Earth Science

Lesson Objectives

• Beschrijf de belangrijkste kenmerken van elk van de binnenplaneten.
• Vergelijk elk van de binnenplaneten met de aarde en met elkaar.

Woordenschat

• dag
• binnenplaneten
• aardse planeten
• jaar

Inleiding

Welke bewijzen hebben planetaire geologen om de geologie van de binnenplaneten te bepalen? Op aarde kunnen wetenschappers de chemie van monsters verzamelen en analyseren, radiometrische dateringen uitvoeren om de ouderdom te bepalen, en satellietbeelden bekijken om grootschalige kenmerken te zien. Rovers zijn op Mars geland en hebben enorme hoeveelheden informatie teruggestuurd, maar veel van wat verder over de binnenplaneten bekend is, komt van satellietbeelden.

De binnenplaneten

De binnenplaneten, of aardse planeten, zijn de vier planeten die het dichtst bij de zon staan: Mercurius, Venus, Aarde en Mars. Onderstaande figuur toont de relatieve grootte van deze vier binnenplaneten.

In tegenstelling tot de buitenplaneten, die veel satellieten hebben, hebben Mercurius en Venus geen manen, de Aarde heeft er een en Mars heeft er twee. Natuurlijk hebben de binnenplaneten kortere banen om de zon, en draaien ze allemaal langzamer. Geologisch gezien zijn de binnenplaneten allemaal gemaakt van afgekoeld stollingsgesteente met ijzeren kernen, en ze zijn allemaal geologisch actief geweest, in ieder geval vroeg in hun geschiedenis. Geen van de binnenplaneten heeft ringen.

Aarde

Hoewel de Aarde de derde planeet vanaf de Zon is, zal deze les hier beginnen. We weten veel meer over de Aarde, dus wat we weten kan worden gebruikt om te vergelijken met de andere planeten.

Aardoppervlak en leven

Zoals je in (bovenstaande figuur) kunt zien, heeft de aarde uitgestrekte oceanen van vloeibaar water, grote landmassa’s en een dynamische dampkring met wolken van waterdamp. De aarde heeft ook ijs dat de poolgebieden bedekt. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur op aarde is 14°C. Water is vloeibaar bij deze temperatuur, maar de planeet heeft ook water in zijn andere twee toestanden, vast en gas. De oceanen en de atmosfeer zorgen ervoor dat de temperatuur aan het aardoppervlak vrij constant blijft.

Tot nu toe is de aarde de enige planeet waarvan bekend is dat er leven is. De aanwezigheid van vloeibaar water, het vermogen van de atmosfeer om schadelijke straling te filteren, en vele andere kenmerken maken de planeet bij uitstek geschikt om leven te herbergen. Het leven en de aarde beïnvloeden elkaar nu; door de evolutie van planten kwam er bijvoorbeeld zuurstof in de atmosfeer in hoeveelheden die groot genoeg waren om dieren te laten evolueren. Hoewel er elders in het zonnestelsel geen leven is gevonden, kunnen andere planeten of satellieten primitieve levensvormen herbergen. Ook elders in het heelal kan leven worden gevonden.

Structuur en platentectoniek

Door de hitte die overbleef door de aanwas van de planeet, de compressie van de zwaartekracht en het radioactieve verval kon de Aarde smelten, waarschijnlijk meer dan eens. Toen zij vervolgens afkoelde, trok de zwaartekracht metaal naar het centrum om de kern te vormen. Zwaardere rotsen vormden de mantel en lichtere rotsen de korst.

De aardkorst is verdeeld in tektonische platen, die aan het oppervlak bewegen als gevolg van de convecterende mantel eronder. Beweging van de platen veroorzaakt andere geologische activiteit, zoals aardbevingen, vulkanen en de vorming van bergen. De plaats van deze verschijnselen houdt meestal verband met huidige of vroegere plaatgrenzen. De aarde is de enige planeet waarvan bekend is dat er sprake is van platentektoniek.

Aardbewegingen en satellieten

De aarde draait per definitie eenmaal per dag om zijn as. De aarde draait eenmaal per 365,24 dagen om de zon, wat wordt gedefinieerd als een jaar. De aarde heeft één grote maan, die eens in de 29,5 dagen rond de aarde draait, een periode die een maand wordt genoemd.

De maan van de aarde is de enige grote maan die rond een aardse planeet in het zonnestelsel draait. De maan is bedekt met kraters; zij heeft ook grote lavavlaktes. Het enorme aantal kraters wijst erop dat het oppervlak van de maan oeroud is. Er zijn aanwijzingen dat de Maan is ontstaan toen een groot object – misschien wel zo groot als de planeet Mars – in een ver verleden op de Aarde insloeg (onderstaande figuur).

