Instorting deel aardse dampkring stelt onderzoekers voor raadsel

Er is een bijzondere gebeurtenis gaande in de atmosfeer van onze planeet. Hoog boven het oppervlak van de aarde, waar de dampkring overloopt in de ruimte, is een ijle laag van gas genaamd de thermosfeer kortgeleden ingestort. Het verschijnsel had plaats tijdens het diepe zonneminimum van tussen 2008 en 2009 – een feit dat niet als een al te grote verrassing aankomt bij onderzoekers. Wanneer de zonneactiviteit laag is, koelt de thermosfeer namelijk af, hetgeen tot gevolg heeft dat deze laag van de atmosfeer inkrimpt. In dit geval was de omvang van de instorting echter twee tot drie keer zo groot dan lage zonneactiviteit zou kunnen verklaren.

De thermosfeer bevindt zich op negentig tot meer dan zeshonderd kilometer boven het aardoppervlak. Het is een gebied waar voornamelijk meteoren, aurora’s en satellieten voorkomen. Het is tevens de plek waar straling afkomstig van de zon voor het eerst contact maakt met onze planeet. De thermosfeer onderschept extreem ultraviolette straling van de grond voordat het de grond kan bereiken. Op het moment dat de zonneactiviteit hoog is, wordt de laag verwarmd door deze straling, waardoor de thermosfeer als een marshmallow boven een kampvuur op begint te zwellen. Het tegenovergestelde gebeurt wanneer de zonneactiviteit laag is.

In de afgelopen jaren is onze ster zelden actief geweest. In 2008 en 2009 belandde de zon in een ongekend diep minimum. Zonnevlekken waren schaars, zonnevlammen bestonden bijna niet en de hoeveelheid extreem ultraviolette straling die de aarde bereikte was zeer klein. Onderzoekers vestigden hun aandacht onmiddellijk op de thermosfeer om te zien wat voor invloed dit zou hebben op dit deel van de atmosfeer.

Bij het bepalen van wat er zich afspeelt in het bovenste deel van de dampkring maakt men gebruik van een speciale techniek. Omdat satellieten een aerodynamische wrijving voelen tijdens hun reis door de thermosfeer is het mogelijk om de omstandigheden in dit deel van de atmosfeer te bepalen met behulp van de ondervonden vertraging. Door deze vertraging bij vijfduizend verschillende satellieten tussen 1967 en 2010 in kaart te brengen, wist men de dichtheid, temperatuur en druk in de thermosfeer in de afgelopen decennia te bepalen. De gegevens lieten zien dat de thermosferische instorting niet alleen groter van was iedere vorige instorting, maar ook groter was dan de zonneactiviteit zou kunnen verklaren.

Een mogelijke verklaring is koolstofdioxide. Wanneer koolstiofdioxide in de thermosfeer belandt, wordt een groot deel van de warmte afgescheiden door infrarode straling en zorgt het gas dus voor een verkoeling. Het is algemeen bekend dat de hoeveelheid koolstofdioxide in de aardatmosfeer groter is geworden. Meer van dit gas in de thermosfeer zou de verkoelende werking van het zonneminimum versterkt kunnen worden.

De aanwezigheid van een grotere hoeveelheid koolstofdioxide in de dampkring lijkt de instorting van de thermosfeer echter ook niet volledig te kunnen verklaren. Een lage hoeveelheid extreem ultraviolette straling van de zon wordt voor ongeveer dertig procent van de instorting verantwoordelijk gehouden, terwijl dat percentage bij de extra koolstofdioxide slechts tien procent bedraagt. Dat betekent dat de resterende zestig procent door één of meerdere andere factoren veroorzaakt wordt. Welke? Daar hoopt men spoedig achter te komen.