De maan bevindt zich midden in de atmosfeer van de aarde. Astronomen hebben namelijk ontdekt dat de wolk van waterstofdeeltjes rond onze planeet zich veel verder uitstrekt dan gedacht. Dat betekent dat de mens nog nooit buiten de aardatmosfeer is geweest.
Waar houdt de aarde op? Een moeilijke vraag, aangezien de atmosfeer geen scherpe grens heeft. Hoe verder je bij het aardoppervlak vandaan beweegt, hoe minder deeltjes je tegenkomt. Op een gegeven moment zijn er nog maar zo weinig deeltjes dat je best kunt stellen dat je in de ruimte bent.
Momenteel leggen wetenschappers die ruimtegrens op 100 kilometer hoogte, al is dat wel onderwerp van discussie. Onder deze ‘Kármánlijn’ heeft een object actieve voortstuwing nodig om een baan rond de aarde te behouden, erboven niet.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Maar boven de Kármánlijn zijn nog wel atmosferische deeltjes. De ruimte begint dus op 100 kilometer, maar de atmosfeer eindigt daar nog lang niet. Met andere woorden: de mens is talloze keren in de ruimte geweest, maar heeft die ook ooit de aardatmosfeer verlaten?
Vacuüm
De atmosfeer van de aarde bestaat uit vijf lagen. De buitenste twee zijn de thermosfeer, die van 85 tot 690 kilometer hoogte loopt, en de exosfeer, waarvan wetenschappers hebben bepaald dat die tot minstens 10.000 kilometer van de aarde doorgaat.
Dat blijkt nu een vrij conservatieve schatting. Een internationaal team van astronomen heeft ontdekt dat er zelfs op 630.000 kilometer van de aarde nog waterstofdeeltjes rondzweven. Dat is zo’n honderd keer de straal van de aarde en bijna twee keer de afstand tot de maan. Als je de grens van de exosfeer tot daar verschuift, bevindt de maan zich dus midden in de aardatmosfeer.
De atmosfeer is op die afstand trouwens niet al te dik. Op maanafstand is er ongeveer één waterstofatoom per vijf kubieke centimeter – een dichtheid die op aarde te boek zou staan als vacuüm. Aan de binnenkant van de exosfeer is de waterstofdichtheid een paar duizend keer zo hoog.
Apollo 16
De astronomen ontdekten de verre waterstofatomen via het licht dat ze uitzenden. Wanneer waterstofdeeltjes in de exosfeer zonlicht absorberen, stralen ze een bepaald type uv-licht uit – zogeheten Lyman-alfastraling. Deze straling vormt een (zwak) lichtgevende krans rond de aarde, de geocorona. Door het licht van de geocorona met telescopen te meten, kun je de grootte van de exosfeer blootleggen.
Er is alleen een probleem bij die methode. Lyman-alfastraling wordt geabsorbeerd door de deeltjes in de binnenste regionen van de aardatmosfeer. Daardoor kun je de geocorona vanaf aarde niet zien.
In 1972 brachten astronauten van de Apollo 16 de geocorona vanaf de maan in kaart. Hun instrumenten waren echter niet gevoelig genoeg om het zwakke licht van de minieme hoeveelheid waterstofatomen in de buitenste exosfeerdelen te meten. En dus hadden de maanlanders ook niet door dat ze zelf nog midden in de aardatmosfeer stonden.
Lagrangepunt
Voor het recente onderzoek gebruikten de astronomen oude gegevens van ruimtesonde SOHO. Deze sonde draait rond het Lagrangepunt L1: een punt tussen de zon en de aarde, zo’n 1,5 miljoen kilometer bij de aarde vandaan. Vanaf daar bestudeert SOHO de zon.
Behalve de zon heeft SOHO tussen 1996 en 1998 ook de aarde en zijn atmosfeer van buiten bestudeerd. De astronomen haalden deze gegevens uit het archief en bekeken wat de sonde zoal aan Lyman-alfastraling had gemeten. Met als gevolg de verrassende conclusie dat de geocorona en dus de exosfeer en dus de aardatmosfeer zich veel verder uitstrekken dan gedacht. Ze publiceerden de vondst in het Journal of Geophysical Research.
Waar ligt de grens?
Het lijkt er dus op dat we de grens van de aardatmosfeer een flink stuk moeten verplaatsen. Maar waarheen precies, hangt af van welke definitie je aanhoudt. Als elke plek met waterstofdeeltjes nog bij de exosfeer hoort, zou je de grens naar 630.000 kilometer moeten verschuiven en is de mens nog nooit buiten de aardatmosfeer geweest.
De exosfeer wordt echter ook weleens wat strenger gedefinieerd. Volgens die definitie moeten er niet alleen waterstofdeeltjes voorkomen, maar moeten die deeltjes bovendien sterker beïnvloed worden door de zwaartekracht van de aarde dan door de stralingsdruk van de zonnewind. De grens van dat gebied ligt ongeveer halverwege tussen de aarde en de maan. Als je die definitie aanhoudt, hebben de Apollo-astronauten onze atmosfeer dus wel verlaten.
Wolk van waterstofatomen
Onderzoeker Jean-Loup Bertaux maakt zich niet zo druk om de gevolgen van zijn ontdekking voor de grootte van de atmosfeer. Hij ziet vooral waarde in het inzicht dat planeten een veel grotere wolk van waterstofatomen kunnen hebben dan gedacht. ‘Dit is met name interessant als je gaat zoeken naar planeten buiten het zonnestelsel met mogelijke waterreservoirs’, zegt hij.
Daarnaast heeft de ontdekking volgens Bertaux gevolgen voor bepaalde sterrenkundige waarnemingen. ‘Ruimtetelescopen die de chemische samenstelling van sterren en sterrenstelsels in kaart brengen door uv-licht waar te nemen, moeten hier rekening mee houden’, zegt hij.