Gerard van de Schootbrugge & Espunt

Exoplaneten en hun mogelijke bewoners 2

Deel 2 van een serie artikelen over buitenaards leven.

Exoplaneten en hun mogelijke bewoners. Deel 2.

In het eerste deel van deze serie artikelen over de zoektocht naar leven in het heelal (zie hier) hebben we geproefd aan de universele fascinatie voor dit thema dat in essentie neerkomt op de vraag: zijn wij alleen of is er meer? Zijn wij bijzonder of zijn we een van de vele kosmische “beschavingen”? En als we ons wagen aan dit thema dan komen we altijd wel weer ergens “de Fermi Paradox” tegen. Ook daar hebben we eerder aandacht aan besteed (zie hier). In deze aflevering gaan we wat meer de diepte in. Wat weten we intussen over het ontstaan van sterren en planeten? En hoe proberen we onze inzicht te vergroten?

Kosmisch puin

We gaan de diepte in. De diepte van het heelal. De wereldruimte is vooral heel erg leeg. Maar niet helemaal. Er zijn sterren, planeten, manen en allerlei kleiner “spul”, van gas, van stofdeeltjes en van (ijzige) rotsblokken, die groot onheil kunnen aanrichten als ze de Aarde raken.

Ook Phobos heeft het niet glad kunnen houden. Het is een van de twee kleine maantjes van Mars. De diameter is circa 22 km. Phobos is mogelijk een door Mars ingevangen asteroïde. Een asteroïde is een planeetachtig object dat om de zon draait. Tussen Mars en Jupiter houden zich volgens de laatste schatting ruim een miljoen van deze hemellichamen op. De grootste hebben een diameter van ca. 500 km. Als dergelijke rotsblokken de Aarde treffen zijn de gevolgen catastrofaal. Ook het oppervlak van Phobos ziet er pokdalig uit door allerlei inslagen van ruimtepuin, veelal nog stammend uit de ontstaansfase van het zonnestelsel, cica 4,5 miljard jaar geleden.

Nu we de middelen hebben om de hemellichamen in ons zonnestelsel nauwkeurig te bekijken, zien we overal de sporen van inslagen. Vanaf het begin van ons zonnestelsel hebben we er mee te maken gehad. Op Aarde valt de “pokdaligheid” nog mee. Onze planeet is geologisch en biologisch opmerkelijk actief. Een van de gevolgen is dat de sporen van inslagen van ruimteprojectielen in de loop van de tijd grotendeels zijn uitgewist door allerlei vormen van erosie in combinatie met platentektoniek. Maar de talrijke inslagkraters op de Maan, Mercurius, Mars, en andere naburige hemellichamen maken pijnlijk duidelijk dat we ook op onze Aardse weg nog altijd nieuwe beren kunnen tegenkomen. Er bestaat tegenwoordig dan ook een bijzonder bewakingssysteem dat ons moet waarschuwen voor het gevaar van kosmische projectielen. Stenige asteroïden, restanten van de ontstaansfase van ons zonnestelsel, met een diameter van 4 meter vliegen gemiddeld eens per jaar de dampkring binnen. Gemiddeld elke vijf jaar gaat het om een asteroïde met een diameter van zeven meter. Ze hebben een energie vergelijkbaar met de atoombom op Hiroshima. Twee keer in een eeuw moeten we rekening houden met een echt fors object met een diameter van twintig meter. In 1908 kwam een nog groter gevaarte neer in Tunguska, een uithoek van Siberië. Er vielen geen slachtoffers omdat er niemand woonde maar in een gebied van enige duizenden vierkante kilometers lagen alle bomen op hun kant alsof reuzen mikado hadden gespeeld. In een bewoond gebied zou de ramp enorm zijn geweest.

