Video: De aarde de afgelopen 600 miljoen jaar
Plus een blik in de toekomst. Waar kwamen we vandaan en waar gaan we naar toe? Bekijk deze unieke animatie.
aarde
‘Aarde in 1883 op haartje na aan wereldwijd uitsterven ontsnapt’
In 1883 deed de sterrenwacht van Zacatecas in Mexico een raadselachtige waarneming van nevelachtige objecten. Astronoom Hector Manterola en een paar van zijn collega’s denken nu dat José Bonilla als enige ter wereld getuige was van hoe de aarde meer dan honderd jaar geleden door het oog van de naald kroop…
Insekten of UFO’s?
Op 12 en 13 augustus 1883 deed een astronoom van de kleine sterrenwacht in Zacatecas een opmerkelijke waarneming. José Ãrbol y Bonilla telde zo’n vierhonderdvijftig objecten, elk omringd door een soort mist, die voor de zonneschijf langs trokken. Bonilla publiceerde zijn waarnemingen in een Frans tijdschrift, l’Astronomie, in 1886. De uitgever van dit tijdschrift stond voor een raadsel en veronderstelde dat het hier ging om vogels, insekten of stof die voor Bonilla’s telescoop langs trokken. Anderen zagen sindsdien Bonilla’s waarnemingen als het eerste bewijs voor het bestaan van UFO’s.
Oktober 2011 komen Hector Manterola van de Nationale Autonome Universiteit of Mexico in Mexico Stad en een aantal collega’s met een verschillende, veel verontrustender interpretatie. Ze denken dat Bonilla fragmenten zag van een komeet die kort geleden in stukken is gebroken. Dit verklaart het ‘mistige’ uiterlijk van de brokstukken en waarom ze zich zo dicht bij elkaar bevonden.
Parallax toont dat de brokstukken zeer dichtbij waren
Kometen breken vaak in stukken, dus dit is weinig nieuws. Pas echt spectaculair is dat niemand anders op de planeet de komeet voor de zon langs heeft zien bewegen, zelfs terwijl de dichtstbijzijnde observatoria maar een paar honderd kilometer van Zacatecas lagen. Dit kan worden verklaard door het parallax-effect. Hoe dichterbij een object, des te groter is het effect dat een kleine verschuiving in de afstand op de waargenomen plaats heeft. Een bekende techniek van astronomen om de positie van dichtbij de aarde staande sterren waar te nemen is hun positie op bijvoorbeeld januari en juli exact te meten. Er vindt dan een kleine verschuiving plaats van enkele boogseconden. Hoe groter deze verschuiving, hoe dichterbij de ster staat.
De brokstukken moeten zich dus zeer dicht bij de aarde hebben bevonden, waardoor ze niet voor de zon langs leken te bewegen voor andere waarnemers. De conclusie van Monterola en zijn collega’s: de fragmenten vlogen tussen de zeshonderd en achtduizend kilometer van de aarde langs. Als je bedenkt dat de aarde een diameter van 12 000 km heeft, is dit echt op een haartje na goed gegaan. Het ging hier ook niet om een kleine komeet. Manterola en zijn collega’s schatten dat de komeet ongever zo groot is geweest als die van Halley, 16 x 8 x 8 km, en dat de brokstukken zo’n vijftig tot achthonderd meter in doorsnede waren.
Komeet waargenomen als Pons-Brooks
Er ontbreekt nog één stukje aan de puzzel. Dit moet een behoorlijk spectaculair gezicht zijn geweest. Manterola en zijn collega’s suggereren echter dat we de komeet wel degelijk hebben waargenomen. Het ging om de komeet Pons-Brooks, die datzelfde jaar is waargenomen door Amerikaanse astronomen. Ze wijzen er op dat Bonilla deze objecten gedurende 3,5 uur heeft waargenomen gedurende twee dagen. Dat betekent een gemiddelde van 131 objecten per uur en een totaal van 3275 objecten in de tijd tussen de twee waarnemingsperiodes, met elk fragment minstens zo groot dat het een explosie van het kaliber-Tunguska kon veroorzaken. Als 3275 van dit soort brokstukken de aarde hadden geraakt, was dat vermoedelijk neergekomen op een wereldwijd uitsterven. Als dit klopt, heeft het echt maar een haartje gescheeld of we waren er niet meer geweest.
Worden we door buitenaardse wezens bespied? Technische mogelijkheden
Van weinig onderwerpen raken de gemoederen zo verhit als van het onderwerp buitenaardse beschavingen. Geen wonder. Wat zijn de concrete aanwijzingen dat we buitenaards bezoek hebben?
