Wat gebeurt er met de aarde als een asteroïde zo groot als een kleine maan neerstort? In deze bijna vijf minuten lange rampporno clip zie je het einde van de wereld. Met epische muziek.
Een dergelijke natuurramp classificeert als een extinction level event. The end of the world. Hooguit een handjevol bacteriën heel diep in de rots overleeft dit. Ter geruststelling: er zijn maar vier van dit soort echt grote asteroïden, Ceres, Pallas, Juno en Vesta, en alle vier komen voor in een stabiele omloopbaan tussen Mars en Jupiter. Tenzij een object uit de Kuiper– of Oortgordel deze kant op komt maar die kans is vrij klein. Maar toch. Om de 27 miljoen jaar worden we getroffen door een ramp….
Einde van de wereld. Bron: https://www.flickr.com/photos/40567541@N08/8476682346
Einde van de wereld: het Late Heavy Bombardment
Ongeveer 3,8 miljard jaar geleden leek het er op dat het einde van de aarde was aangebroken. Door nog onbekende oorzaak, werd de aarde getroffen door een grote regen van asteroïden. Het Late Heavy Bombardment.
Dit verklaart ook waarom we zeldzame metalen als goud en uranium op de aardoppervlakte kunnen vinden. Deze zijn toen neergeregend. Witwatersrand en Vredefort in Zuid-Afrika zijn in feite de overblijfselen van deze voor de aarde rampzalige periode. Toch zijn in rotsen die dateren van niet lang daarna, sporen aangetroffen van het eerste leven.
Uit deze enorme ramp kwam dus het leven voort, zoals we dat kennen. Aanhangers van de panspermie-theorie geloven dat het leven van andere planeten naar de aarde is gekomen. En dat dit soort rampzalige inslagen, juist ook het leven over de kosmos verspreidden. Misschien een schrale troost, als we een keer echt aan de beurt zijn. Daarom kunnen we maar beter snel zorgen dat de mensheid verspreid is over het hele zonnestelsel, en het liefst nog daarbuiten. Dan betekent het einde van de wereld, tenminste niet: het einde van de mensheid.
Er komt steeds meer bewijs dat de geschiedenis van de aarde nog merkwaardiger is verlopen dan tot nu toe gedacht. Is de zon geboren in het centrum van de Melkweg?
Aarde vermoedelijk in aanraking gekomen met veel kosmische catastrofes
Elke 200 miljoen jaar voltooit het zonnestelsel één cyclus rond de Melkweg,het galactische jaar. Sinds het ontstaan van de aarde zijn er dus slechts 23 galactische jaren voorbij gegaan.
Is de zon afkomstig van het centrum van de Melkweg?
In deze rondgangen zijn er veel kosmische catastrofes geweest: supernova´s, gammaflitsen en stofwolken. Sommige hiervan hebben mogelijk de aarde geteisterd en zo een ijstijd of een uitsterfgolf veroorzaakt. Andere kunnen de aarde voorzien hebben van leven.
Maan bevat sporen tot meer dan 4,5 miljard jaar terug Helaas gaat het geologisch geheugen van de aarde niet erg ver terug. De oudste aardse rots is gevonden in Groenland en dateert van 3,6 miljard jaar geleden. Gelukkig is de maan al miljarden jaren geologisch dood. De maan draagt min of meer ongeschonden de sporen bij zich die de roerige reis van het zonnestelsel door het heelal heeft achtergelaten.
Beweging spiraalarm kan ster wegslingeren
Ons melkwegstelsel kent dichtheidsgolven, die we waarnemen als spiraalarmen. Als een ster op een dergelijke dichtheidsgolf op de juiste manier meesurft, voor meer dan tienduizend lichtjaar ver, is het mogelijk dat een ster uit het metaalrijke centrum van de Melkweg naar de buitenste regionen wordt geslingerd.
Komt de zon uit het centrum van de Melkweg?
De zon kan wel eens zo’n ster zijn geweest – verschillende metingen wijzen er op dat de zon abnormaal veel zware elementen bevat. In het centrum van de Melkweg vonden veel meer sterexplosies plaats, waardoor het interstellaire gas daar veel meer zware elementen bevat dan in de tegenwoordige omgeving van het zonnestelsel. Deze zwaartekrachtsinvloeden kunnen ook verklaren waarom de verre ijsdwerg Sedna zo’n bizarre, elliptische baan aflegt – en wie weet (deze speculatie is voor persoonlijke rekening) ook het late Heavy Bombardment rond de drie tot vier miljard jaar geleden.