Ons zonnestel bestaat naast zon, planeten en manen ook uit verschillende gordels / wolken van kleinere objecten, bestaande uit stenige materialen, metalen en / of ijs (van water of andere ijsvormers) die op verschillende afstanden rond de zon draaien. Het zijn veelal de restanten van een zich vormend planetenstelsel. Het is niet helemaal uitgesloten dat zich in de verst verwijderde gordels, de Kuipergordel die zich hoofdzakelijk buiten de banen van Uranus en Neptunus bevindt, en de Oortwolk (genoemd naar de beroemde Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort) nog planeten ophouden. De asteroïdegordel en de Kuipergordel hebben een schijfvorm in het vlak waarin ook de planeten ronddraaien. Voor de Oortwolk geldt dat maar gedeeltelijk. Het buitenste deel vormt een bolschil. De grenzen van de Oortwolk liggen halverwege tussen de zon en zijn directe buurster, Proxima Centauri, ca. 2 lichtjaar. Zowel de Kuipergordel als de Oortwolk zijn de plekken van waaruit soms, door baanstoringen, hemellichamen richting de de zon gaan bewegen. In de buurt van de zon zien we dan op een zeker moment een komeet aan de hemel staan. In 2003 werd, tot grote verrassing, Sedna ontdekt, een hemellichaam vergelijkbaar met de dwergplaneet Pluto maar dan nog veel verder weg. De oorsprong van Sedna is niet duidelijk. De omloopbaan is veel groter dan enige andere planeet, de omlooptijd wordt geschat op 11.500 jaar.

Meteorieten

Sinds kort (2015) is ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) operationeel. Een initiatief van NASA en gestationeerd op Hawaii. Het is een volautomatisch systeem van vier telescopen dat bedoeld is om een paar weken tot een paar dagen voordat ze de Aarde treffen te waarschuwen voor kleine “Near-Earth Objects”. Er wordt tegenwoordig ook ijverig nagedacht over middelen om een catastrofale treffer te voorkomen.

Veel van het ruimtepuin dat onze weg kruist heeft een geringe omvang en verbrandt als het met grote snelheid onze dampkring in duikt. Het resultaat is een vallende ster, een meteoor. Altijd weer een bijzondere ervaring als langs het nachtelijk hemelgewelf tussen de sterren door plotseling een lichtende streep wordt getrokken. Een ervaring die nog meer waarde krijgt als we beseffen dat dit heel goed een object geweest kan zijn dat nog stamt uit de tijd dat ons zonnestelsel ontstond, volgens de laatste inzichten 4,56 miljard jaar geleden. Het gaat vrijwel altijd om objecten die tot ons zonnestelsel behoren. Kometen, meteoren, asteroïden. Maar soms komt er iets van buiten het zonnestelsel binnenvliegen. Een interstellaire “zwerfsteen”.

Boodschappers van heel ver

Nu we over betere instrumenten beschikken, en er attent op zijn, worden er ook deze “bezoekers” van buiten ons zonnestelsel gezien. Interstellaire objecten die zich tussen de sterren verplaatsen. Waarschijnlijk afkomstig uit andere planetenstelsels. Precieze metingen aan hun baan en snelheid verraden hun exotische afkomst. De afgelopen jaren zijn er drie gedetecteerd. Het zijn zeer vluchtige passanten. Ze vliegen met grote snelheid door ons zonnestelsel en komen nooit meer terug. Tenzij ze toevallig de Aarde treffen. Dan vormen ze een gezocht onderzoeksvoorwerp.

Op 8 januari 2014 kwam uit de VS het bericht dat de meteoor IM1, een opvallende verschijning die zich als een vuurbal manifesteerde bij het binnenvliegen in de atmosfeer, een zodanige snelheid had dat hij het zonnestelsel weer had verlaten als hij niet toevallig recht op de Aarde af was gevlogen. Een interstellaire meteoor! De eerste keer dat we getuige waren van een interstellaire meteoriet.

Op 3 juli 2023 verscheen er een bericht van de astrofysicus Avi Loeb dat zijn expeditie was geslaagd. Op 2 km diepte had hij met zijn team in de Stille Oceaan, in de buurt van Papoea Nieuw-Guinea, de restanten van IM1 gevonden. Met een over de bodem slepende magnetische "mat". Het resultaat: een verzameling piepkleine kogeltjes, diameter minder dan een millimeter. Samenstelling: 84% ijzer, 8% silicium, 4% magnesium, 2% titanium, en sporen van andere elementen, waaronder uranium en lood. De laatste twee maakten een datering mogelijk. Sommige kogeltjes bleken een leeftijd te hebben vergelijkbaar met die van ons zonnestelsel, 4,56 miljard jaar, andere wezen op een nog veel hogere leeftijd.