Drie belangrijke voorwaarden
Als we door buitenaardse wezens worden bespied of gemanipuleerd, zoals veel mensen geloven, moet aan drie voorwaarden zijn voldaan. De eerste is uiteraard dat zich elders in het Melkwegstelsel intelligent leven heeft gevormd dat over voldoende wetenschappelijke en technische kennis beschikt. De tweede voorwaarde is dat de aliens een praktische methode hebben om naar andere sterren te reizen. Ter vergelijking: het ruimtevaartuig Voyager 1, het voor zover we weten snelste en verst verwijderde door mensenhanden vervaardigde voorwerp ooit, heeft in meer dan dertig jaar nu ongeveer 16 lichtuur afgelegd. De dichtstbijzijnde behoorlijke ster, ik heb het niet over een mislukte bruine dwerg, is Alfa Centauri. Deze staat op 4,2 lichtjaar afstand (en heeft voor zover we weten overigens geen planetenstelsel, dus zal geen voor de hand liggende plek zijn). Dat is 2300 maal verder. De volgende ijstijd is hier dus al hoog en breed aangebroken als Voyager 1 op 4,2 lichtjaar van de aarde is.
Statistiek en de ervaringen op aarde pleit voor buitenaardse intelligentie
Er komen heel veel planeten voor waarop zich leven kan ontwikkelen, weten we uit sterbedekkingsdata. We weten ook dat alleen al op de aarde in zeker vijf diergroepen – primaten, papegaaiachtigen, walvisachtigen, olifantachtigen en octopoïden – intelligentie op een redelijk hoog niveau voorkomt. Kortom: het lijkt er veel op dat de ontwikkeling van intelligentie geen toeval is, maar samenhangt met het ontstaan van een complexer ecosysteem, waardoor een complex brein nodig is om voedsel te verzamelen en aan steeds slimmere belagers te ontkomen. Is dat ver-ontwikkelde ecosysteem er eenmaal, op aarde kostte dat meer dan 2,5 miljard jaar, dan ontstaat een evolutionaire wapenwedloop en is het een kwestie van ongeveer een half miljard jaar voor de eerste mensachtige intelligentie in een levensvorm ontstaat.
Zijn de kosmische afstanden niet te groot?
Volgens emeritus hoogleraar theoretische fysica ’t Hooft zijn de afstanden tussen de sterren zo groot dat reizen tussen de sterren onpraktisch zijn. Weliswaar wordt de tijd voor een reiziger verkort als deze vrijwel met de lichtsnelheid reist, maar de hoeveelheid energie in het ruimteschip wordt dan meerdere keren zo groot als de massa in het ruimteschip zelf. Een enkel stofje wordt met deze snelheden al fataal. Zelfs waterstofatomen kunnen het ruimteschip met verwoestende kracht treffen.
Of reizen tussen de sterren werkelijk onpraktisch zijn, is echter, met alle respect, de vraag. Weliswaar zijn de afstanden tussen de sterren enorm, maar niet onoverkomelijk. Een kolonieschip dat een paar honderd jaar onderweg is en met een redelijk veilige 1% van de lichtsnelheid reist (3000 km per seconde), zou de reis naar de dichtstbijzijnde ster kunnen maken. Op deze manier zou een interstellaire beschaving kunnen ontstaan. Aliens met een lange-termijn visie, bijvoorbeeld omdat ze hun levensduur hebben verveelvoudigd, zouden dus lange interstellaire reizen kunnen maken.
Wel zal de benodigde hoeveelheid energie voor zelfs een klein ruimteschip enorm zijn: per kilogram 2,5 miljoen kilowattuur. Bill Gates zou van een scheepje van 24 ton net de energierekening kunnen betalen. Aan de andere kant: een Kardashev-II beschaving, die een complete zon kan oogsten, lacht om dergelijke beperkingen.
Recente ontdekkingen laten (als de data kloppen) zien dat de lichtsnelheid niet zo absoluut is als Einstein doet voorkomen. Hopelijk opent dit de deur naar nieuwe ontdekkingen. Het is niet uit te sluiten dat er een slimmere manier bestaat om de afstanden tussen de sterren te overbruggen. Wel zal dit andere natuurkunde met zich meebrengen dan we op dit moment kennen.
Hebben ze de behoefte om deze kant uit te komen?
