20-01-2009
Waar kunnen we ons zusje vinden?
Illustratie van een exo-aarde.
Sommige sterrenkundigen twijfelen er niet aan: buitenaards leven moet binnen afzienbare tijd kunnen worden aangetoond. 'Er bestaan absoluut exo-aardes.' Naar de sociologische gevolgen kunnen we slechts gissen.
Carsten Dominik windt er geen doekjes om. De ontdekking van buitenaards leven is het mooiste wat hij zich kan voorstellen. Dominik is bijzonder hoogleraar exoplaneten aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Hij is ervan overtuigd dat er binnen vijf à tien jaar een planeet bij een andere ster wordt gevonden die als twee druppels water op de aarde lijkt. Dan is het nog maar een relatief kleine stap om aan te tonen dat daar iets op leeft. ‘Het is een van de grote vragen die ik graag beantwoord zou zien,’ zegt Dominik. ‘Als ik die ontdekking nog mee mag maken, kan ik gelukkig sterven.’
Grote woorden, maar het gaat dan ook om een grote gebeurtenis. En Dominik is bepaald niet de enige die er zo tegenaan kijkt. ‘We hebben het doel duidelijk voor ogen; we zien het einde van de tunnel,’ zegt Stéphane Udry van de Universiteit van Genève. ‘Ik verwacht dat er binnen vijfentwintig à vijftig jaar buitenaards leven ontdekt kan worden. Hoe snel het zal gaan hangt voornamelijk af van de politiek, want er zijn nieuwe, dure instrumenten en ruimtetelescopen voor nodig.’ Naar de sociologische implicaties van zo’n ontdekking kan Udry slechts gissen, maar dat de maatschappij er op den duur door zal veranderen, lijdt volgens hem geen twijfel.
Eind negentiende eeuw, toen er driftig gespeculeerd werd over intelligente bewoners op Mars, waren veel wetenschappers er ook van overtuigd dat de ontdekking van buitenaards leven om de hoek lag. Maar Udry is niet bang voor een nieuwe deceptie. ‘Er is zo veel vooruitgang geboekt,’ zegt hij. ‘We weten nu dat alle elementen die nodig zijn voor het leven geproduceerd worden in het inwendige van sterren. En we hebben inmiddels bij honderden sterren planeten ontdekt. Stapsgewijs zijn we de ideeën over buitenaards leven nu aan het ondersteunen en bewijzen met behulp van harde feiten.’
Dat de aarde niet uniek is, staat vast. Udry’s collega’s Michel Mayor en Didier Queloz ontdekten in 1995 voor het eerst een planeet bij een andere ster die veel op de zon lijkt. Sindsien zijn er meer dan driehonderd van zulke exoplaneten gevonden. ‘Het onderzoeksgebied heeft echter heel veel verrassingen opgeleverd,’ zegt Dominik. Veel planetenstelsels hebben heel andere eigenschappen dan ons eigen zonnestelsel, dus er is nog steeds niet duidelijk hoe zeldzaam kleine, waterrijke planeten als de onze zijn. ‘Er bestaan absoluut exo-aardes. De vraag is alleen hoe talrijk die zijn en dus hoe dichtbij we ze kunnen aantreffen.’
Een tot de verbeelding sprekende gedachte: elders in het Melkwegstelsel wemelt het van de planeten met zeeën en oceanen, met gletsjers en vulkanen, met rivierdelta’s en zandduinen, met bergbeekjes en regenbogen. Tweelingzusjes van de aarde, waar ook ooit organische moleculen uit de kosmos op neerdwarrelden, en waar – net als op onze eigen planeet – in een ver verleden leven kan zijn ontstaan. Wat lange tijd tot het domein van de sciencefiction behoorde, komt nu binnen bereik van de wetenschap. Dominik: ‘De vraag naar het bestaan van buitenaards leven is de drijvende kracht voor iedereen die onderzoek doet aan exoplaneten.’
Kleine planeten zoals de aarde zijn tot nu toe nog steeds niet ontdekt. Grote, zware reuzenplaneten vallen veel meer op. Minstens zo groot als Jupiter, en in veel gevallen een stuk zwaarder. Ze verraden hun aanwezigheid doordat ze met hun zwaartekracht schommelingen veroorzaken in de positie van de ster waar ze omheen draaien. Of, wanneer we toevallig van opzij tegen hun baan aankijken, doordat ze elke omloop voor hun moederster langs bewegen. Tijdens zo’n planeetovergang lijkt de ster daardoor een paar uur lang iets zwakker dan normaal. Beide zoektechnieken zijn vooral gevoelig voor grote, zware planeten in heel kleine omloopbanen. Zulke ‘hete Jupiters’ (ze kunnen temperaturen hebben van meer dan duizend graden) zijn gevonden bij ruwweg één op de vijf zonachtige sterren.
In zo’n stelsel komen waarschijnlijk geen aarde-achtige planeten voor, legt Dominik uit. Zeker niet in de zogeheten ‘bewoonbare zone’ rond de ster, op een afstand waar het niet te heet en niet te koud is, zodat er vloeibaar water kan voorkomen – volgens de meeste astrobiologen een voorwaarde voor de vorming van leven. De reden is dat de hete Jupiters vermoedelijk op veel grotere afstand van de ster ontstonden, en later naar binnen spiraalden. Als er in de binnengebieden van zo’n planetenstelsel al tweelingzusjes van de aarde voorkwamen, zijn die door de zwaartekracht van de migrerende reuzenplaneet uit hun baan geslingerd.