Wat als wij mensen vernietigd worden door een ramp, of door eigen toedoen uitsterven? Laten we voor het geval dat, buitenaardse archeologen meer vertellen over onszelf via een tijdcapsule.
De boodschap van Arecibo zal lang nadat wij gestorven en vergeten zijn, nog door de ruimte echoën.
Hebben we de aliens gemist?
De beroemde Drake Formule, die de kans op buitenaardse beschavingen berekent, wordt steeds nauwkeuriger. Zo weten we al vrij precies hoeveel sterren er in de Melkweg zijn, hoe groot het percentage sterren is met planeten en hoeveel van die planeten aardachtig zijn en in de bewoonbare zone van hun ster ronddraaien. Conclusie: er zijn tientallen miljoenen potentieel bewoonbare werelden. De kans is dus vrijwel honderd procent dat er behalve de mens, in de Melkweg ooit andere intelligente levensvormen hebben bestaan of zullen ontstaan. Maar toch. De kosmos is enorm. De kans is dus groot dat onze beschaving zo kort bestaat dat we onszelf al hebben uitgeroeid als een andere soort in ons deel van de Melkweg actief wordt. Ons Melkwegstelsel bestaat al meer dan dertien miljard jaar. Als soort bestaan we, als we Homo erectus als vroege mens zien, misschien twee miljoen jaar. Als moderne beschaving die ruimtevluchten maakt, bestaan we een halve eeuw.
In 1962, tijdens de Cubacrisis, had het een haartje gescheeld of er was een allesvernietigende nucleaire oorlog uitgebroken. Al staan de diverse grootmachten nu op betere voet met elkaar dan ooit eerder in de geschiedenis, de kans is niet denkbeeldig dat een kunstmatige epidemie of een vernietigend nanovirus de mensheid wegvaagt. Hoe verder de techniek vordert, hoe groter onze mogelijkheden zijn om ellende aan te richten. Kortom: de kans is niet erg groot dat twee beschavingen die in staat zijn tot reizen tussen de sterren elkaar tegenkomen.
De boodschap van Arecibo
In 1974 stuurde de radiotelescoop van Arecibo een FM-boodschap de ruimte in richting het sterrenbeeld Hercules, in de richting van een groep sterren die op 25 000 lichtjaar afstand van de aarde staat. De boodschap bestaat uit een matrix van twee priemgetallen: 23 en 73 en bevat primitieve voorstellingen van de mens en DNA. De boodschap bevindt zich in 2011 op 36 lichtjaar afstand. Tegen de tijd dat de radiosignalen de sterren bereiken, bestaat Arecibo niet meer en zal deze eeuw vervaagd zijn in de herinnering – als de mensheid dan nog bestaat. De vraag is of iemand of iets ooit het signaal zal opvangen.
Monument van de mensheid voor de eeuwigheid
Maar wat als we een baken zouden bouwen dat miljoenen jaren nadat er geen mensen meer zijn, nog steeds radiosignalen uitzendt? Dan wordt de kans opeens een stuk groter dat een toekomstige intelligente soort van ons bestaan op de hoogte wordt gebracht. Hopelijk leren ze dan van onze stommiteiten en zal bewustzijn en intelligentie, en emoties die bewuste wezens ondergaan zoals liefde en empathie, als fenomeen niet uitsterven.
Het Sovjet-maanwagentje Lunokhod 2 zal tot de langst overlevende menselijke artefacten behoren.
Uitnodiging tot buitenaardse invasie
Niet iedereen vindt het een goed idee om zo de aandacht op ons te vestigen. De weinige nakomelingen van de Aboriginals, de Maya’s en de Inca’s kunnen haarfijn uitleggen wat de gevolgen zijn een technisch vergevorderde beschaving in aanraking komt met een primitievere groep. Als aliens die technologisch een miljoen jaar op ons voorliggen hier arriveren, zou het wel eens uiterst akelig met ons af kunnen lopen, waarschuwt niemand minder dan Stephen Hawking en met hem veel andere wetenschappers uit diverse disciplines. Geen wonder dat toen de Rus Alexander Zaitsev in 1999 en 2003 krachtige radiosignalen naar naburige sterren stuurde, meerdere van zijn collega’s, waaronder fysicus Michio Kaku dat een wat minder slim plan vonden. Kaku wijst erop dat Cortes met zijn vuurwapens en handjevol mannen in minder dan twee jaar het enorme imperium van de Inca’s onder de voet liep. En hier ging het nog om een klein verschil in techniek. Kortom: radiosignalen uitzenden is ongeveer te vergelijken met een Inca die een kruik met een kaart van Zuid-Amerika en een goudstaafje in de Golfstroom gooit.
