Respons van de Mars-ionosfeer tijdens de zonnestorm van mei 2024

Toen een verre zonnestorm de luchten van Mars deed trillen

In mei 2024 schilderde een kolossale storm op de Zon niet alleen zeldzame aurora’s aan de hemel van de Aarde, maar trof ook Mars. Deze studie toont hoe die uitbarsting van zonne-energie de elektrisch geladen bovenste atmosfeer — de ionosfeer — rond de Rode Planeet dramatisch hervormde. Door het voorval bijna in realtime met orbitale ruimtevaartuigen vast te leggen, namen wetenschappers de sterkste versterking ooit waargenomen in een van Mars’ belangrijkste ionosferische lagen op, en onthulden zo nieuwe details over hoe zonnestormen planeten zonder wereldwijde beschermende magnetische velden kunnen beïnvloeden.

Luisteren door Mars’ lucht

Om de reactie van Mars’ ionosfeer te volgen, gebruikten onderzoekers een techniek die mutual radio-occultatie heet, waarbij het ene ruimtevaartuig een constante radiosignaal door de atmosfeer van de planeet naar een ander ruimtevaartuig stuurt. Terwijl het signaal langs de rand van Mars schuurt, buigt en vertraagt het afhankelijk van hoeveel geladen deeltjes het passeert. Door deze kleine veranderingen nauwkeurig te meten, kunnen wetenschappers een verticale profielopname van de elektrondichtheid reconstrueren — in feite een sondediagram van de ionosfeer, van ongeveer 80 kilometer tot enkele honderden kilometers hoogte. Sinds 2020 voeren de missies Mars Express en ExoMars Trace Gas Orbiter dergelijke metingen ongeveer wekelijks uit en bouwen zo gestaag een basisbeeld van het gedrag van Mars’ ionosfeer over seizoenen en verschillende zonnestanden.

De superstorm arriveert

Begin mei 2024 ontketende de Zon een reeks intense erupties: krachtige vlammen, uitbarstingen van hoogenergetische deeltjes en een grote plasmabundel bekend als een coronale uitbarsting (CME). Deze gebeurtenissen veroorzaakten op Aarde de sterkste geomagnetische storm in decennia en verstoorden korte tijd later ook de ruimteomgeving bij Mars. Op 15 mei, slechts tien minuten nadat de straling van een X-klasse zonnevlam Mars had bereikt, voerden de twee Europese ruimtevaartuigen een geplande radio-occultatie uit boven de zuidelijke regio van Sisyphi Planum. Die gelukkige timing leverde een momentopname van Mars’ ionosfeer net toen de stralingspiek van de storm bereikt werd, waardoor het team dit ‘stormprofiel’ kon vergelijken met tientallen eerdere, rustigere waarnemingen onder vergelijkbare belichtingsomstandigheden.

Een recordbrekende toename in een verborgen laag

De meest opvallende verandering deed zich voor in de lagere van Mars’ twee belangrijkste ionosferische lagen, genoemd M1, gelegen rond 90–110 kilometer hoogte. Tijdens de storm zwol de piek-elektrondichtheid van deze laag aan tot ongeveer 2,8 keer de normale waarde — de grootste versterking ooit geregistreerd — en schoof daarbij ongeveer 6,5 kilometer omhoog. De bovenste M2-laag, rond 150 kilometer, nam slechts ongeveer 45 procent toe en schoof op vergelijkbare wijze omhoog. Zachte röntgenmetingen van NASA’s MAVEN-orbiter lieten zien dat de inkomende röntgenenergie met een factor drie toenam, veel minder dan oudere theorieën voorspelden als vereist om zo’n grote M1-respons te veroorzaken. Deze discrepantie suggereert dat vroegere modellen de efficiëntie hebben onderschat waarmee hoogenergetisch zonlicht “secundaire” ionisaties kan opwekken, waarbij energierijke elektronen ketens van extra botsingen en ionisaties in de dunne Martiaanse lucht veroorzaken.

Verwarming, hooggelegen rimpels en wat onveranderd bleef

Buiten de versterkte M1-laag liet de storm andere sporen achter. Zowel de M1- als M2-piek verschoof naar boven, wat wijst op verwarming en uitzetting van de neutrale atmosfeer daaronder — waarschijnlijk een vertraagd effect van de coronale uitbarsting en de bijbehorende deeltjesverstoring die Mars al meer dan een dag had geschud. Een kleinere maar duidelijke versterking verscheen rond 245 kilometer hoogte, die de auteurs mogelijk relateren aan instabiliteiten waar de zonnewind langs Mars’ bovenste atmosfeer strijkt, of aan ionenstromen die uitstromen langs vervormde magnetische veldlijnen. Tegelijkertijd bleven sommige kenmerken opvallend stabiel: het bovenste deel van de M2-laag werd niet sterk samengedrukt, de lagere neutrale atmosfeer onder ongeveer 100 kilometer toonde geen grote structurele veranderingen, en de algemene afstand tussen de M1- en M2-pieken veranderde nauwelijks.

Waarom dit belangrijk is voor toekomstige Marsmissies

Voor de algemeen geïnteresseerde lezer is de kernboodschap dat Mars’ bovenste atmosfeer veel gevoeliger is voor zonnestormen dan eerder werd gedacht, vooral in de lagere ionosferische laag. Een uitbarsting van zonne-röntgenstraling kan dit gebied snel versterken, niet alleen door directe ionisatie maar ook via ketens van secundaire botsingen, en kan de omliggende lucht verwarmen en opblazen. Het begrijpen van deze effecten is cruciaal voor de planning van toekomstige robot- en bemande missies: radiocommunicatie, navigatiesignalen en zelfs atmosferische weerstand op ruimtevaartuigen kunnen tijdens zulke stormen veranderen. Deze studie laat zien dat we met regelmatige, hoog-precisie monitoring dergelijke zeldzame gebeurtenissen kunnen vastleggen en onze modellen kunnen verfijnen van hoe de Zon de omgevingen van rotsachtige planeten vormt — Mars vandaag, en mogelijk andere werelden morgen.

Bronvermelding: Parrott, J., Sánchez-Cano, B., Svedhem, H. et al. Martian ionospheric response during the may 2024 solar superstorm. Nat Commun 17, 2017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69468-z

Trefwoorden: Mars-ionosfeer, zonnestorm, zonnevlam, ruimteweer, radio-occultatie