Het beantwoorden van de vraag naar de beweegredenen van buitenaardse wezens is een studie op zich. Als we letten op de vijf niet-menselijke groepen dieren die enige vorm van intelligentie hebben ontwikkeld, weten we dat ze nieuwsgierig zullen zijn. Dat kenmerk delen alle vier groepen namelijk met elkaar. We weten alleen niet hoe toekomstige technische vooruitgang en eeuwenlang leven in een overbeschaafde samenleving hun geest zal beïnvloeden. Als ze zich ontwikkelen tot een in zichzelf gekeerde soort, is de kans klein dat ze deze kant uit komen. Aan de andere kant: er hoeft maar één expansieve soort te zijn en in minder dan geen tijd, kosmologisch gesproken, zitten ze over de hele Melkweg verspreid. En laten we eerlijk zijn, we zijn best wel een lachwekkende soort. Wie zou niet op de eerste rang willen zitten om mee te genieten van onze stommiteiten?
Zwaartekrachtsanomalie vlakbij de aarde gevonden
Ruimtevaartuigen die met een flyby manoeuvre snelheid maken, blijken steeds iets teveel snelheid te hebben. Dit niet in een verre uithoek van het zonnestelsel, maar in de buurt van onze knusse derde rots vanaf de zon. UFO’s met trekstralen, bermudadriehoeken of donkere materie? Wat is er aan de hand?
Raadselachtige versnelling
De natuurkunde zoals we die nu kennen, begon in feite met Newtons zwaartekrachtwetten. Deze zijn tegenwoordig vervangen door Einstein’s algemene relativiteitstheorie, waarvan de zwaartekrachtstheorie van Newton bij lage snelheden een benadering is. Na meer dan vier eeuwen onderzoek zou je verwachten dat de verrassingen er wel uit zijn. Integendeel, zo blijkt. Satellieten blijken namelijk door een nog opgehelderde oorzaak een paar millimeter per seconde sneller te vliegen als ze van de aarde wegvliegen. Zo kreeg de Jupitersonde Galileo in 1990 een extra zetje van 4 mm per seconde. 1998 vloog NASA-satelliet NEAR zelfs 18 mm per seconde sneller. Het volgende jaar ging ook Cassini iets sneller, al was het niet veel: 0,11 mm per seconde. Ook de Rosetta sonde van 1999 werd versneld (2 mm/s).
Bermudadriehoek of toch maar frame dragging?
Klaarblijkelijk is er een mysterieuze invloed die deze satellieten een extra boost geeft. Fysicus Stephen Adler houdt het op een wolk donkere materie[1]. Collega Jan-Paul Mbelek, vermoedt dat het gaat om een effect uit de speciale relativiteitstheorie[2]. De draaiende aarde sleept volgens Mbelek de satellieten mee. Wat ook de oorzaak is, feit is dat hier een raadselachtig fenomeen vrijwel op onze kosmische deurmat ligt. We moeten over veel systematisch verzamelde gegevens beschikken om verschillende verklaringen te kunnen toetsen. Zeer vervelend is dat juist op het moment dat de satellieten de aarde het dichtste naderen en het fenomeen zich voordoet, er radiostilte is. Mede om die reden is het fenomeen nog steeds niet opgehelderd.
Meeliften met Galileo
Orfeo Bartolami van de universiteit van Porto heeft een oplossing bedacht: meeliften met Galileo, het Europese GPS systeem. Bijna iedereen in de wereld maakt gebruik van GPS via de satellieten van het Amerikaanse leger. De Amerikanen kunnen in bedreigende situaties de precisie van het GPS signaal verminderen of zelfs uitschakelen. Een akelig idee, want met die Amerikanen weet je het maar nooit, vinden de Europeanen, dus hebben ze hun alternatieve systeem Galileo ontwikkeld. Bartolami’s plan: monteer een zeer nauwkeurige zender op een microsatellietje of op een satelliet die toch al een steile snoekduik richting aardbol maakt, en de kosmische Bermudadriehoek kan op heterdaad worden betrapt. Dit kan voor vijftien miljoen dollar of minder[3]. Een koopje in ruimtevaartkringen. Bartolami – en zijn collega’s in het zwaartekrachtsonderzoek-wereldje – hopen nu dat de Galileo directie kan worden overgehaald hun project te combineren met een wetenschappelijk prestigerijk experiment.
