Ondanks het protest van vele schoolkinderen, telt het nieuwe zonnestelsel nu 4 Aardachtige planeten (Mercurius, Venus, Aarde en Mars) en 4 gasreuzen (Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus). De Astronomische Eenheid (AE), de gemiddelde afstand tussen de Zon en de Aarde (150 miljoen kilometer), blijft de meetlat binnen ons zonnestelsel. Ter vergelijking, één lichtjaar is een afstand gelijk aan 63240 AE, en de dichtst bijzijnde ster, Proxima Centauri (sterrenbeeld Centaur) staat op 265 600 AE.

Tegelijkertijd met het debat over de samenstelling van het zonnestelsel, werd de discussie gehouden over de ligging van de “frostline” in het zonnestelsel. Er werd aangenomen dat deze ijslijn (150 Kelvin) tussen 2,7 AE en 4 AE zou liggen, in de asteroïdengordel tussen de planeet Mars (1,5 AE) en de planeet Jupiter (5AE). De ijslijn is belangrijk tijdens het accretie proces voor het samenklonteren van materie tot proto-planeten. Binnen de ijslijn kunnen normaliter geen gas-planeten ontstaan, waardoor de hypothese wordt bevestigd dat “hete Jupiter” exo-planeten (planeten rond andere sterren) dichtbij hun moederster wellicht verder af ontstonden en naar binnen migreerden. Deze EGP migratie (Extrasolar Giant Planets) werd voor ons zonnestelsel getoetst in het “Nice Model” van de astronomen Allessandro Morbidelli en Hal Levison, waarbij Jupiter naar de Zon migreert en de buitenplaneten verder af dwalen. Ondanks de ligging van de “frostline” blijkt ijs zowat overal in het zonnestelsel te vinden, van de kleinste planeet Mercurius dichtbij de Zon, tot kometen aan de uiterste donkere rand. De planeet Mercurius (0,3 AE) heeft een gemiddelde oppervlakte temperatuur van 750 K (477° Celsius), maar toch vonden astronomen ijs op deze kleine wereld. Radarecho’s, verstuurd en opgevangen door de 305 m Arecibo radio telescoop op Puerto Rico, vanuit diverse kraters vertonen dezelfde reflectie karakteristieken zoals de ijskappen op Mars en de ijsmaantjes van Jupiter. De grootste hoeveelheid ijs werd gelocaliseerd nabij de zuidpool van Mercurius, in de schaduw van de 170 km brede Chao Meng-Fu krater. Astronomen zijn verbaasd hoe ijs blijft bestaan op Mercurius want de planeet heeft geen atmosfeer zodat het ijs direct is bloot gesteld aan het vacuüm van de ruimte en dus kan sublimeren. De as van Mercurius heeft echter geen tilt, waardoor het binnenste van craters aan de polen uit het zonlicht blijft. Sinds maart 2011 draait het onbemande MESSENGER ruimtetuig (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) rond de planeet en de hoge resolutie beelden zullen de astronomische gemeenschap meer details over deze kraters geven.

Onder de ijskorst van Jupiter’s maan Europa bevindt zich een oceaan waarin de waarschijnlijkheid
op microscopisch leven groter is dan op de rode planeet Mars - Foto: NASA-JPL

De planeet Venus (0,7 AE) is de zusterplaneet van onze Aarde en tevens de heetste planeet van het zonnestelsel. De dikke atmosfeer met Koolstof-dioxide wolken zorgt voor een constant broeikas effect waardoor de oppervlakte temperatuur oploopt tot 730 K (457° Celsius). Venus is dan ook de enige planeet waarop geen ijs voorkomt! Onze Aarde (1,0 AE) is de derde planeet vanaf de Zon en de vijfde grootste planeet van het zonnestelsel. De Aardas heeft een tilt van 23,5 graden, waardoor de seizoenen ontstaan tijdens haar baan rond de Zon. Tijdens de winter op het Noordelijke halfrond staat de Aarde het dichtst bij de Zon en ligt de Noordpool volledig in het donker. Gedurende het gehele jaar, blijft op beide polen constant ijs aanwezig en voor de gehele planeet geldt dat de temperatuur per kilometer hoogte, ongeveer 6° Celsius afneemt. Algemeen wordt aangenomen dat water en ijs op Aarde werden aangeleverd door kometen, asteroïden en meteorieten tijdens de “Late Heavy Bombardement” een periode, 4 miljard jaren gelden, waarbij het binnenste zonnestelsel blootstond aan een enorm aantal inslagen. De grote hoeveelheid kraters op onze natuurlijke satelliet, de Maan, bevestigen deze theorie. De Maan heeft slechts een kleine 1,5 graden tilt van haar rotatie as, waardoor kraters aan de polen uit het Zonlicht blijven. Wetenschappelijke data van de Lunar Prospector (1998) missie toont aan dat het 12 km diepe en 2500 km wijde Aitkin Basin op de zuidelijke Maanpool een enorme hoeveelheid waterijs bevat.