In andere planetenstelsels staan de gevonden reuzenplaneten op grotere afstand, maar vaak bewegen ze dan in langgerekte banen. Ook dan is er weinig ruimte voor een exo-aarde in een stabiele omloopbaan in de bewoonbare zone. Geen wonder dus dat astronomen opgewonden raakten toen een paar weken geleden de eerste echte foto werd gepubliceerd van een ander planetenstelsel, bij de ster HR 8799, op 128 lichtjaar afstand van de zon. Dat bleek namelijk een stelsel te zijn met drie zware planeten in heel wijde banen – een groot uitgevallen kopie van ons eigen zonnestelsel. Alle ruimte dus voor een aarde-achtige planeet op kleinere afstand van de ster.
Maar wie op zoek is naar leven, hoeft zich bij die speurtocht natuurlijk niet te beperken tot aarde-achtige planeten bij zon-achtige sterren. Ook bij zwakke, rode dwergsterretjes (die enorm veel talrijker zijn dan sterren zoals de zon) kunnen planeten voorkomen. Bij zo’n koele dwergster ligt de bewoonbare zone op veel geringere afstand, en een kleine planeet in die zone is makkelijker te vinden: de lichtgewicht moederster wordt sneller aan het schommelen gebracht, en ook de kans op het waarnemen van planeetovergangen is groter. Udry en zijn collega’s ontdekten anderhalf jaar geleden inderdaad een soort ‘superaarde’ (ongeveer vijf keer zo zwaar als onze thuisplaneet) in de bewoonbare zone van de dwergster Gliese 581. Een wereld met een vast oppervlak, waar in principe vloeibaar water zou kunnen voorkomen.
Maar voor de Zwiterse planetenjagers is dat nog lang niet genoeg. Udry: ‘Zelfs als we een planeet vinden die even groot en zwaar is als de aarde, en in precies de goede baan beweegt, dan is nog steeds niet gezegd dat er iets leeft. En dat is de vraag waar het uiteindelijk echt om draait.’ Zelf is hij er ‘sinds zeer jonge leeftijd’ al van overtuigd dat er op tal van plaatsen in het heelal leven voorkomt. ‘Het is een soort geloof,’ geeft hij toe. ‘Ik kan me eenvoudigweg niet voorstellen dat wij zo uniek en speciaal zijn.’ Hij hoopt vurig de ontdekking zelf nog mee te maken. ‘Ik ben inmiddels 47, dus ik durf er niet meer echt op te rekenen, maar ik heb nog wel goede hoop.’
Overigens zien theoretici steeds meer mogelijkheden voor ‘levende planeten’, ook buiten de klassieke bewoonbare zone. Planeten die eigenlijk te ver van hun ster staan, kunnen toch warm gehouden worden door grootschalige vulkanische activiteit. Bevroren superaardes in de buitendelen van een planetenstelsel – grote ijswerelden waarvan er enorm veel in het heelal moeten voorkomen – hebben misschien een ondergrondse oceaan van vloeibaar water, op temperatuur gehouden door de inwendige warmte die nog resteert uit de ontstaansperiode. In zo’n oceaan zouden micro-organismen kunnen leven.Ook op de manen van sommige grote exoplaneten kan leven voorkomen.
Blijft de vraag hoe je de aanwezigheid van leven op een verre exoplaneet kunt aantonen. Het zou natuurlijk mooi zijn als we radioboodschappen opvangen van buitenaardse beschavingen, aldus Udry, maar die kans lijkt wel heel klein. Het ligt veel meer voor de hand dat leven – in welke vorm dan ook – zich verraadt door de samenstelling van de dampkring van de betreffende planeet. Als daar zuurstof, ozon en methaan in voorkomt, kan het eigenlijk niet anders of de planeet moet biologische activiteit vertonen – andere mogelijkheden zijn niet bekend. ‘Als we zoiets vinden, is er vast wel weer iemand die met een alternatieve verklaring komt,’ zegt Dominik, ‘maar voor mij zou er sprake zijn van een extreem sterke aanwijzing.’
De vondst van een tweede aarde zal waarschijnlijk nog een paar jaar op zich laten wachten, maar verrassingen zijn niet uitgesloten. ‘Tot nu toe wordt dit vakgebied gekenmerkt door de ene meevaller na de andere,’ aldus Dominik. Misschien wordt de eerste exo-aarde volgend jaar al ontdekt door de Amerikaanse kunstmaan Kepler, die voorjaar 2009 gelanceerd wordt. En anders door de extreem gevoelige spectrograaf Super-HARPS die Stéphane Udry en zijn collega’s ontwikkelen voor gebruik op de Europese Very Large Telescope in Chili. Maar om daadwerkelijk metingen te verrichten aan de dampkring van zo’n planeet, heb je een compleet nieuwe generatie van instrumenten nodig. Udry: ‘Dat lukt alleen met heel grote telescopen in de ruimte.’
Voor Carsten Dominik zou de ontdekking van buitenaards leven een fantastische belevenis zijn. ‘Toen ik jong was, las ik de boeken van de Duitse popularisator Hoimar von Ditfurth, zoals "Kinder des Weltalls",’ vertelt hij. ‘Daarin legde hij uit dat wij ons bestaan niet los kunnen zien van het heelal, maar dat wij een wezenlijk onderdeel vormen van de evolutie van de kosmos. Dat vind ik een mooie gedachte, die enorm versterkt zou worden als we elders in het heelal ook leven vinden. Dan weet je namelijk zeker dat het leven op aarde geen onwaarschijnlijk toevalsproduct is.’
(allesoversterrenkunde)