Bronnen
1. Stephen Adler, Can the Flyby Anomaly be Attributed to Earth-bound Dark Matter, Arxiv.org (2008)
2. Jean-Paul Mbelek, Special Relativity May Account for the Spacecraft Flyby, arxiv.org (2009)
3. Orfeu Bartolami, Probing The Flyby Anomaly With The Galileo Constellation, arxiv.org (2011)
‘Meeste bewoonbare exo-aardes woestijnplaneten’
Woestijnplaneten, die veel weg hebben van de planeet Arrakis in de science fiction klassieker Duin, of Tatouine uit de Star Wars-cyclus, zijn waarschijnlijk het meest voorkomende type bewoonbare planeet in de Melkweg, aldus onderzoekers. Ook was Venus volgens hun onderzoek slechts één miljard jaar geleden nog een bewoonbare woestijnplaneet. En loopt het voor de aarde minder akelig af dan tot nu toe vermoed.
Zonder water geen leven
Water is absoluut noodzakelijk voor leven. De zoektocht naar leven elders in het universum heeft zich grotendeels geconcentreerd op waterrijke oceaanwerelden met heel veel vloeibaar water op hun oppervlak. Je kan dan denken aan grotendeels met een oceaan overdekte planeten, zoals de aarde, of nog nooit aangetroffen planeten met een honderden kilometers dikke laag water. Een soort ontdooide versie van Jupiters ijsmanen Ganymedes en Europa, zeg maar.
Om bewoonbaar te zijn moeten planeten zich in een “Goudlokjeszone” bevinden, genoemd naar de hoofdpersoon in een sprookje die haar pap niet te heet of te koud wilde. Te ver van de zon verandert een planeet in een ijsbal, zoals de manen van Jupiter. Te dicht bij de zon verandert een planeet in een verschroeiende hel zoals Venus of de door de zon geblakerde Mercurius. Te dicht bij de zon verdampt er zoveel water dat er een zeer sterk broeikaseffect ontstaat. De waterdamp valt door de zonnestraling uiteen in waterstof en zuurstof. Waterstof is te licht om vastgehouden te worden door de planeet, de zuurstof reageert met de koolstof in de korst tot kooldioxide of wordt opgeslokt door het ijzer, silicium en aluminium in de korst.
Woestijnplaneet Arrakis blijkt vaker voor te komen dan voor mogelijk werd gehouden
De onderzoekers werden geïnspireerd door Dune, het door science fiction schrijver Frank Herberts bedachte epos. Hierin terroriseren honderden meters lange zandwormen een woestijn zo groot als een planeet en produceren de in Herberts fictionele universum zeer gewilde specie, een goedje dat telepathische vermogens opwekt en het leven verlengt. Planetoloog Kevin Zahnle noemt Arrakis een buitengewoon goed uitgewerkt voorbeeld van een woestijnplaneet. Op Arrakis, in feite een warmere en grotere versie van Mars, zijn alleen de polen leefbaar met misschien hier en daar een kleine oase.
De bewoonbare zone in ons zonnestelsel, vergeleken met die van het rode-dwergsterretje Gliese 581 is op de afbeelding rechts te vinden.
Volgens de onderzoekers zorgt de schaarste van water op een woestijnplaneet, dat deze minder kieskeurig is wat betreft de afstand tot de ster dan een waterrijk lustoord. Een landplaneet heeft bijvoorbeeld minder water dat kan bevriezen tot ijs of sneeuw, die zonlicht terugkaatst. Inderdaad is dit een berucht effect van grote ijsmassa’s en de reden dat ijstijden zo lang duren. Volgens de onderzoekers absorbeert de bodem van de planeet meer zonnehitte en maakt dit ook koudere regionen dan anders nog leefbaar. Het gebrek aan waterdamp betekent ook dat dit krachtige broeikasgas ontbreekt en dus in theorie minder hitte vast houdt. Dit sluit volgens de onderzoekers uit dat zich een broeikaseffect ontwikkelt. Ook betekent minder waterdamp ook minder water dat door UV-straling in waterstof en zuurstof gesplitst kan worden.
In hun model gingen Yutaka Abe van de Universiteit van Tokyo met Zahnle en hun collega’s aan het rekenen met een aantal simpele driedimensionele klimaatmodellen voor aardachtige planeten. Voor hun simulaties van landplaneten lieten ze de aardse daglengte, luchtdruk en kooldioxidegehaltes onveranderd, maar verwijderden oceanen en plantengroei. Alleen grondwater diep onder de grond bleef behouden. Een verrassende uitkomst: de bewoonbare zone voor een landplaneet is maar liefst drie keer groter dan die voor een oceaanplaneet. Hun conclusie: de eerste bewoonbare exo-aarde die we vinden zou wel eens meer weg kunnen hebben van een bovenmaatse woestijn dan van de Stille Oceaan.