De planeet Mars (1,5 AE) is de op één na kleinste planeet en heeft een flinterdunne atmosfeer. Sinds de 17de eeuw zagen astronomen door hun telescopen duidelijk de poolkappen van de rode planeet. De Noordpool van de rode planeet bestaat voornamelijk uit waterijs, terwijl de kleinere Zuidpool een mengsel is van Koolstof-dioxide ijs en waterijs. Veertig jaren geleden draaide Mariner IX, de eerste ruimtesonde in een baan rond een andere planeet, rond Mars en zagen planetaire geologen dat waterijs en gletsjer een belangrijke rol speelden bij het vormen van het Martiaanse landschap. De rode planeet was echter te klein en de luchtdruk te miniem om het water op het oppervlak vast te houden. Toch vertoonden de beelden van de eerste Marslanders, Viking I en II (1976), en de recente Phoenix Lander (2007) missie duidelijk permafrost op en net onder de oppervlakte van de ijskoude droge Mars woestijnen. Momenteel treft ESA, het Europese ruimtevaart agentschap, voorbereidingen om met een lander van de ExoMars (Exobiology on Mars - 2018) missie boringen tot één meter diepte uit te voeren om uit te maken of de ondergrondse waterlaag tevens een habitat voor microscopisch leven kan zijn. Mars heeft twee maantjes, Phobos en Deimos, waarschijnlijk ingevangen asteroïden die een poreuze structuur hebben. Beide maantjes zijn bedekt met een regoliet laagje (los en verweerd fijn materiaal) en astronomen sluiten de aanwezigheid van ijs onder deze laag niet uit.

De asteroïdengordel (3,3 AE) bevindt zich tussen de banen van Mars en Jupiter. Dit overblijfsel van het primitieve zonnestelsel bestaat uit tienduizenden kleine asteroïden en planetoïden die door de gravitationele invloed van Jupiter niet samenklonterden tot een proto-planeet. Sinds de Pioneer 10 missie in 1972, vlogen reeds een tiental onbemande ruimtetuigen ongehavend doorheen deze regio, hetgeen erop wijst dat er voornamelijk lege ruimte is. De grootste asteroïde is 1 Ceres (ontdekt in 1801 – asteroïden worden genummerd in volgorde van ontdekking) met een diameter van 970 km en sinds 2006 als dwergplaneet beschouwd. Sinds 1991 passeerden onbemande ruimtetuigen nabij een zestal asteroïden (951 Gaspra, 243 Ida, 253 Mathilde, 433 Eros, 2867 Steins en 21 Lutetia) en in november 2005 slaagde de Japanse “Hayabusa” sonde erin om monsters te nemen vanop de oppervlakte van 25143 Itokawa. In juni 2010 keerde deze capsule terug op Aarde waaruit blijkt dat het om een S-type (Silicaat – steen) asteroïde gaat. Tussen juli 2011 en 2012 zal de Amerikaanse “Dawn” missie rond de asteroïde 4 Vesta draaien om zich vervolgens naar 1 Ceres te begeven tegen februari 2015. Spectroscopisch onderzoek van weerkaatst zonlicht op asteroïden toont alvast aan dat deze rotsklompen van het zonnestelsel waterijs bevatten!

Jupiter’s maan Europa ziet eruit als een gladde ijzige biljartbal zonder
noemenswaardige inslagkraters - Foto: NASA-JPL

Jupiter (5,0 AE), de grootste planeet van het zonnestelsel, heeft een zestigtal maantjes, waarvan de 4 Galileïsche manen; Io, Europa, Ganymedes en Callisto, de grootste zijn. Deze maantjes vormen bijna een zonnestelsel op zich en de maan Europa staat bekend als de meest mysterieuze ijswereld van het zonnestelsel. Met een diameter van 3140 km is Europa de zesde grootste maan, net iets kleiner dan de Aardse Maan (3475 km). Europa ziet eruit als een sneeuwwitte biljartbal met een bijzonder gladde oppervlakte zonder inslag kraters. Waarnemingen met de Hubble Space Telescope (HST) tonen een ijle atmosfeer van Zuurstof en opnames genomen door de Voyager I & II (1979) en Galileo (1995) ruimtesondes wijzen op barsten in de ijskorst en geologische activiteit in de vorm van tektoniek. Wetenschappelijke instrumenten vonden een magneetveld en een elektrisch geleidende laag onder het ijs, wellicht een 100 km diepe oceaan waarvan de roze kleur zou kunnen te wijten zijn aan bacteriën! De astronomische gemeenschap acht buitenaards microscopisch leven zeer waarschijnlijk op Europa en diverse ruimtevaart instellingen werken reeds aan een missie naar de ijsmaan Europa. Met een diameter van 5270 km is Ganymedes de grootste maan van het zonnestelsel, groter dan de planeet Mercurius. In 1995 localiseerden instrumenten aan boord van de Galileo sonde een ijslaag onder de rotsachtige mantel van silicaten. Op 5 augustus 2011, lanceerde het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA de “Juno” missie naar Jupiter (aankomst 2015) en voor 2022 hoopt NASA een Jupiter Europa Orbiter klaar te hebben.