De Grote Piramide staat er na duizenden jaren nog steeds, maar na honderd miljoen jaar is er waarschijnlijk niets meer van over.
Interstellaire alarmklok
Tenzij we het baken zo instellen, dat het pas begint uit te zenden op het moment dat wij er niet meer zijn om het uitzenden te stoppen. Het apparaat wordt zo ingesteld dat het stil blijft zolang er boodschappen binnenkomen vanaf de aarde. Als het signaal vanaf de aarde stil is gevallen voor, zeg, vijfhonderd jaar, dan begint het baken uit te zenden. Maar hoe bouw je een baken dat honderd miljoen jaar, zonder storing, achter elkaar doorgaat met zenden? Er is immers niemand meer om het te repareren. Enkele toponderzoekers houden zich nu bezig met deze pittige ontwerpklus. Geen gemakkelijke taak. Het baken moet micrometeorieten, zonnevlammen en andere onheil overleven voor een langere tijd dan er zoogdieren bestaan.
Baken overleeft langer dan de dino’s
Science fiction schrijver Gregory Benford, onder die-hard SF fans(waaronder ondergetekende) bekend door zijn Galactic Center romanserie over een oorlog tussen mensen en een ras van machines, denkt dat het het verstandigste is om een baken in een baan iets binnen de omloopbaan van Venus te brengen. Daar is voldoende energie en tegelijkertijd zal de zonnestraling het baken niet beschadigen. Het baken moet alleen boodschappen verzenden naar sterren waar leven het meest waarschijnlijk is en dit elke paar maanden herhalen. Als een nieuwsgierig buitenaards volk het signaal opvangt, zullen ze hun telescopen in deze richting wenden en de volgende transmissie kunnen ontvangen. Wie weet zullen deze buitenaardsen dan een bezoekje brengen aan de aarde en de weinige menselijke overblijfselen die er na tientallen miljoenen jaren nog zullen zijn, denk aan mijngangen en radioactief afval, waarnemen. De maan is waarschijnlijk interessanter voor ze. De maan is geologisch en klimatologisch zo goed als dood, dus waarschijnlijk zullen de maanvoertuigen van de Apollo missie en de Sovjet-Loenokhod, met de tegen die tijd onvindbare Voyager, de langstoverlevende menselijke overblijfselen zijn…
Op een dag, miljarden jaren na nu, is de waterstof in de zon omgezet in helium en zwelt de zon op tot rode reus. Hoe zal de aarde er in die verre toekomst uitzien? Zal de aarde het overleven? Bekijk de beelden in deze video.
Gelukkig is vijf miljard jaar na nu nog een hele tijd. Als we onszelf voor die tijd niet uit hebben geroeid, zullen onze verre nakomelingen waarschijnlijk een manier hebben bedacht om aan de opzwellende zon te ontkomen of – wie weet – de dan helse ster te temmen. Als de zon daarna is veranderd in een witte dwerg, is het zonnestelsel in principe voor miljarden jaren weer bewoonbaar, zij het veel dichter bij de zon dan nu.
Volgens steeds meer biologen leefde er drie miljard jaar geleden een onsterfelijk superorganisme dat de oceanen van de aarde vulde: de voorouder van alle leven op aarde. Tot het superorganisme in drieën splitste.
Levende oceanen
De meest geliefde science fiction film onder wetenschappers ooit is Solaris, gebaseerd op een roman van SF-schrijver Stanislav Lem over een mysterieuze planeet waarvan de oceaan één enkele levende oceaan vormt. Lem blijkt over opmerkelijke profetische gaven te hebben beschikt. De aarde had drie miljard jaar geleden veel weg van een superorganisme.