Zoeken naar buitenaardse technologie

Avi Loeb leidt sinds kort het zogenoemde Galileo Project. Het richt zich op het definiëren en opsporen van ruimte-objecten die de inbreng van buitenaardse intelligentie verraden. Het idee van Avi Loeb is dat het opsporen van buitenaardse beschavingen waarmee een vorm van contact mogelijk is, zoals dat in het SETI-project (Search for Extra Terrestrial Intelligence) al sinds de jaren zeventig plaatsvindt met behulp van radiotelescopen, weinig kans van slagen heeft. Als intelligente beschavingen tot ontwikkeling komen, zullen ze mogelijk maar een korte periode signalen produceren die elders waarneembaar zijn. Sterker nog, de vraag is hoe lang dergelijke beschavingen gemiddeld zullen bestaan (hoe lang zullen wij het volhouden?). Groter is de kans dat als ze ooit, gedurende een bepaalde periode hebben bestaan, 100.000 jaar geleden, 100 miljoen jaar geleden, wie zal het zeggen, ze misschien sporen hebben achtergelaten, bijvoorbeeld in de vorm van technische artefacten. Zoals nu onze eerste ruimteverkenners, de Voyagers 1 en 2 uit de jaren zeventig, het ruime sop hebben gekozen, de omgeving van ons zonnestelsel hebben verlaten. Deze Aardse ruimtescheepjes kunnen in theorie miljoenen jaren ongehinderd hun ruimtereis voortzetten om misschien ooit een keer te worden opgemerkt door een buitenaardse intelligentie, die nu misschien nog niet eens bestaat. Het is duidelijk dat je met deze aanpak in theorie de kans op “succes” aanzienlijk vergroot. Succes betekent hier dat je restanten aantreft van een beschaving die misschien nog bestaat maar in ieder geval ooit heeft bestaan.

Oumuamua
Avi Loeb kwam een paar jaar geleden op dit idee toen op 19 oktober 2017 een andere interstellaire bezoeker ineens in ons zonnestelsel opdook: de exokomeet Oumuamua. Een object met opmerkelijke kenmerken, qua vorm en beweging. Avi vroeg zich serieus af of dit misschien een ruimteverkenner uit een ander planetenstelsel zou kunnen zijn. Uiteindelijk werd duidelijk dat die kans extreem klein was. Maar toch. Avi stond op scherp.

Pluto in de hoofdrol

Even een kleine zijsprong naar een SF-verhaal dat me is bijgebleven. Het gaat globaal als volgt. De mensheid staat op het punt van uitsterven. Er zijn nog een paar mensen over. De laatsten van een groep nomaden, jagers / verzamelaars. De leefomstandigheden worden voortdurend slechter. De groep slinkt, het einde nadert. Ze dragen een heilige schat met zich mee. Restanten van een al lang verdwenen beschaving. Twee vreemde voorwerpen, een geschenk van de goden. Ze hebben geen idee wat ze voorstellen. Het gaat om een radiobaken dat, zonder dat ze het weten, nog altijd actief is omdat er een nucleaire batterij in zit. En een filmblik met een tekenfilm van Walt Disney. Besloten wordt om de heilige voorwerpen in veiligheid te brengen, hoog in de bergen in een grot. Kort daarna bezwijken de laatste mensen op Aarde.

