Geldt de invloed van UV-straling op Neptunus ook voor onze Aarde?

De gasplaneet Neptunus

Neptunus is een gasplaneet, bestaande uit 85% waterstof, 12 % helium en 3% methaan en heeft een diameter van 49.532 km. De Zon heeft een diameter van 1,4 miljoen km en de Aarde heeft een diameter van 12.756 km. De afstand tot de Zon: Neptunus 4,5 miljard km-Aarde 0,150 miljard km.

De planeet draait eens in de 164,8 jaar om de Zon. Dat betekent dat een mens op Neptunus na zijn geboorte nooit zijn eerste verjaardag zal kunnen vieren. Een etmaal duurt 17 uur en 14 minuten.

In de atmosfeer van Neptunus komen grote wolkenformaties voor.  De samenstelling van die wolken variëren met de hoogte. Lage temperaturen zorgen er voor dat methaan condenseert in de bovenste lagen van de atmosfeer. Verder naar beneden komen vermoedelijk wolken van waterstofsulfide, ammoniumsulfide, ammonia en water voor. Neptunus heeft verder op grote hoogtes een vorm van mist. Deze smog-achtige wolken bestaan uit koolwaterstoffen vergelijkbaar met de smog boven grote steden op Aarde.

Neptunus heeft de sterkste wind van al onze planeten in het zonnestelsel, tot wel 2.100 km/h. De winden waaien van oost naar west, tegengesteld aan de rotatie van de planeet. De gemiddelde temperatuur op Neptunus ligt tussen -100 en – 200⁰C.

Neptunus heeft 14 manen, waarvan Triton de bekendste is. De planeet is in 1613 ontdekt door Galileo Galilei. Op 25 augustus 1989 vloog de Amerikaanse ruimtesonde Voyager 2 langs Neptunus waarna de foto’s er 246 minuten over deden om de Aarde te bereiken.

Invloed UV-straling op de wolkenvorming op Neptunus

De relatief hoge concentratie methaan in de lagere atmosfeer veroorzaakt de voor Neptunus karakteristieke blauwe kleur. Neptunus heeft trouwens 5 ringen en deze zijn ook blauw van kleur.

Neptunuswolkenformatie past bij de zonnecyclus

De eerste close-up-foto’s van Neptunus kwamen in 1989 van de ruimtesonde Voyager 2. De beelden toonden heldere witte wolken op de planeet. Eind 2019 zagen sterrenkundigen het bovenste deel van het witte wolkendek snel verdwijnen. In een paar maanden tijd nam de bewolking sterk af. “Het viel ons op dat Neptunus er in deze periode ongeveer hetzelfde uitzag als in 1989, toen Voyager 2 voorbijvloog”, zegt sterrenkundige Erandi Chavez van het Harvard–Smithsonian centrum voor astrofysica in de VS. Uit nader onderzoek bleek dat er sprake was van regelmaat in het ontstaan en verdwijnen van de Neptuniaanse wolken.

De bewolking op Neptunus lijkt niet bepaald te worden door de seizoenen van de planeet zelf. Elk seizoen op Neptunus duurt 40 jaar. Aan de hand van drie decennia aan waarnemingen laten astronomen overtuigend zien dat er een verband is met de elfjarige zonnecyclus.

Er is een verband gevonden tussen het wolkendek van Neptunus en de door de Zon uitgezonden UV-straling. Tijdens een elfjarige cyclus stijgt de zonneactiviteit. Dat komt uit een minimum, waarbij de Zon relatief rustig is en er weinig zonnevlekken en zonnevlammen te zien zijn. Het gaat naar een maximum, waarbij er veel zonneactiviteit is. Gedurende de onstuimige periode zendt de Zon sterkere UV-straling de ruimte in. Na zo’n maximum zagen de sterrenkundigen een sterke toename van het wolkendek van Neptunus.

Volgens de sterrenkundigen ontstaat er wel een vertraging van ongeveer twee jaar doordat het gaat om een fotochemisch proces in de atmosfeer van Neptunus en dat kost tijd. Volgens een recente analyse op basis van nieuwe waarnemingen en een atmosfeermodel is dat te wijten aan het gas methaan (mogelijk ook ethaan), dat vermoedelijk ontstaat bij de afbraak van koolwaterstoffen door UV-stralen van de Zon. daarna zaken deze moleculen dieper de atmosfeer van neptunus in. “Zodra het gas koud genoeg is, condenseren ze en vormen ze de wolken die we op onze foto’s zien”, zegt Chavez.

Hoe de UV-straling van de Zon het ontstaan van wolken beïnvloedt, is nog niet duidelijk. De Zon is dan wel het centrum in het zonnestelsel, maar tegelijk ook een van de grootste mysteries van dit zonnestelsel. Dat de elfjarige cyclus van de Zon invloed heeft op de wolkenvorming van Neptunus, is opmerkelijk, omdat de planeet zo ongelooflijk ver van de Zon af staat. Slechts 0,1 % van het zonlicht dat de Aarde bereikt, komt op Neptunus aan.