Het oppervlak van de planeet Solaris uit de gelijknamige SF-roman van Stanislaw Lem bestaat uit een enkele levende oceaan. De aarde drie miljard jaar geleden had hier veel van weg. Luciano Mendez (Wikimedia COmmons), CC-BY-SA 4.0
DNA-computer produceerde levenvatbare cel
Alle leven op aarde bestaat uit cellen (virussen kunnen zich zonder cel niet vermenigvuldigen). Al deze cellen hebben bepaalde gemeenschappelijke kenmerken, waardoor biologen vermoeden dat LUCA, voluit Last Universal Common Ancestor, zoals de laatste gemeenschappelijke voorouder heet onder evolutiebiologen, deze kenmerken ook had. Dit organisme, zo lijkt het, was niet één enkele cel maar bestond uit een levende oceaan. Een levende oersoep zo groot als een planeet, die zich uiteindelijk in de drie oerkoninkrijken van het leven splitste: bacteriën, archaeae en cellen met een celkern (waaronder die van mensen). De laatste onderzoeksresultaten versterken het beeld dat drie miljard jaar geleden cellen lukraak erfelijk materiaal uitwisselden om te overleven. Cellen concurreerden niet maar wisselden voortdurend DNA uit om zo aan nuttige onderdelen te komen. Hierdoor ontstond een wereldomvattend mega-organisme, een gigantische DNA- of RNA-computer met maar één opdracht: produceer een succesvolle, levensvatbare cel.
De Grote Splitsing van 2,9 miljard jaar geleden
2,9 miljard jaar geleden splitste LUCA in drieën: de al genoemde bacteriën, de bacterieachtige archaeae en eukaryoten: cellen met een celkern. Er bestaat nauwelijks fossiel bewijsmateriaal uit deze tijd en drie miljard jaar is zo lang dat door mutaties van genen uit die tijd niet meer veel is overgebleven. Gelukkig is er een andere methode. De functie van eiwitten hangt sterk af van hun structuur. Eiwitten hebben, denkt Gustavo Caetano-Anollés van de University of Illinois at Urbana-Champaign, daarom een vorm die nauwelijks verandert. Dus hoewel de volgorde van aminozuren nu totaal anders is dan toen, hadden de eiwitten van LUCA ongeveer dezelfde vorm als ze in bacteriën, archaeae en eukaryoten hebben. En kunnen we daaruit afleiden wat LUCA ongeveer kon. Al kan er natuurlijk iets als parallelle evolutie hebben plaatsgevonden in alle drie groepen tegelijk. Ongeveer vijf tot elf procent van de structuren die hij in een database van 420 organismen vond, waren universeel, m.a.w. horen waarschijnlijk in LUCA thuis[1].
LUCA kon geen DNA maken en lezen
Caetano-Annolés ontdekte iets zeer vreemds. LUCA beschikte over veel enzymen, waaronder enzymen om energie uit voedingsstoffen te halen en om eiwitten te maken. Ook kon LUCA zowel koolstofverbindingen als nitraten als energiebron gebruiken. Ook had LUCA een bepaald type organel, een acidocalcisoom (dat komt namelijk in alle drie groepen van het leven voor, in een iets verschillende vorm). Echter, één ding ontbrak. Enzymen om DNA-moleculen te bouwen en te lezen. Klaarblijkelijk werkte LUCA niet met DNA, maar met iets heel anders. Hierbij komt nog een andere ontdekking. Onderzoeker Armen Mulkidjanian van de universiteit van Osnabrück in Duitsland ontdekte dat LUCA waarschijnlijk alleen ‘lekkende’ isopreenachtige membranen kon bouwen.
‘LUCA had RNA in plaats van DNA’
LUCA was waarschijnlijk een progenoot: een organisme zonder duidelijk genoom. Stukjes RNA zweefden in de cel en werden lukraak vertaald in eiwitten – dat laatste niet al te nauwkeurig. Pas lang na de splitsing ontstonden er biochemische systemen om het vertalen van genen in eiwitten foutloos te maken. Caetano-Anollés veronderstelt dat de eerste cellen hun genen en eiwitten moeten hebben gedeeld om te kunnen overleven. Nuttige genen explodeerden in aantal en verspreidden zich over de hele aardbol.
Wereldwijd genetisch internet
Een cel die zich afsloot voor dit biochemisch-genetische ‘internet’ was gedoemd uit te sterven, omdat de cel teveel fouten maakte. De lekkende membranen van LUCA vergemakkelijkten dit delingsproces. Ook nu nog zijn er gevallen bekend van totaal verschillende organismen die stukken DNA delen. Pas toen cellen geheel zelfvoorzienend werden, was het uitwisselsysteem niet meer nodig. Dit gebeurde rond de tijd dat de eerste sporen zuurstof in de atmosfeer ontstonden, 2,9 miljard jaar geleden.
Wat was de rol van virussen?
