevoel van jaloezie overspoelde me ook (glimlach) terwijl ik aan fans dacht bij het Duran Duran-concert in de rakettuin van het Kennedy Space Center. Hoewel ik een van mijn favoriete bands vaak heb gezien, ben ik er zeker van dat het geweldig was om hun met ruimte getinte setlist te horen in die setting en ter ere van de Apollo-missie. Terwijl ik mezelf wakker schudde van een vluchtig jaloers moment, besloot ik iets over de maan te schrijven. Aangezien ik meteoroloog en hoogleraar atmosferische wetenschappen ben, was het niet meer dan normaal dat ik de vraag beantwoordde: “Heeft onze maan weer?”
Mooie volle maan met een blanco lucht bij 100x zoom zonder statief
Getty
Om die vraag te beantwoorden, moeten we een andere beantwoorden. Heeft onze maan zelfs een atmosfeer? Het is verleidelijk om “nee” te zeggen. Een beter antwoord is echter “soort”. Voordat we dieper graven, is het leerzaam om atmosfeer te definiëren en de atmosferische structuur van de aarde te beschrijven. De American Meteorological Society Glossary of Meteorology is een van mijn favoriete bronnen. Het definieert een atmosfeer als Een gasvormig omhulsel dat door zwaartekracht aan lichaam (bijv. een planeet, zijn satelliet of een ster). “De atmosfeer van de aarde is verdeeld in verschillende lagen. We leven in de troposfeer. De meesten van ons zullen de troposfeer nooit verlaten. Het strekt zich uit tot ongeveer 6-7 mijl (~ 10 km), maar die hoogte kan variëren naargelang de hoogte (lager in poolgebieden) en seizoen (lager in de winter). Ongeveer 75-80% van de massa van onze atmosfeer bevindt zich in de troposfeer en ook het meeste vocht .
Tussen 7 en 50 mijl boven de grond (gemiddeld) vinden we de stratosfeer. De tropopauze is het overgangsgebied tussen de troposfeer en de stratosfeer. De ozonlaag, die ons beschermt tegen schadelijk ultraviolet (UV ) straling van de zon, is in de stratos hier. Het is ook een laag die in temperatuur stijgt met de hoogte vanwege de UV-absorptie. We noemen dat een inversie. De mesosfeer is 30 tot 51 mijl boven het oppervlak. Deze laag kan volgens NOAA temperaturen tot -120 graden F hebben. Tussen 51 en 400 mijl is een vreemde laag genaamd de thermosfeer. De temperaturen variëren van -184 graden F tot enkele duizenden graden F. Zelfs bij die temperaturen zou het koud aanvoelen voor onze huid vanwege de ‘dunheid’ van de atmosfeer. De zeer hoge temperaturen zijn vanwege de hoge kinetische energie van de moleculen, maar het zou niet warm aanvoelen omdat er maar weinig moleculaire botsingen zijn. Deze laag is ook de thuisbasis van de auroras. Als je een astronaut bent, is dit ook de laag waarin je het gevoel van gewichtloosheid kunt gaan voelen. Voorbij de thermosfeer wordt de exosfeer gevonden. Volgens de satellietafdeling van NOAA is dit de locatie van veel satellieten die in een lage baan om de aarde draaien. De onderstaande afbeelding, geleverd door NOAA, geeft een overzicht van de lagen en enkele interessante dingen die erin gebeuren.
De lagen van de aardatmosfeer.
NOAA NESDIS
De aarde heeft weer omdat de troposfeer relatief dik is , bevat water en herbergt een complexe weergave van vloeiende en thermodynamische interacties. Dat brengt ons naar de maan. Volgens NASAs Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer-website:
recente studies bevestigen dat onze maan inderdaad een atmosfeer heeft die bestaat uit een aantal ongebruikelijke gassen, waaronder natrium en kalium, die niet voorkomen in de atmosfeer van de aarde, Mars of Venus. Het is een oneindig kleine hoeveelheid lucht in vergelijking met de atmosfeer van de aarde. Op zeeniveau op aarde ademen we een atmosfeer in waarin elke kubieke centimeter 10.000.000.000.000.000.000 moleculen bevat; ter vergelijking: de maanatmosfeer heeft minder dan 1.000.000 moleculen in hetzelfde volume. Dat klinkt nog steeds als veel, maar het is wat wij beschouwen als een heel goed vacuüm op aarde. In feite is de dichtheid van de atmosfeer aan het maanoppervlak vergelijkbaar met de dichtheid van de buitenste rand van de atmosfeer van de aarde waar het internationale ruimtestation in een baan om de aarde draait.