Onderzoek

Een nieuwe generatie ruimtesondes komt momenteel dichter bij de Zon dan ooit tevoren. Dat moet een schat aan informatie gaan opleveren over onze rebelse warmtebron. Het onbemande ruimtevaartuig Solar Orbiter heeft eind september 2023 op zijn al ruim twee jaar durende reis door het heelal het punt bereikt dat het dichtst bij de Zon is. Volgens het Europees ruimtevaartagentschap ESA is de sonde de Zon tot op ongeveer 48 miljoen kilometer genaderd. De ruimtesonde kreeg op 21 augustus 2023 een zwaartekrachtsslinger van Venus. Hierdoor raasde het ruimtevaartuig met een snelheid van 635.266 kilometer puur richting de Zon. Er zijn ook nog meer observaties van Neptunus nodig om te zien hoelang de huidige afwezigheid van wolken duurt.

Heeft UV-straling ook invloed op de aardse klimaatverandering?

De UV-straling van de Zon heeft te maken met de Zon. je zou verwachten dat dit dan zeker ook op de aardatmosfeer een gevolg zou hebben. Echter dat is toch wat kort door de bocht. De verschillen in de aardse atmosfeer en de atmosfeer van Neptunus zijn dermate groot dat de invloed van UV-straling zeker verschillend zullen zijn:

  • De aardse bewolking bestaat uit waterdamp en de bewolking op Neptunus bestaat hoofdzakelijk uit methaan.
  • Er is een enorm verschil in temperatuur tussen beide atmosferen. Bij de lagere temperaturen op Neptunus kan gasvormig methaan condenseren en dat is in de aardse atmosfeer niet mogelijk. Het is sowieso al ongelofelijk dat UV-straling bij temperaturen veel lager dan -100⁰C nog werkzaam is.
  • UV-straling vanuit de Zon naar de Aarde wordt door de ozonlaag voor een deel geabsorbeerd. De aardse atmosfeer bevat weinig koolwaterstoffen (smog), zodat er ook nauwelijks afbraakgassen ontstaan. Wel is er methaan aanwezig, maar de temperatuur is niet laag genoeg om condensatie te veroorzaken. De atmosfeer van Neptunus bevat geen ozonlaag, zodat alle UV-straling, hoe weinig ook, haar werk kan doen.
  • De temperatuur in de atmosfeer van de Aarde neemt af met de hoogte. Dit komt doordat de zonnestraling vooral de bodem verwarmt. De grond warmt vervolgens de lucht op, die hierdoor uitzet en lichter wordt en daarna opstijgt. De luchtdruk daalt echter met de hoogte, waardoor de opstijgende lucht verder uitzet. Uitzettende lucht koelt af, de temperatuur daalt hierdoor met gemiddeld 6,5ºC per kilometer stijging. Dit geldt tot ongeveer 13 kilometer hoogte, in het gebied waar het weer zich afspeelt. Daarboven loopt de temperatuur weer op. Boven de 13 km hoogte wordt de lucht namelijk niet meer door de grond verwarmd. Deze verwarming komt voornamelijk doordat de ozonlaag UV-straling van de Zon opvangt. Dit leidt juist tot een toename van de temperatuur met de hoogte.

De stratosfeer is een laag die zich op ongeveer 13 km hoogte tot ongeveer 50 km hoogte uitstrekt. Deze laag heeft ongeveer dezelfde luchtsamenstelling als de troposfeer maar de lucht is er ijler. Tevens komt hierin de zogenaamde ozonlaag (O3) voor. Deze laag is zeer belangrijk voor de UV-absorptie (bescherming tegen UV). Het gevolg is, dat door de fotochemische reacties er een temperatuurstijging optreedt in deze laag tot 10°C. Doordat deze stratosferische laag warmer is dan de onderliggende laag, die dus kouder is, wordt de uitstraling van warmte belemmerd. Immers warmte verplaatst zich van warm naar koud. De warmte kan pas ontsnappen als de onderliggende laag verder is opgewarmd. Dat betekent dus dat er warmte opgebouwd moet worden in deze laag en er dus warmte wordt vastgehouden totdat deze laag warmer is geworden dan de bovenliggende laag. Het is niet precies bekend hoe groot dit effect is op de opwarming van de Aarde. Neptunus kent dit verschijnsel niet.

Info over UV-straling

Elektromagnetische straling zorgt voor licht en warmte, maar bestaat ook uit een aantal onzichtbare stralen die schadelijk kunnen zijn, zoals UV-straling. De golflengte van ultraviolette straling ligt tussen 100 en 400 nm. [1 nanometer (nm) is een miljardste meter; 100 nm = 0,1 mu (μ)]. In verband met de effecten van ultraviolet licht op mens en milieu wordt onderscheid gemaakt tussen UVA, UV B en UV C.