Mercurius

De kleinste planeet, Mercurius, is de planeet die het dichtst bij de Zon staat. Omdat Mercurius zo dicht bij de zon staat, is hij vanaf de aarde moeilijk waar te nemen, zelfs met een telescoop. Toch heeft het Mariner 10 ruimtevaartuig, te zien in onderstaande figuur, Mercurius bezocht van 1974 tot 1975. Het MESSENGER-ruimtevaartuig bestudeert Mercurius sinds 2005 in detail. Het vaartuig bevindt zich momenteel in een baan rond de planeet, waar het gedetailleerde kaarten maakt. MESSENGER staat voor Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging.

Zoals onderstaande figuur laat zien, is het oppervlak van Mercurius bedekt met kraters, net als de maan van de aarde. Eeuwenoude inslagkraters betekenen dat Mercurius gedurende miljarden jaren geologisch niet veel is veranderd. Omdat er maar weinig atmosfeer is, slijten de structuren op de planeet niet door verwering en erosie.

Er zijn veel afbeeldingen, filmpjes en activiteiten op de MESSENGER-site te vinden: http://messenger.jhuapl.edu/index.php.

Kort jaar, lange dagen

Mercurius is genoemd naar de Romeinse boodschappergod, die zeer snel kon lopen, net zoals de planeet zeer snel beweegt in zijn baan rond de zon. Een jaar op Mercurius – de tijd die hij nodig heeft om rond de zon te draaien – is slechts 88 aardse dagen.

Ondanks de zeer korte jaren heeft Mercurius zeer lange dagen. Een dag wordt gedefinieerd als de tijd die een planeet nodig heeft om om zijn as te draaien. Mercurius draait langzaam om zijn as en draait precies drie keer voor elke twee keer dat hij om de zon draait. Daarom is elke dag op Mercurius 57 aardse dagen lang. Met andere woorden, een jaar op Mercurius is maar anderhalve Mercuriusdag lang!

Extreme temperaturen

Mercurius staat dicht bij de zon, dus het kan er erg heet worden. Maar Mercurius heeft vrijwel geen dampkring, geen water om het oppervlak te isoleren, en het roteert heel langzaam. Om deze redenen lopen de temperaturen op het oppervlak van Mercurius sterk uiteen. In direct zonlicht kan het oppervlak wel 427°C heet zijn. Aan de donkere kant, of in de schaduw in kraters, kan het oppervlak wel -183°C koud zijn! Hoewel het grootste deel van Mercurius extreem droog is, denken wetenschappers dat er een kleine hoeveelheid water in de vorm van ijs aan de polen van Mercurius kan zijn, in gebieden die nooit direct zonlicht ontvangen.

Een kern van vloeibaar metaal

De onderstaande figuur toont een diagram van het binnenste van Mercurius. Mercurius is een van de dichtste planeten. Zijn relatief grote, vloeibare kern, die voor het grootste deel uit gesmolten ijzer bestaat, neemt ongeveer 42% van het volume van de planeet in.

Venus

Venus is vernoemd naar de Romeinse godin van de liefde en is de enige planeet die naar een vrouw is vernoemd. De dikke wolken van Venus weerkaatsen het zonlicht goed, zodat Venus zeer helder is. Als ze zichtbaar is, is Venus het helderste object aan de hemel naast de zon en de maan. Omdat de baan van Venus binnen de baan van de Aarde ligt, lijkt Venus altijd dicht bij de Zon te staan. Als Venus opkomt net voordat de Zon opkomt, wordt het heldere object de morgenster genoemd. Als Venus net na de Zon ondergaat, is het de avondster.

Van de planeten lijkt Venus het meest op de Aarde wat grootte en dichtheid betreft. Venus is ook onze naaste buur. De structuur van het binnenste van de planeet lijkt op die van de Aarde, met een grote ijzeren kern en een silicaatmantel (onderstaande figuur). Maar de gelijkenis tussen de twee binnenplaneten houdt daar op.

Vind meer over Venus op de volgende link: http://www.nasa.gov/worldbook/venus_worldbook.html.

Beweging

Venus draait in een richting tegengesteld aan die van de andere planeten en tegengesteld aan de richting waarin hij om de Zon draait. Deze rotatie is extreem langzaam, slechts één omwenteling per 243 dagen. Dit is langer dan een jaar op Venus – Venus doet er slechts 224 dagen over om rond de Zon te draaien.

Extreme Atmosfeer

Venus is bedekt door een dikke laag wolken, zoals te zien is op foto’s van Venus genomen op ultraviolette golflengten (onderstaande figuur).

De wolken op Venus bestaan niet uit waterdamp zoals de wolken op Aarde. De wolken op Venus bestaan voornamelijk uit kooldioxide met een beetje zwaveldioxide – en ze bevatten ook het corrosieve zwavelzuur. Omdat koolstofdioxide een broeikasgas is, houdt de atmosfeer warmte van de Zon vast en creëert een krachtig broeikaseffect. Hoewel Venus verder van de Zon staat dan Mercurius, maakt het broeikaseffect van Venus de heetste planeet. De temperatuur aan het oppervlak kan oplopen tot 465°C. Dat is heet genoeg om lood te smelten.