Woestijnplaneet blijft in veel groter gebied leefbaar
Ze ontdekten ook dat een waterplaneet in een ijsbal verandert als de hoeveelheid zonlicht onder de 72% tot 90% van dat van de aarde vermindert (afhankelijk van de stand van de draaias). Landplaneten bleken veel beter bestand tegen bevriezing. Pas als de hoeveelheid zonlicht daalde onder de 58% tot 77%, bevroor de woestijnwereld. Dit effect rekte de bewoonbare zone enorm uit. Als een woestijn-aarde zich op de plek van Mars had bevonden, met 44% van de aardse hoeveelheid zonnestraling, was de planeet met een wat sterker broeikaseffect dan hier, nog bewoonbaar geweest.
Woestijnplaneten blijken, wat minder verrassend wellicht, ook beter bestand tegen veel zon dan waterplaneten. Als de hoeveelheid zonlicht met 35% toeneemt is een waterplaneet zoals de aarde reddeloos verloren. Daarentegen kan de hoeveelheid zonlicht toenemen tot 170% van de aardse waarde, voor er geen plaats meer is waar vloeibaar water kan bestaan.
Zahnle denkt echter dat deze woestijnplaneten toch op de nodige punten verschillen van Arrakis. Zo zouden de poolstreken op een woestijnplaneet aanmerkelijk leefbaarder zijn dan op Arrakis – kleine stroompjes, meertjes en dergelijke zouden veel voorkomen. De planeten zijn te ontdekken door te letten op hun vrije-zuurstofgehalte. Water komt op veel plaatsen in het universum voor, dus is minder geschikt om leven te vinden, stelt Zahnle. Hij denkt daarom dat er eerder bewoonbare woestijnplaneten worden gevonden dan waterwerelden. De woestijnplaneten kunnen dichter bij de centrale ster staan, waardoor ze die eerder laten schommelen of voor de ster langs bewegen en zo sneller worden ontdekt.
Wordt de aarde een woestijnwereld?
Volgens onderzoekers zal ook de aarde zelf in een woestijnwereld veranderen. Elke miljard jaar wordt de zon negen procent helderder. De zonnestraling zal uiteindelijk het vloeibare water op de planeet splitsen in waterstof en zuurstof. De onderzoekers hebben echter een opwekkend bericht. De aarde blijft veel langer bewoonbaar dan gedacht. Waarschijnlijk zal de aarde aan het rampzalige broeikaseffect kunnen ontsnappen dat Venus in een hel veranderde. ‘Slechts’ een derde van de oceanen zal wegkoken voordat de zon in een rode reus verandert.
Was Venus ooit bewoonbaar?
Volgens de berekeningen van de wetenschappers is het antwoord hierop ja. Ze gingen er hierbij van uit dat Venus ooit over oceanen beschikte – waar het extreem hoge gehalte aan deuterium in het zwavelzuur in de atmosfeer van Venus inderdaad op wijst. Volgens de onderzoekers ging Venus door een periode waarin de planeet droog was, maar bewoonbaar.Venus kon zelfs tot een miljard jaar geleden een leefbare woestijnplaneet zijn geweest met vochtige polen en een geblakerde evenaar. Zijn we net een miljard jaar te laat geëvolueerd om Venus te koloniseren?
Bron:
Astrobiology Magazine
‘Brokstukken aarde zaaiden leven in de rest van het zonnestelsel’
Lang hebben astronomen meteorieten bestudeerd die afkomstig zijn van de maan of van Mars. Deze kwamen vrij als gevolg van zware inslagen op deze hemellichamen. Uiteraard zijn er op aarde ook dergelijke zware inslagen geweest. Zou de aarde andere planeten hebben ingezaaid met leven? Of zelfs exoplaneten?
Nieuw leven komt voort uit de dood
De gedachte is op zich niet nieuw. Al eerder veronderstelde Visionair.nl dat dit de verklaring zou kunnen zijn voor bepaalde raadselachtige meteorieten met mogelijke sporen van eencelligen.
Hoeveel overblijfselen van meteorietinslagen op aarde zouden er nu door het zonnestelsel – of nog verder – zwerven? Verschillende astronomen hebben hierop hun simulatieprogramma’s en/of berekeningen op los gelaten en hebben bestudeerd wat er gebeurt als een meteoriet formaat-Chicxulub (de dinosaurusdoder) een regen van aards puin rondstrooit. Wie weet heeft de asteroïde die de dino’s doodde, leven gebracht op een verre wereld.