Vele duizenden jaren later komt er een ruimteschip van elders in de buurt van de Aarde. Als de ruimteverkenners de signalen van het radiobaken opvangen, ontstaat het vermoeden dat de planeet Aarde een bezoekje waard is. Het signaal wijst op de aanwezigheid van intelligente wezens. Men landt en vindt, door het radiobaken geleid, de heilige voorwerpen waarvan de betekenis ook voor deze hoog intelligente wezens volstrekt onduidelijk is. De vondst wordt meegenomen naar de moederplaneet. Na intensieve studie wordt het resultaat bekend gemaakt en ook vertoond. Slimme ETI’s hebben ontdekt dat je de inhoud van het blik zichtbaar kunt maken met wat wij een projector zouden noemen. Ze hebben een projector gebouwd en de Disneyfilm wordt op een groot scherm vertoond. De opschudding is groot. Hier toont een superieure beschaving zijn bijzondere vermogens. Zo worden levende wezens van 3-D geplet tot een 2-D figuur om vervolgens op eigen kracht weer een 3-D-vorm aan te nemen. Wij weten dat dit vaak voorkomt als Pluto in het avontuur voorkomt. Maar we kunnen ons ook heel goed voorstellen dat er elders in de melkweg hoog ontwikkelde beschavingen huizen die hier, letterlijk en figuurlijk, met andere ogen naar kijken.

Meteorieten zoeken op Antarctica

De Zuidpool is geliefd bij meteorietenjagers. In 1984 werd er de meteoriet ALH84001 gevonden. Het werd een iconische naam in de astronomie.

We keren nu even terug naar ons eigen zonnestelsel. We spraken hiervoor over stofdeeltjes die vanuit de ruimte met grote snelheid onze dampkring in schieten en daar verbranden met het lichtspoor van een meteoor als resultaat. Maar het zijn niet alleen stofdeeltjes die de baan van de Aarde kruisen. Soms duikt er, zoals eerder aangegeven, een groter rotsblok de dampkring in. Groot genoeg om de reis door de atmosfeer (gedeeltelijk) te overleven. Dat wat het aardoppervlak bereikt noemen we een meteoriet. Wie meteorieten zoekt kan het beste naar Antarctica afreizen. Niet dat er daar meer neerkomen dan elders op Aarde, maar de zwarte brokken zijn in die witte wereld nu eenmaal makkelijker terug te vinden.

Op basis van hun samenstelling worden verschillende typen meteorieten onderscheiden. Er is een groep die ooit, in de vormingsfase van een planetenstelsel voorbestemd was om als een voldragen planeet te eindigen maar daar om bepaalde redenen nooit aan toe gekomen is. Tegen de tijd dat ze aan de beurt waren om uit te groeien door materiaal uit een kosmische nevel aan zich te binden, hadden soortgenoten de ruimte leeg gesnoept. Uiterst interessante losers omdat ze een directe link met de vroege historie van ons zonnestelsel betekenen. Ze zijn niet in de hitte van zich vormende planeten ten onder gegaan. Ze hebben hun ontstaansgeschiedenis nog aan boord. Ze bevatten veel informatie over de omstandigheden voor en tijdens de vorming van ons zonnestelsel.

ALH84001 zorgt voor opwinding

In de meteoriet ALH84001, een oeroude scherf Marsmateriaal, werden structuren aangetroffen die sterk deden denken aan bacterieel leven (de langwerpige figuur). Een bericht in die sfeer zorgde in 1996 voor de nodige opwinding die daarna nooit meer helemaal is gestopt.

Om een andere reden interessant zijn meteorieten, die ontstaan als de scherven van een inslag op een andere planeet die de ruimte in worden geslingerd en uiteindelijk op Aarde terechtkomen. Een beroemd voorbeeld uit het recente verleden is een meteoriet die in 1984 door een groep wetenschappelijke meteorietenjagers op Antarctica werd gevonden. Het bijna 2 kg wegende object werd onder de naam ALH84001 wereldberoemd. De naam is afgeleid van de vindplaats: Allan Hills Far Western Icefield.

Zonder op de details in te gaan wil ik wel even aandacht vragen voor de verbluffende inzichten die de wetenschap met de moderne analysetechnieken weet bereiken.