De mooiste ijswereld rond de planeet Saturnus (10 AE) is ongetwijfeld de maan Enceladus, waarbij de Cassini-Huygens sonde in 2005 actieve geisers aan de zuidpool ontdekte. Deze geisers spuwen waterijs, methaan, stikstof en koolstofdioxide honderden kilometers ver in de ruimte en vullen aldus het materiaal aan in de E-ring van Saturnus. Uranus (20 AE) is de voorlaatste gasreus aan de rand van het zonnestelsel en heeft een dertigtal maantjes. De rotatie as van deze planeet staat 90 graden getilt (vermoedelijk veroorzaakt door de botsing met een andere planeet in het primitieve zonnestelsel) waardoor we vanop Aarde het ringstelsel en de maantjes goed kunnen waarnemen. Voyager II blijft het enige ruimtetuig dat voorbij de planeet vloog en in 1986 beelden doorstuurde van de maan Miranda waarop de temperatuur slechts 86 K (-187° C) bedraagt. Op deze onregelmatige maan bevindt zich de 5 km hoge Verona Rupes, de hoogste klif in het zonnestelsel.

In 2005 werden op Saturnus’s maan Enceladus geisers ontdekt die waterijs en methaan
honderden kilometers de ruimte inspuwen en aldus de ringen van de planeet
met nieuw materiaal aanvullen - Foto: NASA-JPL

De gasreus Neptunus (30 AE) is de achtste planeet en staat bekend om de actieve stormachtige weerpatronen in de atmosfeer. Neptunus heeft een twaalftal ijsmaantjes en in 1989 ontdekte Voyager II een ringstelsel van onvolledige ringen. In 2003 bemerkten astronomen dat deze ringen verder afnemen en gedoemd zijn te verdwijnen. Triton is de grootste maan en draait in een retrograde baan rond Neptunus, hetgeen doet vermoeden dat het om een ingevangen Kuiper Belt Object (KBO) gaat. De oppervlakte van Triton is voor 50% bedekt met bevroren Stikstof, 35% met waterijs en 15% bevroren Koolstof dioxide. Triton blijft de verst verwijderde wereld ooit bezocht door een ruimtetuig en de oppervlakte temperatuur bedraagt er 40 K (- 233 ° C). Voorbij de baan van dwergplaneet Pluto (40 AE) begint het rijk van de KBOs, kleine ijswerelden waarvan MakeMake, Haumea en Eris als dwergplaneten worden beschouwd. Sedna (518 AE) draait in 12000 jaren om de Zon en de ijswereld 2006 SQ372 (2000 AE) is de verst verwijderde KBO ooit waargenomen en draait in 22500 jaren rond onze ster. Astronomen kijken reeds uit naar juli 2015 en de passage van de NASA sonde New Horizons voorbij Pluto en z’n 4 maantjes om meer te weten te komen over deze mysterieuze ijswerelden.

Rondom het zonnestelsel, op een afstand van 10000 tot 100000 AE, bevindt zich de Opïk-Oort wolk, een reservoir van vuile rotsachtige sneeuwballen, waarvan er zo nu en dan eentje naar de Zon duikt als een komeet. Wanneer kometen de Zon naderen totop 10 AE vertonen ze een karakteristieke dubbele staart veroorzaakt door de Zonnewind, de constante stroom van geladen deeltjes die de Zon in alle richtingen uitstraalt. Vanaf de komeetkern ontstaat een plasmastaart en een stofstaart gevuld met fijn materiaal en waterdamp. Deze brokstukken van het buitenzonnestelsel brachten na de LHB periode water en waarschijnlijk de bouwstenen voor leven op onze Aarde. De mensheid heeft met onbemande ruimtetuigen de planeten slechts verkend voor een korte periode van 50 jaren en we hebben nog veel te leren over de unieke en fascinerende rol die ijs speelt in het zonnestelsel!