Hun voorlopige conclusie tot nu toe: het is relatief gemakkelijk voor brokstukken van de aarde om de maan of de binnenplaneet Venus (of de mogelijk waterijs bevattende polen van Mercurius) te bereiken. Volgens hun berekeningen zal echter maar weinig Chicxulub-puin op Mars of nog verder het zonnestelsel in terecht zijn gekomen omdat zowel de zwaartekracht van de aarde als van de zon overwonnen moet worden.
Deeltjes veel verder verspreid dan tot nu toe gedacht
Mauricio Reyes-Ruiz van de Universidad Nacional Autonoma de Mexico en enkele collega’s hebben nu de grootste computersimulatie ooit van de gevolgen van een inslag op aarde uitgevoerd. Meer dan tienduizend testdeeltjes worden vanaf de aarde in de rest van het zonnestelsel rondgestrooid. Ze hebben de simulatie vijf keer herhaald, steeds met hogere impactsnelheden van de asteroïde.
Met verrassende uitkomsten.
Zo blijken er ongeveer honderd maal meer deeltjes op Mars terecht te komen dan tot nu toe gedacht. En de grootste verrassing: bij hoge snelheden is de kans dat de deeltjes op Jupiter terecht komen veel groter dan op Mars. En, zoals bekend, heeft Jupiter enkele ijsmanen met een oceaan onder een kilometers dikke laag ijs. De gedachte is adembenemend. Zouden aardse bacteriën de oversteek naar de gastvrije oceanen van Europa gemaakt kunnen hebben? Dit laatste hebben de Mexicanen onderzocht. Ze hebben de simulatie tot 30 000 jaar na de inslag voortgezet – volgens veel astrobiologen de maximale tijd dat aardse levensvormen in de ruimte kunnen overleven.
Er is alleen één maar. Er is alleen bekend hoeveel deeltjes Jupiter bereikt hebben. Niet hoeveel brokstukken de ijsrijke manen Ganymedes, Callisto of Europa hebben bereikt. Overigens zouden bepaalde bacteriën het mogelijk ook op Jupiter zelf kunnen uithouden. Jupiter kent atmosferische lagen waarin waterdruppeltjes voorkomen en op aarde zijn bacteriesoorten bekend die hun leven in de wolken doorbrengen. Vooral als een poreus, weinig massief brokstuk op de gasreus zou belanden zou het in kleine stukjes uit elkaar kunnen vallen en zo de gasreus kunnen inzaaien.
‘Aards leven onderweg naar de sterren’
En hierna – letterlijk- de grootste verrassing. Naar blijkt, verlaat een groot deel van alle deeltjes het zonnestelsel geheel. meer deeltjes komen in de interstellaire ruimte terecht dan op alle planeten gezamenlijk, inclusief de aarde zelf. Als zeer taaie organismen als bacteriën of beerdiertjes de onbarmhartige omstandigheden -denk aan de sterke straling – in de interstellaire ruimte langer kunnen verdragen dan astrobiologen denken, zou het leven op aarde zelfs onderweg kunnen zijn naar andere sterren. Al eerder hebben wetenschappers het idee geopperd om een grote wolk met bacteriën gevulde microruimtescheepjes richting sterren te sturen om zo, als we de aarde door een of andere stommiteit opblazen, we in ieder geval andere, intelligentere wezens laten ontstaan die niet zo stom zijn als wij. Wie weet is Moeder Natuur ons wel voor geweest en is het backup-plan voor het leven nu in volle gang.
Of, mutatis mutandis, uiteraard: het leven op aarde afkomstig kunnen zijn van andere zonnestelsels dan dat van ons. Het heelal is meer dan dertien miljard jaar oud. Onze aarde is 4,6 miljard jaar oud. Uit astronomische waarnemingen is bekend dat zelfs in sommige zeer jonge melkwegstelsels al grote hoeveelheden water, alsmede koolstof, zuurstof, stikstof en dergelijke voorkwamen – noodzakelijk om leven te doen ontstaan.
De ruimte zou wel eens heel wat minder doods kunnen zijn dan deze lijkt.
Wat zou gebeuren als de zon zou verdwijnen?
Alles op aarde, enkele diepzeewormen uitgezonderd, is afhankelijk van de zon. Wat zou er gebeuren als van het ene op het andere moment de zon er niet meer zou zijn? Hoe lang zouden we in leven kunnen blijven? Een tijdlijn.
Acht minuten van zalige onwetendheid
De zon staat op ongeveer 150 miljoen kilometer, acht lichtminuten, van de aarde. De eerste acht minuten zouden we dus niets merken. Immers, het licht en de andere invloeden van de zon kunnen niet sneller dan de lichtsnelheid, ongeveer 300 000 km per seconde.
