NASA's Galileo-ruimtevaartuigafbeelding van Jupiters maan Io, de op twee na grootste maan van de planeet. Krediet: NASA/JPL/Universiteit van Arizona
Onderzoek van Rutgers laat zien hoe duinen zich op verschillende hemeloppervlakken kunnen vormen.
Wetenschappers hebben lang nagedacht over hoe Jupiter's binnenste maan, Io, heeft meanderende bergkammen die net zo prachtig zijn als die in films als 'Dune' te zien zijn. Nu heeft een Rutgers-onderzoek een nieuwe verklaring gegeven voor hoe duinen zich kunnen vormen, zelfs op een oppervlak dat zo ijzig en kolkend is als dat van Io's.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications op 19 april 2022, is gebaseerd op een studie van de fysieke processen die de beweging van de korrel beheersen, in combinatie met een analyse van beelden van de 14-jarige missie van NASA's Galileo-ruimtevaartuig, waarmee de eerste gedetailleerde kaarten van de manen van Jupiter konden worden gemaakt. Het nieuwe onderzoek zal naar verwachting ons wetenschappelijke begrip van de geologische kenmerken op deze planeetachtige werelden uitbreiden.
"Onze studies wijzen op de mogelijkheid van Io als een nieuwe 'duinwereld'", zegt eerste auteur George McDonald, een postdoctoraal onderzoeker bij Rutgers' Earth and Planetary Sciences Department. "We hebben een mechanisme voorgesteld en kwantitatief getest waardoor zandkorrels kunnen bewegen, en op hun beurt zouden daar duinen kunnen ontstaan."
Potentiële duinen op Jupiters maan Io. Een analyse geeft aan dat het donkere materiaal (linksonder) recentelijk geplaatste lavastromen zijn, terwijl de herhaalde, lijnachtige kenmerken die het beeld domineren potentiële duinen zijn. De heldere, witte gebieden kunnen nieuw geplaatste korrels zijn terwijl de lavastromen aangrenzende rijp verdampen. Krediet: NASA/JPL-Caltech/Rutgers
De huidige wetenschappelijke inzichten dicteren dat duinen van nature heuvels of richels van zand zijn die door de wind zijn opgestapeld. En wetenschappers in eerdere studies van Io, terwijl ze beschreven dat het oppervlak enkele duinachtige kenmerken bevat, concludeerden dat de richels geen duinen konden zijn, omdat de krachten van de wind op Io zwak zijn vanwege de atmosfeer met een lage dichtheid van de maan.
"Dit werk vertelt ons dat de omgevingen waarin duinen worden gevonden aanzienlijk gevarieerder zijn dan de klassieke, eindeloze woestijnlandschappen op delen van de aarde of op de fictieve planeet Arrakis in 'Dune'," zei McDonald.
De Galileo-missie, die duurde van 1989 – 2003, leverde zoveel wetenschappelijke primeurs op dat onderzoekers tot op de dag van vandaag nog steeds de verzamelde gegevens bestuderen. Een van de belangrijkste inzichten uit de gegevens was de hoge mate van vulkanische activiteit op Io - zozeer zelfs dat de vulkanen herhaaldelijk en snel de kleine wereld weer opduiken.
Het oppervlak van Io is een mix van zwarte gestolde lavastromen en zand, stromende "uitbundige" lavastromen en "sneeuw" van zwaveldioxide. De wetenschappers gebruikten wiskundige vergelijkingen om de krachten op een enkele korrel basalt of ijs te simuleren en het pad te berekenen. Wanneer lava onder het oppervlak van de maan in zwaveldioxide stroomt, is de ventilatie "dicht en snel genoeg om korrels op Io te verplaatsen en mogelijk de vorming van grootschalige functies zoals duinen mogelijk te maken", zei McDonald.
Toen de onderzoekers eenmaal een mechanisme hadden bedacht waarmee de duinen konden worden gevormd, keken ze naar foto's van het oppervlak van Io die door het Galileo-ruimtevaartuig waren gemaakt voor meer bewijs. De afstand tussen de toppen en de hoogte-breedteverhoudingen die ze waarnamen, kwamen overeen met trends voor duinen op aarde en andere planeten.
"Door op deze manier te werken, kunnen we echt begrijpen hoe de kosmos werkt", zegt Lujendra Ojha, een co-auteur en een assistent-professor bij de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen. "Uiteindelijk is dat in de planetaire wetenschap wat we proberen te doen."
Referentie: "Eolisch sedimenttransport op Io van lava-vorstinteracties" door George D. McDonald, Joshua Méndez Harper, Lujendra Ojha, Paul Corlies, Josef Dufek, Ryan C. Ewing en Laura Kerber, 19 april 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038 / s41467-022-29682-x
Het artikel omvatte ook auteurs van de Universiteit van Oregon, het Massachusetts Institute of Technology, de Texas A&M University en het Jet Propulsion Laboratory van het California Institute of Technology.