In de troposfeer van de aarde zijn voornamelijk stikstof en zuurstof, maar sporengassen zoals kooldioxide en waterdamp zijn buitengewoon belangrijk bij het reguleren van de temperatuur van onze planeet. Een NASA-missie genaamd Lunar Atmospheric Composition Experiment (LACE) ontdekte dat de maanatmosfeer ook sporen bevat van methaan, kooldioxide, helium, ammoniak en argon.
Temperaturen kunnen wild schommelen op de maan. Tim Sharp schreef in een Space.com-artikel:
Temperaturen op de maan zijn extreem, variërend van kokend heet tot ijskoud, afhankelijk van waar de zon schijnt .Er is geen atmosfeer van betekenis op de maan, dus het kan geen warmte vasthouden of het oppervlak isoleren … De maan draait om zijn as in ongeveer 27 dagen. De dag aan de ene kant van de maan duurt ongeveer 13 en een halve dag, gevolgd door 13 en een halve nacht van duisternis. Wanneer zonlicht het oppervlak van de maan raakt, kan de temperatuur 260 graden Fahrenheit (127 graden Celsius) bereiken. Als de zon ondergaat, kan de temperatuur dalen tot min 280 F (minus 173 C).
Er zijn ook geen seizoenen op de maan. We hebben seizoenen omdat de aarde om een as kantelt van ongeveer 23,5 graden. Vanwege de axiale kanteling terwijl de aarde in een baan om de zon draait, kunnen verschillende delen van ons planeet worden anders verwarmd. Om deze reden is het momenteel zomer op het noordelijk halfrond en winter op het zuidelijk halfrond. De maan staat vrijwel rechtop (slechts een helling van 1,54 graden) volgens Tim Sharp, dus er is vrijwel geen seizoensvariabiliteit.
Tijdsequentie van maanmerrie – lavavlakte – stroomt in tijdsintervallen van 0,5 miljard jaar, met rode … gebieden in elke tijdstap ter aanduiding van de meest recent uitbarstingen van lava. De timing van de uitbarstingen, samen met de hoeveelheid lava die was uitgebroken, hielpen wetenschappers vast te stellen dat de maan ooit een atmosfeer en dat de atmosfeer van de maan ongeveer 3,5 miljard jaar geleden het dikst was. (Bijschrift rechtstreeks geleverd door de NASA / MSFC-website)
NASA MSFC
Onze maan heeft duidelijk geen weer zoals we op aarde ervaren. Maar ontdekkingen van waterijs op de maan suggereren dat er een soort “waterkringloop” zou kunnen zijn. Ironisch genoeg hebben studies gesuggereerd dat de maan ooit een meer significante atmosfeer had. In een persbericht van NASA uit 2017 stond:
Onderzoek voltooid door NASA Marshall Space Flight Center, planetaire vulkanoloog Debra Needham in Huntsville, Alabama, en planetair wetenschapper David Kring bij de Lunar and Planetary Institute in Houston, Texas, suggereert dat miljarden jaren geleden de maan eigenlijk een atmosfeer had. De oude maanatmosfeer was dikker dan de atmosfeer van Mars vandaag en was waarschijnlijk in staat om rotsen te weerstaan en stormen te produceren. Misschien wel het belangrijkste is dat het een bron kan zijn voor een deel, zo niet al het water dat op de maan is gedetecteerd.
Dit was een langdradig antwoord op de vraag: “Heeft onze maan weer?” Ik hoop echter dat je iets hebt geleerd.