De atmosfeer van Venus is zo dik dat de atmosferische druk aan het oppervlak van de planeet 90 keer hoger is dan de atmosferische druk aan het oppervlak van de Aarde. De dichte atmosfeer verhult het oppervlak van Venus volledig, zelfs voor ruimtetuigen die in een baan om de planeet draaien.

Venus’ oppervlak

Omdat ruimtetuigen niet door de dikke atmosfeer heen kunnen kijken, wordt radar gebruikt om het oppervlak van Venus in kaart te brengen. Veel kenmerken van het oppervlak lijken op die van de Aarde, maar zijn toch heel verschillend. Onderstaande figuur toont een topografische kaart van Venus die door de Magellan sonde werd gemaakt met behulp van radar.

Orbit ruimtevaartuigen hebben radar gebruikt om bergen, valleien en ravijnen zichtbaar te maken. Het grootste deel van het oppervlak heeft grote gebieden met vulkanen omgeven door lavavlaktes. Venus heeft veel meer vulkanen dan welke andere planeet ook in het zonnestelsel en sommige van die vulkanen zijn erg groot.

De meeste vulkanen zijn niet meer actief, maar wetenschappers hebben bewijzen gevonden dat er wel degelijk actief vulkanisme is (zie onderstaande figuur). Denk na over wat je weet over de geologie van de aarde en wat vulkanen voortbrengt. Wat suggereert de aanwezigheid van vulkanen over de geologie van Venus? Welk bewijs zou je zoeken om de oorzaken van vulkanisme op Venus te vinden?

Venus heeft ook heel weinig inslagkraters vergeleken met Mercurius en de Maan. Wat is de betekenis hiervan? De Aarde heeft ook minder inslagkraters dan Mercurius en de Maan. Is dit om dezelfde reden dat Venus minder inslagkraters heeft?

Het is moeilijk voor wetenschappers om de geologische geschiedenis van Venus te achterhalen. De omgeving is te ruw voor een rover om er heen te gaan. Voor studenten is het nog moeilijker om de geologische geschiedenis van een verre planeet te achterhalen op basis van de hier gegeven informatie. Toch kunnen we een paar dingen samenstellen.

Op Aarde ontstaat vulkanisme omdat het inwendige van de planeet heet is. Veel van de vulkanische activiteit wordt veroorzaakt door plaattektoniek. Maar op Venus zijn er geen aanwijzingen voor plaatgrenzen en vulkanische verschijnselen liggen niet op één lijn zoals bij plaatgrenzen.

Omdat de dichtheid van inslagkraters kan worden gebruikt om te bepalen hoe oud het oppervlak van een planeet is, betekent het kleine aantal inslagkraters dat het oppervlak van Venus jong is. Wetenschappers denken dat Venus regelmatig en over de hele planeet opduikt en dat er op veel plaatsen vulkanisme plaatsvindt. De oorzaak is de hitte die zich onder het oppervlak ophoopt en waaraan geen ontsnappen mogelijk is, totdat deze uiteindelijk de korst vernietigt en vulkanen doet ontstaan.

Mars

Mars is de vierde planeet vanaf de Zon, en de eerste planeet buiten de baan van de Aarde (onderstaande figuur). Mars is heel anders dan de aarde en lijkt toch meer op elkaar dan welke andere planeet ook. Mars is kleiner, kouder, droger, en lijkt geen leven te hebben, maar vulkanen komen op beide planeten voor en Mars heeft er veel.

Mars is gemakkelijk te observeren en daarom is Mars grondiger bestudeerd dan welke andere buitenaardse planeet dan ook. Ruimtesondes, zwervers en satellieten in een baan om de aarde hebben allemaal informatie opgeleverd voor planetaire geologen. Hoewel er nog nooit mensen op Mars zijn geweest, hebben zowel NASA als het Europees Ruimteagentschap zich tot doel gesteld om mensen tussen 2030 en 2040 naar Mars te sturen.

Vind alles wat je wilt weten over Mars op http://mars.jpl.nasa.gov/extreme/.

Een rode planeet

Vanaf de aarde gezien is Mars roodachtig van kleur. De oude Grieken en Romeinen noemden de planeet naar de god van de oorlog. Maar het oppervlak is niet rood van bloed, maar van grote hoeveelheden ijzeroxide in de bodem.

De atmosfeer van Mars is erg dun in vergelijking met die van de aarde en heeft een veel lagere atmosferische druk. Hoewel de atmosfeer voor het grootste deel uit kooldioxide bestaat, heeft de planeet slechts een zwak broeikaseffect, zodat de temperaturen slechts iets hoger zijn dan wanneer de planeet geen atmosfeer zou hebben.