Dit roept een gedachte in me op. Ook nu nog zijn er (zeldzame) gevallen bekend van genen die van de ene soort naar de andere overspringen, van een grassoort naar een niet-verwante andere grassoort bijvoorbeeld. Hiervoor is een virus verantwoordelijk. Mogelijk waren er ook in die tijd al een vorm van virussen, die mee-evolueerden met LUCA. Zouden deze virussen zich hebben ontwikkeld uit het mechanisme waarmee LUCA genen uitwisselde?
Ook planeten zonder grote maan zijn stabiel genoeg om in evenwicht te blijven, zo blijkt uit nieuwe berekeningen. Dit maakt de kans op buitenaards leven een stuk groter.
Zonder een maan hadden we nooit dit plaatje kunnen zien, maar had zich wel een mensachtige soort kunnen ontwikkelen.
‘Maan beschermt tegen Jupiter’
In 1993 toonde Jacques Laskar van de sterrenwacht van Parijs aan dat de maan hielp de hellingshoek van de aardse rotatieas te stabiliseren tegen verstoringen door de zwaartekrachtsveld van de gasreus Jupiter, verreweg de grootste planeet in het zonnestelsel. Volgens Laskar en zijn medeauteurs zou de draaiingsas van de aarde zonder de stabiliserende invloed van de maan, wild gaan schommelen tussen 0 en 85 graden[1].
Om een indruk te geven: in dat laatste geval staat de aarde op zijn kant en staat hartje zomer de zon loodrecht boven de noordpool. Dit zou zo enorm sterke klimaatschommelingen opleveren (zeg maar gerust: tropische zomers en Antarctische winters), dat levensvormen hoger dan bacteriën, vooral grote landbewonende organismen als wij, ernstig in de problemen zouden komen.
Veel astronomen concludeerden hieruit dat complex leven zeldzaam is in het universum. Immers, de aarde is de enige planeet met een in verhouding zo grote maan. De botsing tussen een protoplaneet zo groot als Mars en de aarde leverde uiteindelijk de maan op (de maantjes van Mars, in ieder geval zeker Deimos, zijn ingevangen planetoïden). Minder dan tien procent van alle aardachtige planeten zal een dergelijke ingrijpende gebeurtenis meemaken en een grote maan opleveren.
Wat is precessie?
De aarde maakt drie bewegingen: het draaien om de as dat het dag-nacht ritme veroorzaakt, de omloop om de zon en nog een derde, minder bekende beweging: de precessie. Als een enorme tol waggelt de aarde heen en weer in een ritme van 26 000 jaar, zie het filmpje. Daarom is voor ons Polaris de poolster, terwijl voor de oude Egyptenaren van 3000 vC de ster Thuban in het sterrenbeeld Draco de poolster was. Zonder maan, aldus het artikel in 1993, zou het wiebelen langzamer gaan, waardoor Jupiters zwaartekrachtseffect zou resoneren met de wiebel en versterkt zou worden. De aarde zou hierdoor totaal uit het lood schieten.
Ook zonder maan vier miljard jaar evenwicht
Laskar berekende echter niet hoe lang het zou duren voor dit effect zou optreden. Astronoom Lissauer deed dat wel met zijn team. Nu is dat ook makkelijker, de computers nu zijn stukken beter en sneller dan in 1993. Hij simuleerde met zijn collega’s een maanloze aarde gedurende meer dan vier miljard jaar. Met opvallend resultaat. De hellingshoek van de planeet schommelde ‘slechts’ tussen tien en vijftig graden. Er waren zelfs langere perioden, tot een half miljard jaar, waarin de hellingshoek stabiel bleef tussen 17 en 32 graden[2] (nu is deze 23 graden; hoe sterker de hellingshoek, hoe heftiger de seizoenen). De veranderingen kunnen natuurlijk veel groter zijn in periodes groter dan vier miljard jaar. Dit is echter niet zo relevant voor levensvormen op de planeet, want erg veel langer dan vijf tot zes miljard jaar blijft een planeet die rond een zonachtige ster draait niet bewoonbaar. Ook is het de vraag of grote manen altijd gunstig werken. Het kan namelijk ook zo zijn dat een grote maan juist zorgt dat een planeet in resonantie komt met de gasreus. De groep is nu bezig met het bestuderen van afwijkende zonnestelsels.
Volgens de Veel-Werelden Interpretatie van de kwantummechanica splitst het heelal zich elke fractie van een seconde in nieuwe heelallen, dus ook kopieën van de aarde. Hoe zou het zijn als iedere aardbewoner zijn eigen onbewoonde versie van de aarde voor zichzelf had?
