Spiegeltje, spiegeltje
Een combinatie van 'lekker spelen met water en zand' én het 'oplossen van een moord', zo omschrijft aardwetenschapper dr. Wouter Marra (Geowetenschap, UU) zijn werk. Er zijn stromingspatronen van water op Mars te zien, terwijl je er geen rivieren, meertjes of zeeën vindt. Want door de lage luchtdruk gaat ijs er direct over in waterdamp. Marra wil dat raadsel van 'wel patronen maar geen water' oplossen: “Je wilt weten 'wie het heeft gedaan'. Welke processen zijn verantwoordelijk voor het ontstaan van het landschap op Mars?” Met satellieten kunnen we de rode planeet steeds beter observeren. Toch zijn onze interpretaties beperkt volgens Marra: “We hebben een bepaald idee van hoe de aarde werkt en blijven Mars vergelijken met wat we kennen.” Om dat te doorbreken is volgens hem een andere manier van denken nodig. “Modellen zijn essentieel om verder te kijken dan ons referentiekader van aardse processen.”
Verbreed je blik met een schaalexperiment
Om te testen of er misschien grondwater is op Mars, maakte Marra schaalmodellen. Een enorme zandbak van 36m2, met daarin een ingegraven pvc-buis met gaatjes, aangesloten op een kraan. Eigenlijk lijkt zijn zandvlakte in niets op de buitenaardse planeet: er ligt geen ijskap op, zoals op Mars het geval was, en ook de zwaartekracht en luchtdruk zijn niet te vergelijken. Maar om te experimenteren is het model uiterst effectief. Konden stromingspatronen misschien zijn ontstaan door omhoog gespoten grondwater? Marra voerde de druk op in zijn model en zag tot zijn verbazing dat onder hoge druk het zand eerst opbolt, waarna het scheurt en het water aan alle kanten eruit stroomt. “Met een computersimulatie als model had dat niet gekund, daarvoor moet je eerst het proces kennen.” Dankzij schaalmodellen zijn we niet beperkt tot het bestuderen van natuurlijke processen op aarde, maar kunnen we zelf experimenteren met situaties. Dat levert nieuwe inzichten op voor Mars én fundamentele inzichten in de werking van processen.
Computersimulaties
Het is leuk om te weten hoe water in een zandbak omhoog spuit, maar kan hetzelfde fenomeen ook plaatsvinden in de ruimte? Om daar achter te komen is een computermodel nodig. Nu je een idee hebt van het proces kun je gaan spelen met de randvoorwaarden: je kunt de zwaartekracht aanpassen, de luchtdruk veranderen en een ijskap toevoegen. Het proces dat Marra in de zandbak had gezien, bleek met genoeg druk ook mogelijk op Mars. Maar of stromingspatronen werkelijk op die manier zijn ontstaan, dat weten we niet helemaal zeker. “We moeten de discussie blijven aangaan en zoeken naar alternatieve hypothesen,” concludeert Marra. Water op Mars blijft de wetenschap bezighouden, want water betekent ook de mogelijkheid van buitenaards leven.
Inzichten combineren
Wie een wetenschappelijke vraag wil beantwoorden heeft volgens de klassieke benadering twee opties. De deductieve methode waarbij je uitgaat van een model en op basis daarvan voorspellingen doet, en de inductieve methode waarbij je begint bij de empirie en op basis daarvan generalisaties maakt. Filosoof Peirce voegde daar een derde optie aan toe: abductie; je vormt hypothesen op basis van analogiën met bekende relaties en processen. Hoewel het moeilijk is harde bewijzen te vinden met die laatste werkwijze — je weet immers niet of al je hypothesen kloppen — levert deze aanpak wel creatieve nieuwe ideeën en hypothesen op, die je vervolgens weer kan testen met een van de andere methoden.
Met een combinatie van modellen creëer je een zo volledig mogelijk beeld. Harde conclusies trekken over processen op Mars zo'n 3 tot 4 miljard jaar geleden blijft lastig. Een valkuil is volgens Marra dat je vooral de processen herkent waarnaar je op zoek bent. Een hydroloog zal het buitenaardse landschap met name verklaren aan de hand van waterstromen, terwijl een vulkanoloog vanuit zijn vakgebied hele andere processen benadrukt. Toen Marra aan collega's die zich bezig houden met schuivende aardplaten vertelde over zijn ontdekking van het opbollende zand, waren ze niet verbaasd. Een duidelijk pleidooi om over grenzen te kijken dus: probeer niet alles op Mars te verklaren met wat je weet van de aarde, combineer verschillende modellen en praat ook eens met onderzoekers buiten je vakgebied.
Kijk de lezing 'Hoe je Mars op aarde bestudeert' terug.
Volgende week spreekt Literatuurwetenschapper prof. Ann Rigney in de serie Spiegeltje, spiegeltje over de representatie van de geschiedenis. Hoe bepalen krantenberichten, spotprenten en dagboeken ons beeld van de geschiedenis?