Oppervlakte-eigenschappen

Mars heeft bergen, ravijnen en andere eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van de aarde. Sommige van deze oppervlaktekenmerken zijn verbazingwekkend voor hun omvang! Olympus Mons is een schildvulkaan, vergelijkbaar met de vulkanen op de Hawaiiaanse eilanden. Maar Olympus Mons is ook de grootste berg in het zonnestelsel (zie onderstaande figuur).

Mars heeft ook de grootste canyon in het zonnestelsel, Valles Marineris (onderstaande figuur).

Mars heeft meer inslagkraters dan de aarde, maar minder dan de maan. Een video waarin de geologische kenmerken op Mars en op Aarde worden vergeleken, is hier te zien: Mars tectonics video http://news.discovery.com/videos/space-3-questions-mars-tectonics.html

Is er water op Mars?

Water kan op Mars niet in vloeibare vorm blijven omdat de atmosferische druk te laag is. Er is echter wel veel water in de vorm van ijs en zelfs prominente ijskappen (onderstaande figuur). Wetenschappers denken ook dat er veel waterijs aanwezig is vlak onder het Marsoppervlak. Dit ijs kan smelten wanneer vulkanen uitbarsten, en water kan tijdelijk over het oppervlak stromen.

Wetenschappers denken dat er ooit water over het Martiaanse oppervlak heeft gestroomd, omdat er oppervlakte-kenmerken zijn die lijken op door water geërodeerde canyons (onderstaande figuur). De aanwezigheid van water op Mars, ook al is het nu bevroren als ijs, suggereert dat het mogelijk is geweest dat er in het verleden leven op Mars is geweest.

Twee Mars manen

Mars heeft twee zeer kleine manen die onregelmatige rotsachtige lichamen zijn (onderstaande figuur). Phobos en Deimos zijn genoemd naar figuren uit de Griekse mythologie – de twee zonen van Ares, die hun vader in de oorlog volgden. Ares staat gelijk aan de Romeinse god Mars.

KQED: Searching for Life on Mars

Het Mars Science Laboratory werd gelanceerd op 26 november 2011 en zal zoeken naar enig bewijs dat de Rode Planeet ooit in staat was om leven te ondersteunen. Curiosity is een rover ter grootte van een auto die de rode planeet afspeurt naar aanwijzingen; hij landde in augustus 2012. Meer informatie op:http://science.kqed.org/quest/video/searching-for-life-on-mars/.

Lesson Summary

• De vier binnenplaneten, of terrestrische planeten, hebben vaste, rotsachtige oppervlakken.
• De aarde, de derde planeet vanaf de zon, is de enige planeet met grote hoeveelheden vloeibaar water, en de enige planeet waarvan bekend is dat er leven op voorkomt. De aarde heeft een grote ronde maan.
• Mercurius is de kleinste planeet en staat het dichtst bij de zon. Met zijn uiterst ijle atmosfeer heeft Mercurius een groot temperatuurbereik. Net als de maan is hij bedekt met kraters.
• Venus is de tweede planeet vanaf de zon en de planeet die het dichtst bij de aarde staat, zowel in afstand als in grootte. Met zijn dikke, bijtende atmosfeer is de oppervlaktetemperatuur extreem hoog.
• Venus heeft bergachtige gebieden, maar ook vulkanen omgeven door vlakten van lava.
• Mars is de vierde planeet vanaf de Zon. Mars is roodachtig van kleur en heeft de grootste berg en de grootste canyon in het zonnestelsel. Het heeft twee kleine manen.
• Waterijs wordt gevonden in de poolijskappen en onder het oppervlak van Mars.

Besprekingsvragen

1. Noem de binnenplaneten van de zon naar buiten. Noem ze vervolgens van klein naar groot.

2. Waarom lopen de temperaturen op sommige planeten sterk uiteen? Waarom zijn sommige temperaturen veel minder variabel?

3. Waarom heeft Venus hogere temperaturen dan Mercurius?

4. Hoe worden kaarten van Venus gemaakt?

5. Noem twee belangrijke manieren waarop de Aarde verschilt van andere planeten.

6. Waarom is Mars rood?

7. Stel dat je een missie naar Mars plant. Noem twee plaatsen waar je op de planeet water zou kunnen krijgen. Waarom is dit belangrijk?

Verder lezen/aanvullende links

Bedenkpunten

• De eerste mensen zullen Mars misschien ergens in de komende decennia bereiken. Onder welke omstandigheden zullen ze daar zijn? Waarom denk je dat we naar Mars gaan en niet naar Mercurius of Venus?
• Waarom worden de vier binnenplaneten aardse planeten genoemd? Hoe zou een planeet eruit kunnen zien als het geen aardplaneet was?