De mythische stad Atlantis. Zou de mensheid zich op parallelle werelden heel anders ontwikkelen dan wij?
Vele kopieën van ons heelal
Kwantummechanica bevat een heel vervelend element, althans, vinden natuurkundigen. Als je een meting aan een kwantumdeeltje uitvoert, kan je niet exact voorspellen wat er uit de meting komt. Je kan wel voorspellen hoe groot de kans is dat je een bepaalde waarde meet. In de loop der jaren (dit probleem is al bijna een eeuw oud) zijn er al heel wat methodes bedacht om dit te omzeilen, de kwantuminterpretaties. Een heel bekende, en ook populaire, omdat het zo lekker makkelijk rekenen is, is de Veel-Werelden Interpretatie. Deze zegt dat het heelal elke keer dat je een meting uitvoert, het heelal splitst in nieuwe heelallen, die maar op een punt verschillen: de uitkomst van jouw meting. Deze interpretatie is populair onder natuurkundigen, want het rekent veel makkelijker. Er is een maar. Voor zover we weten is er geen manier om van het ene naar het andere afgesplitste heelal te reizen. Wat science fiction-schrijvers er uiteraard niet van weerhield om de mogelijkheden uitgebreid te verkennen. Hoe zou het zijn om een hele onbewoonde wereld voor je alleen te hebben?
Wat als er geen mensen waren geweest?
De evolutie van de mens heeft met vallen en opstaan plaatsgevonden. Onze directe voorouders hadden het zwaar. Tachtigduizend jaar geleden, toen de supervulkaan waarvan de overblijfselen het Tobameer op Sumatra vormden explodeerde, stierf de menselijke populatie zelfs bijna helemaal uit. Het had maar weinig gescheeld of ook die laatste groep was verdwenen. In dat geval waren er alleen een handjevol Denisovans en Neanderthalers geweest. Als je naar die wereld zou kunnen reizen, had je nog wezens als de mammoet en de sabeltandtijger in het wild kunnen zien. Je zou safari’s kunnen organiseren waarbij op reuzenluiaards of de nu uitgestorven reuzenvogels van Australië en Madagascar kon worden gejaagd en gezien de bloeddorstigheid en wansmaak van sommige mensen in de top van het zakenleven zou dat nog een groot succes zijn geweest ook. Heb je ruzie met je vriend of vriendin, dan ga je gewoon een continent verderop zitten. Of je zou met een groepje gelijkgestemden een commune in harmonie met de natuur kunnen stichten, af en toe genietend van de woeste brul van een sabeltandtijger.
Of alleen maar technisch weinig ontwikkelde groepen?
Wij mensen zijn sociale wezens. Waarschijnlijk zou het verreweg de meeste mensen erg gaan vervelen om moederziel op een lege aarde te zitten. Veel mensen zullen dus gaan voor een versie van de aarde waarop wel mensen voorkomen, maar dan zonder moderne beschaving. In bijvoorbeeld Centraal- en Zuid-Amerika stond de beschaving stil op ongeveer het technische peil van de Babyloniërs. Stel dat bepaalde essentiële gebeurtenissen, bijvoorbeeld de ontwikkeling van het natuurwetenschappelijk denken, niet op waren getreden. Je kan dan bijvoorbeeld denken aan een Griekse nederlaag bij Thermopylae. Perzië was een zeer beschaafd land, maar er bestond geen scheiding tussen kerk en staat.
Op een wereld waarin jij als enige over moderne techniek beschikt, kan je voor god of godin spelen. Een milde, filantropische godheid als Afroditè of Dionysus, of een sadist, zeg maar model Allah of Jahweh die als de mensen hem niet genoeg aanbidden, vuur uit de hemel laat neerdalen.
Hopelijk komt er dan ook een interdimensionele politiewacht om dit soort sadistische onverlaten bij de kladden te grijpen en af te zetten op een aarde waar, zeg, een heel akelige soort reuzenvarken nog voorkomt of een ruimtekei als die van Chicxulub op het punt staat dood en verderf te zaaien.
Vier en een half miljard jaar geleden was de aarde een levenloze, gloeiend hete bol. Toen raakte een planeet ter grootte van Mars de proto-aarde. Wat er ontstond was de aarde zoals we die kennen, een waterrijke planeet met een bizar grote maan. Hoewel deze theorie, zoals ook voor concurrerende theorieën geldt, niet onomstotelijk vaststaat, is dit de populairste verklaring voor de vorming van het aarde-maan stelsel. Zou het zo gelopen zijn als in deze video?