De meteoriet ALH84001 is waarschijnlijk 4,091 miljard geleden gestold (gekristalliseerd) uit gesmolten rotsmateriaal op Mars (dus niet lang na de vorming van de planeet Mars). De analyse geeft ook aanwijzingen dat het stolsel in contact heeft gestaan met water, in een periode dat er op Mars vloeibaar water aanwezig was (de eerste miljard jaar). Ook de waarschijnlijke locatie waar het rotsmateriaal vandaan kwam, kon worden afgeleid. De inslag die uiteindelijk de meteoriet opleverde vond ongeveer 17 miljoen jaar geleden plaats op Mars. Heel veel later, ongeveer 13.000 jaar geleden, viel hij op Aarde en werd op 1984 teruggevonden op de Zuidpool.

Het bijzondere aan deze Marsmeteoriet was en is dat hij stamt uit een periode dat er vloeibaar water op Mars was. En dus had het zin om te zien of er sporen van leven in de meteoriet te vinden waren.
En jawel, op 6 augustus 1996 werd wereldkundig gemaakt dat er in ALH84001 mogelijk sporen van leven waren aangetroffen. Buitenaards leven! Eindelijk gevonden. Breaking News! Een afbeelding gemaakt met een scanning elektronenmicroscoop liet structuren zien met afmetingen van 20 – 100 nanometer die door sommige onderzoekers geïnterpreteerd werden als fossiele restanten van (zeer kleine) bacterieachtige levensvormen. Het begin van een jarenlange wetenschappelijke polemiek tussen gelovigen en ongelovigen.

In 2020 werd nog gemeld dat er ook organische stikstofmoleculen waren aangetroffen. Later bleken deze een niet-biologische oorsprong te hebben. Al met al achtte de meerderheid van de betrokken wetenschappers na jaren van onderzoek en discussie het bewijsmateriaal voor buitenaards leven te licht, wat natuurlijk niet wil zeggen dat het pleit daarmee beslecht was. Wel is iedereen het er over eens dat deze “affaire” een belangrijke impuls is geweest voor de ontwikkeling van een nieuw onderzoeksgebied: de astrobiologie.

Nooit te vroeg juichen

Het was overigens niet de eerste keer dat grote opwinding over de ontdekking van buitenaards leven uiteindelijk sterk getemperd moest worden:

- Little Green Men
In 1967 vingen Britse sterrenkundigen met hun radiotelescoop een opvallend radiosignaal op. De onbekende bron produceerde met zeer grote precisie iedere vier seconden drie korte radiopulsjes. De fascinerende, buitenaardse radiobron kreeg de naam pulsar. Men kon zich moeilijk voorstellen hoe een kosmisch object (de signalen kwamen van ver en moesten wel van een grote bron afkomstig zijn, dacht men) zo snel aan en uit kon gaan. Aanvankelijk meende men dan ook de kunstmatige radiosignalen van een buitenaardse beschaving ontdekt te hebben. De mysterieuze radiobron kreeg zelfs enige tijd de codenaam LGM-1 (Little Green Men). Na een tijdje werd de verklaring gevonden. Hel beek om een nieuw type ster te gaan, een overblijfsel van een supernova. Een heel klein, zeer snel ronddraaiend sterretje, dat sindsdien de naam neutronenster kreeg. Een sterretje van niet meer dan 10 km doorsnee, voor een groot deel bestaande uit neutronen en met een massa groter dan die van de zon, dat vele honderden keren per seconde om zijn as tolt. Ook zonder Little Green Men bijzonder genoeg!

- Het Wow!-signaal
Op 15 augustus 1977 kwam er via de radiotelescoop “Big Ear” van de Ohio State University een radiosignaal binnen dat de aandacht trok en dat later bekend werd als het “Wow-Signal”. Big Ear maakte op dat moment deel uit van het zogenoemde SETI-project (Search for Extra Terrestrial Intelligence). Een opvallend signaal, dat 72 seconden aanhield en dat afkomstig leek van een niet-natuurlijke radiozender in de richting van het sterrenbeeld Boogschutter. Er is nooit een sluitende verklaring voor gevonden, maar het is ook nooit meer teruggevonden, zelfs niet in de tweede ontvanger van “Big Ear” die drie minuten later in de juiste positie kwam te staan. Iets voor het wetenschappelijk archief, map anomalieën?

Nooit te vroeg juichen.

Asteroïde Ryugu brengt ons een interessante stap verder

De asteroïde Ryugu, afgebeeld door de Japanse ruimteverkenner Hayabusa 2, op 26 juni 2018.