  • UV A is UV-straling met een golflengte tussen ca. 315 en 400 nm. Dit vormt 98,7% van de UV-straling die het aardoppervlak bereikt. De ozonlaag heeft hierop weinig invloed. Deze vorm van UV-straling veroorzaakt huidveroudering en melanomen, de dodelijkste vorm van huidkanker.
  • UV B heeft een golflengte tussen 280 en 315 nm. Deze straling vormt 1,3% van de UV-straling die het aardoppervlak bereikt. De ozonlaag heeft hierop een grote invloed. UV B zet zuurstof om in ozon en herstelt zo langzaam de ozonlaag. Het veroorzaakt bruin worden en dus ook eventueel verbranden van de huid. Deze straling gaat niet door ‘gewoon’ glas maar wel door kwartsglas. Het veroorzaakt andere vormen van huidkanker.
  • UV C heeft een golflengte tussen 100 en 280 nm. Deze dodelijke UV-straling wordt volledig door de atmosfeer tegengehouden, dus er gaat 0% naar het aardoppervlak.

De hoeveelheid UV-straling is in West-Europa is in de afgelopen decennia bij een heldere hemel niet toegenomen. De beschermende werking is door een mindere bewolking (en luchtvervuiling) afgenomen en door deze verminderde bewolking is de UV-straling op Aarde toegenomen.

Het effect van uv-instraling op Aarde en Neptunus is dus totaal verschillend en is niet met elkaar te vergelijken.

Gat in de ozonlaag

Het gat in de ozonlaag was lange tijd voor veel mensen het bekendste en urgentste milieuprobleem.  De laag, die op grote hoogte in de atmosfeer ligt, beschermt de Aarde en het leven op de planeet tegen de schadelijke
UV-straling van de Zon. Zonder ozonlaag zou er geen leven mogelijk zijn op Aarde.

In de jaren ‘70 en ‘80 stelden wetenschappers vast dat chemicaliën, zoals chloorfluorkoolwaterstoffen (beter bekend onder de afkorting cfk’s), de ozonlaag ernstig aantastten. De onderzoekers kwamen tot de onrustbarende conclusie dat de beschermlaag rond 2050 vrijwel verdwenen zou zijn als er geen beleid zou komen om de ozonlaag te sparen.

Dat beleid kwam er in 1987, toen landen samen het Montreal Protocol ondertekenden. Daarin sprak een groot aantal landen in VN-verband af om de productie en het gebruik van cfk’s in de ban te doen. Die werden tot die tijd o.a. gebruikt in koelkasten, spuitbussen en airco’s. Het beleid was succesvol: in 1989 trad het protocol in werking en tegenwoordig wordt 99 % van deze chemicaliën niet meer gebruikt. Cfk’s zijn zeer sterke broeikasgassen, zodat emissievermindering ook het voordeel heeft van minder opwarming.

In 2023 blijkt echter dat het gat in de ozonlaag boven de Zuidpool nog nooit zo groot geweest als nu. Met een omvang van 26 miljoen vierkante kilometer is het bijna drie keer zo groot als Brazilië, zegt de Europese ruimtevaartorganisatie ESA op woensdag 4 oktober 2023. Sommige onderzoekers denken dat het komt door de uitbarsting van een onderzeese vulkaan in Tonga begin vorig jaar. Daardoor kwam veel waterdamp in de lucht. Dit kan ervoor hebben gezorgd dat er meer ozon is afgebroken dan normaal. Het grote ozongat is gemeten met het Nederlandse ruimte-instrument Tropomi. Het ozongat boven de Zuidpool heeft niet alleen invloed ter plaatse, maar leidt zelfs tot meer regen in de subtropen! Ook bestaat er gevaar voor onze gezondheid: “Te weinig ozon kan ervoor zorgen dat grote gebieden meer risico hebben op kanker en mislukte oogsten”.

Ap Cloosterman

Literatuurbronnen

https://nl.wikipedia.org/wiki/Neptunus_(planeet)

https://www.newscientist.nl/nieuws/zon-laat-wolken-op-neptunus-verdwijnen-en-verschijnen/

https://scientias.nl/wetenschappers-zijn-verrast-de-wolken-op-neptunus-waren-plots-verdwenen-en-dat-komt-door-de-zon/

https://www.clo.nl/indicatoren/nl0220-uv-straling-in-nederland

https://scientias.nl/parker-solar-probe-kust-de-zon-niet-eerder-is-een-ruimtesonde-zo-dicht-bij-de-zon-geweest/

https://nos.nl/artikel/2459273-ozonlaag-naar-verwachting-binnen-enkele-decennia-hersteld-vn-roemt-aanpak

https://www.nu.nl/klimaat/6283896/gat-in-ozonlaag-is-bijna-drie-keer-zo-groot-als-brazilie.html