Seismische golven lijken langzamer door het westelijk halfrond van de binnenste aardkern te reizen dan door het oostelijk halfrond. Twee Roemenen denken nu te weten waarom.
De zaak van de vertraagde seismische golven
De binnenkern van de aarde is een massief ijzeren bal van rond de 2400 km doorsnede. Deze wordt omringd door een vloeibare buitenkern die bestaat uit een mengsel van ijzer en nikkel. De laatste jaren merkten geologen die seismische golven bestudeerden wat vreemds: golven die door het oostelijk halfrond reizen bewegen sneller dan golven die door het westelijk halfrond reizen. Dit is lastig om te verklaren.
Zou de binnenste aardkern (de witte bol in het centrum) uit het lood liggen?
Huidige theorie nogal gekunsteld
De beste poging tot nu toe is de aanname dat er een verschil in samenstelling is tussen de oostelijke en westelijke helft van de aardkern. Wellicht groeien ijzerkristallen met een verschillende snelheid in ieder halfrond, waardoor er een verschil in dichtheid is en daardoor in voortplantingssnelheid van golven. Er kan ook een temperatuursverschil zijn (ook dit zorgt voor veranderingen in geluidssnelheid), maar die moet weer verklaard worden met nog een aanname: wellicht draaien binnenkern en buitenkern met verschillende snelheden, wat een verschil in temperatuur zou handhaven. Kortom: een eersteklas slachtoffer voor Occam’s scheermes.
Wat als de binnenkern domweg oneven verdeeld is?
De nieuwe theorie van Calin Vamos van het T. Popoviciu Institute of Numerical Analysis in Roemenië en Nicolae Suciu van de Friedrich-Alexander Universität van Erlangen-Neurenberg in Duitsland is aanmerkelijk simpeler en eleganter. Volgens hen is er geen verschil in seismische snelheid tussen het oostelijk en westelijk halfrond. De verklaring volgens hen: de aardse binnenkern ligt enkele tientallen kilometers richting het oosten, waardoor de oostelijke helft dichter bij het aardoppervlak ligt dan de westelijke helft. Daardoor zijn seismische golven korter onderweg. Vamos en Siciu hebben een numerieke analyse van de tijdmetingen door een niet-centrale kern uitgevoerd om te laten zien dat deze overeenkomen met de data.
Aanvullend bewijs nodig
Hoewel deze hypothese een elegante oplossing is voor het probleem van de seismische snelheden, heeft dit natuurlijk de nodige gevolgen voor de andere eigenschappen van de aardkern. Zo zullen de magnetische eigenschappen en ook temperatuursverdeling en de mechanische verdeling anders worden. Dit zal doorgerekend moeten worden. Collega’s houden dus nog een slag om de arm.
Geen deeltjesversneller is in staat meer energie in een deeltje te proppen dan de Large Hadron Collider in Zwitserland. Zou de LHC een zwart gat kunnen produceren dat de aarde vernietigt of andere akelige gevolgen heeft? Die kans is niet geheel uit te sluiten, denken enkele fysici.
Kunnen deeltjesversnellers micro-zwarte gaten produceren?
Je krijgt volgens de algemene relativiteitstheorie vanzelf een zwart gat, als je maar voldoende massa of energie in een voldoende klein volume propt. De ontsnappingssnelheid wordt zo groter dan de lichtsnelheid. Gelukkig is het veel moeilijk om een klein zwart gat te maken dan een groot, omdat materie of energie voor een klein zwart gat veel sterker samengeperst moet worden. Rond de eeuwwisseling werd echter voor het eerst toch de mogelijkheid geopperd, dat deeltjesversnellers zwarte gaten kunnen maken. Immers: ook deze proppen heel veel energie in een klein volume en hoe meer energie een deeltje krijgt, hoe korter de bijbehorende golflengte. Op een gegeven moment is de golf zo klein en de hoeveelheid energie zo groot, dat er zich vanzelf een waarnemingshorizon en dus een zwart gat vormt.
Zal de aarde worden vernietigd door een zwart gat, geproduceerd door de LHC?