De meteorieten / asteroïden die we op de Zuidpool of in de oceaanaantreffen leveren al veel inzicht in het ontstaan van de planeten en in zekere zin ook in het ontstaan van leven. Het grote probleem met de meteorieten is dat ze eerst in de atmosfeer geroosterd worden en vervolgens vaak nog heel lang ergens liggen alvorens te worden gevonden. Daardoor kunnen er allerlei verstorende effecten optreden.

Met het project Ryugu werden deze verstoringen uitgesloten. Maar daar moet je wel wat voor over hebben. De in 1999 ontdekte planetoïde komt relatief dicht bij de Aarde. Japan besloot tot een zogenoemde "Asteroid Sample Return Missions". Een ruimtevaartuig laten landen op de asteroïde, monsters nemen en deze terugbrengen naar de Aarde. Een zeer complexe en kostbare klus (150 miljoen dollar). Het ruimtevaartuig Hayabusa 2 werd op 3 december 2014 gelanceerd en arriveerde bij de asteroïde op 27 juni 2018. Vervolgens werden robotapparaten neergelaten. Op 21 februari werden de eerste monsters genomen. Op 13 november 2019 vertrok het ruimteschip weer naar de Aarde met een zeer boeiende lading! Zo werd uracil aangetroffen, een aminozuur dat in RNA voorkomt.), en vitamine B3. Daarnaast andere biomoleculen, waaronder diverse aminozuren, aminen en carbonzuren. We weten nu zeker dat verbindingen die essentieel zijn voor leven zoals wij dat kennen waarschijnlijk al miljarden jaren geleden zijn gevormd. Ze kunnen met asteroïden meegebracht zijn naar planeten en daar al gunstige prebiotische condities hebben gecreëerd. Ze kunnen zelfs met meteorieten van de ene planeet naar de andere zijn getransporteerd.

Het moet een keer lukken

Tot nu toe is er buiten de Aarde nog nergens een spoor van leven aangetoond. Maar “het geloof” in de goede zaak is in de afgelopen decennia wel sterk toegenomen. Verklaring: er worden steeds meer exoplaneten gevonden. Planeten buiten ons zonnestelsel met een eigen moederster. Er lijkt weinig twijfel meer te bestaan dat er om de meeste sterren een of meer planeten ronddraaien en dat er wel eens meer planeten dan sterren zouden kunnen bestaan. Voor alleen al ons melkwegstelsel zou dat betekenen dat er vele honderden miljarden planeten aanwezig zijn. En dan wordt de verleiding ineens heel groot om er ook maar vanuit te gaan dat er dan om ons heen ook leven in overvloed moet zijn. De afgelopen jaren zijn er circa 6000 exoplaneten opgespoord. Een beginnetje!

Cruciaal is de vraag aan werkelijke eisen een planeet moet voldoen wil het ontstaan van leven er denkbaar zijn. Als we dat weten kunnen we meer gericht gaan zoeken. Maar daar lopen we natuurlijk direct tegen een levensgroot probleem aan. We hebben op Aarde wel inzicht in de aard en evolutie van het leven, maar hoe het is ontstaan weten we niet. Wat we wel weten is dat het blijkbaar op een planeet als de Aarde mogelijk was om leven te laten ontstaan en over miljarden jaren in stand te houden.

Vooralsnog is de Aarde dan ook het referentiepunt als het gaat om de aanwezigheid van leven. Ander vergelijkingsmateriaal hebben we niet. Gezien de aantallen planeten zou het ook elders moeten voorkomen. Maar de euforie van een aantal jaren geleden dat het heelal zou wemelen van leven is toch wel wat getemperd. Leven, en zeker intelligent leven, zou volgens sommige wetenschappers wel eens zeldzaam kunnen zijn. Minder twijfel is er over de vraag of het zin heeft “De Grote Speurtocht” met alle beschikbare middelen voort te zetten. Doen! En zo geschiede. (voor vervolg, zie deel 3 van deze serie)

Gerard van de Schootbrugge, 8 juli 2023