Licht, zwaartekracht en de maan ‘verdwijnen’
Dan zou op de helft van de aarde die door de zon wordt beschenen, van het ene op het andere moment de nacht invallen en de sterren zichtbaar worden, als er tenminste geen wolkendek is. Ook de maan zou vrijwel onzichtbaar worden. Als het volle maan is, dat wil zeggen dat de maan het verste van de zon af staat, dan zou de maan nog 2,6 seconde langer zichtbaar zijn, de tijd die het licht nodig heeft om van de aardbaan naar de maan te reizen en weer terug, voor de eeuwige duisternis invalt. Alleen het zwakke licht van de sterren laat dan de maan nog oplichten.
Als de zon verdwijnt, betekent dat dat ook de zwaartekrachtsput van de zon in één klap verdwijnt. We merken dat door een lichte schok. De aarde beweegt niet meer om de zon, maar volgt nu een rechte lijn. Dat wil zeggen dat we elke nacht altijd dezelfde sterren zullen zien. De aarde blijft nog wel om zijn as draaien, maar er zijn geen seizoenen meer.
Langzamerhand zien we ook andere hemellichamen oplossen in het niets. Mercurius en Venus zijn al tegelijkertijd of enkele minuten na de zon verdwenen, binnen een half uur tot een uur volgt Mars. Na tien uur zijn zelfs Neptunus en Pluto onzichtbaar geworden. De sterren blijven uiteraard zichtbaar. Met een infraroodkijker blijven ook de reuzenplaneten zichtbaar. Jupiter straalt bijvoorbeeld meer dan twee keer zoveel energie (in de vorm van warmte) uit als de zon aan Jupiter geeft. Jupiter of een andere reuzenplaneet zal niet in staat zijn de aarde in te vangen. Daarvoor is de bewegingssnelheid van de aarde, die immers dicht bij de zon staat, met dertig kilometer per seconde te hoog.
Winter in de tropen
De temperaturen gaan nu snel dalen. Elke nacht daalt de temperatuur al een graad of vijf, bij een dik wolkendek, tot een graad of veertig, in woestijnklimaten. Nu de zon er niet meer is om deze afkoeling te stoppen, daalt na enkele dagen op het grootste deel van het landoppervlak de temperatuur tot onder het vriespunt. Gelukkig biedt de zee nog even respijt. Er is namelijk heel veel warmte opgeslagen in water en voordat die warmte verdwenen is, gaat er veel tijd voorbij. Nu de lucht snel afkoelt, vormt de waterdamp sneeuw.
Het gaat overal sneeuwen, eerst in de buurt van de polen en uiteindelijk ook op de evenaar. Binnen een week is de gemiddelde temperatuur op aarde dertig graden onder nul. Er vallen in tropische landen binnen een week miljarden doden, omdat de mensen daar deze kou niet gewend zijn en zich nauwelijks kunnen beschermen. De ijskap op Antarctica en op de Noordelijke IJszee breidt zich snel uit naar de tropen. Op zee en op kleine eilanden in de tropen blijft het klimaat nog het langste behaaglijk. Dan, na enkele weken, vriest de zee overal dicht. Ook in landen als Nederland geven kolen- en gascentrales het op als de temperaturen Siberische diepten bereiken. Met gevaar voor eigen leven proberen de technici de centrales zo lang mogelijk nog te laten werken. Nederland en België veranderen in een levenloze ijswoestijn vol doodgevroren dieren en mensen. Zaden in rust en winterharde bomen kunnen het nog enkele tientallen jaren of langer volhouden. In feite wordt biologisch materiaal zo goed gehouden. Alleen in de Limburgse mergelgrotten en andere mijnen kunnen overlevenden nog even schuilen, tot ook hun voedsel en energie opraakt. En de lucht.
Atmosfeer bevriest
Dit was de laatste effectieve rem. Nu alle water bevroren is en de aardoppervlakte bedekt is met een isolerende sneeuwdeken, is er weinig meer dat de afkoeling tot in de buurt van het absolute nulpunt kan stoppen. Daalt de temperatuur tot ver onder de honderd graden onder nul, dan bevriest eerst de kooldioxide, dan de stikstof en uiteindelijk de zuurstof. Als alle lucht bevriest, ontstaat een dikke laag sneeuw. Kooldioxide vormt maar 0,04% van de atmosfeer, dus het kooldioxidelaagje is maar een dun laagje rijp, enkele millimeters. Vervolgens wordt eerst de zuurstof (onder de 82 kelvin, 82 graden boven het absolute nulpunt dus) en dan de stikstof (79 kelvin) vloeibaar.