Honderd miljard maal te zwak
Daar is alleen wel een monsterachtige hoeveelheid energie voor nodig. Zelfs het allerkrachtigste kosmische deeltje dat ooit waargenomen is, het mysterieuze Oh My God deeltje, was nog factor tienduizend te zwak om deze Planckenergie te bereiken. Ter vergelijking: dit deeltje had tien miljoen maal meer energie dan zelfs onze beste deeltjesversnellers aan een deeltje kunnen meegeven. De LHC zit dus honderd miljard maal onder de Plancklimiet. Kortom: we hoeven ons weinig zorgen te maken volgens de gevestigde natuurkunde.
Er zijn echter enkele mogelijkheden waardoor zich toch microscopische zwarte gaten kunnen vormen. De populairste (onder meer genoemd in de snaartheorie) is de mogelijkheid dat er extra ‘opgerolde’ dimensies zijn die verklaren waarom zwaartekracht relatief zo zwak is. Als dat klopt, is de zwaartekracht bij zeer kleine lengtes veel sterker en is er dus veel minder massa nodig om een zwart gat te maken. Tot nu toe blijkt er uit de LHC-experimenten echter niets van de vorming van welk zwart gat dan ook. De LHC haalde tot nu toe 4,5 GeV, wat die extra dimensies beperkt tot een duizendste nanometer of kleiner (minder dan een procent van de doorsnede van een atoom). Toch kunnen er in de LHC per jaar iets van honderd mini-zwarte gaten geproduceerd worden, als de uiterst speculatieve theorie van de extra dimensies klopt. Snaaradepten geloven dat.
Vier fases van zwartegatvorming
Marcus Bleicher en zijn medeauteurs van het Frankfurter Instituut voor Geavanceerde Studies analyseerden het probleem. Ze gaan er van uit dat er vier fases zijn in de vorming van een micro-zwarte gat. In de eerste fase wordt het pas ontstane object door zwaartekrachtsstraling symmetrisch. In de tweede fase verliest het zwarte gat massa en draaiing door Hawkingstraling. In de Schwartzschildfase wordt het zwarte gat rond en verliest het minder snel massa. In de Planckfase verdampt het. Alleen de Schwartzschuildfase is goed bekend. Hoe het zwarte gat uiteindelijk verdampt (Planckfase) vereist kwantumzwaartekracht. Hier is nog geen werkende theorie voor. Hiervoor zou het nuttig zijn zwarte gaten rechtstreeks waar te kunnen nemen. De handigste methode is dan de LHC flink op te voeren, zodat er meer en langer levende zwarte gaten worden gevormd. [1]
Is het wel veilig om mini-zwarte gaten te maken?
In theorie wel. Immers: zwarte gaten vertonen Hawkingstraling, waardoor ze voortdurend energie verliezen. Bij grote zwarte gaten met een massa van bijvoorbeeld de aarde, de zon of de Melkweg is deze verwaarloosbaar. Daar kan je dus maar beter ver uit de buurt blijven. Voor een mini-zwarte gat niet. Dat verdampt in een oogwenk, lang voordat het wat voor deeltje ook op heeft kunnen slokken. Aan de andere kant: niemand heeft ooit een zwart gat van dichtbij gezien. Kwantumzwaartekracht is zoals gezegd uiterst speculatief. We weten niet of zwarte gaten op deze schaal zich niet heel anders gaan gedragen dan voorspeld. De reden dat de enorme LHC versneller is gebouwd, is nu juist dat we dingen willen waarnemen die we niet kunnen voorspellen.
Veiligheidsberekeningen bleken al eerder niet te kloppen
Technology Review wijst erop dat CERN en de Amerikaanse RHIC er al eerder flink naast zaten met hun schattingen van de veiligheidsrisico’s. Ook werden deze berekend door natuurkundigen van het CERN, die er uiteraard geen belang bij hebben hun veelbelovende onderzoek (en carrière) om zeep te helpen. Het blog pleit er daarom voor om een onafhankelijk onderzoek naar de veiligheidsrisico’s te laten doen. Want als het misgaat, gebeurt er mogelijk iets als in onderstaand filmpje.
Aarde overleeft al 4,5 miljard jaar kosmische straling
Aan de andere kant: we hebben al gezien dat de aarde voortdurend getroffen wordt door zeer krachtige kosmische straling. De vangst van het Oh My God deeltje was een toevalstreffer, maar waarschijnlijk treft een veelvoud van veel krachtiger deeltjes dan dit deeltje voortdurend de aarde. En we leven nog steeds. Kortom: erg veel zorgen hoeven we ons mijns inziens niet te maken. Maar toch. We hebben maar één planeet. Laten we daar zuinig op zijn.