De aarde wordt dan bedekt door een zee van vloeibare zuurstof en stikstof van ongeveer tien meter diep. Dit gebeurt na enkele maanden. Overlevenden moeten dus niet alleen voldoende voedsel en energie hebben, maar ook over reservelucht beschikken of ruimtepakken om zuurstof te “oogsten”. Het is natuurlijk nog veel slimmer om onderaardse kwekerijen te bouwen, zo komen de overlevenden zowel aan zuurstof als voedsel. Als de temperatuur daalt tot onder de twintig kelvin, zal ook deze zee bevriezen. Zowel bij het vloeibaar worden als het bevriezen van de lucht komt de nodige warmte vrij.
IJsland: het beloofde land
Aardwarmte, op dit moment leverancier van twee procent van alle energie op aarde, wordt dan de enige energiebron die we aan kunnen spreken. IJsland bestaat grotendeels uit vulkanen en het land beschikt over heel veel aardwarmte. Sterker nog: het land draait er voor het grootste deel op. Je wilt als overlevende dus graag in IJsland of in de buurt van een of andere actieve vulkaan zitten. De Vulkaaneifel is een goede kandidaat. Dus verdwijnt de zon, boek dan snel een enkele reis Reykjavik. Of graaf een diepe tunnel onder je vakantiehuisje op de Vesuvius.
Aardwarmte als reddende engel
Deze aardwarmte houdt echter ook de aarde een beetje warm. Op dit moment geeft de aarde ongeveer een tiende watt per vierkante meter vermogen af. Dat is heel weinig. Als mens produceer je 200 watt, ongeveer evenveel vermogen als een half voetbalveld aan aardwarmte ontvangt. Maar dankzij de dikke isolerende ijsdeken van atmosfeer en dichtgevroren oceanen is er ook niet erg veel nodig om diep onder de oppervlakte warm te blijven. Er werd tot voor kort gedacht dat na maximaal duizend jaar de oceanen geheel dicht zijn gevroren[1].
Nu weten we dat het iets genuanceerder ligt, zie dit artikel. Aan de oppervlakte van de aarde zal uiteindelijk een evenwichtstemperatuur van dertig kelvin bereikt worden, wat betekent dat een deel van de lucht vloeibaar zal blijven, waarop zuurstof- en stikstofijs drijven. Als de aarde 3,5 maal zo zwaar zou zij als nu, zouden de oceanen vloeibaar blijven. Na ongeveer duizend jaar zullen de abyssale vlakten dus geheel dichtgevroren zijn, maar de kans is zeker groot dat in de buurt van subductiezones, waar twee aardplaten uit elkaar worden getrokken, toch kleine delen van de oceaan vloeibaar blijven. Door de afkoeling zullen de aardplaten vermoedelijk veel dikker worden. Het vulkanisme wordt zo veel explosiever. Overlevenden zullen dus waarschijnlijk in kleine kolonies wonen rond vulkanische hotspots. Energie zal dé beperkende factor zijn. Het zal van levensbelang worden om alternatieve energiebronnen, zoals kernfusie, aan te boren. Aan de andere kant: de enkele duizenden overlevenden kunnen uiteraard veel langer doen met de uranium- en thoriumvoorraden dan wij.
Bronnen
1. Caltech Question of the Month: If the sun ceased to exist right now, how long would mankind survive?” Would the oceans freeze?
2. ArXiv.org
‘Leven begonnen in ijs’
In de bekende levensvormen anno nu slaat het DNA de informatie op en doen eiwitten het werk. De meeste wetenschappers zijn het er over eens dat het eerste leven ontstond uit RNA. RNA kan namelijk zowel informatie opslaan als iets ‘doen’. Maar waar kwam RNA vandaan? RNA is namelijk niet erg stabiel. Volgens biochemicus Holliger is er maar één logische verklaring.
Wat is RNA?
RNA is minder bekend dan DNA. RNA vervult in onze cellen de rol van ‘kladpapier’ dat van DNA wordt gekopieerd en vervolgens weer wordt vertaald, in eiwitten deze keer. Ook het celonderdeel dat RNA vertaalt in eiwitten, het ribosoom, bestaat zelf bijna helemaal uit RNA.
RNA is dus heel erg belangrijk, want zonder RNA zou ons DNA niet gelezen kunnen worden. Nu is het bijzondere aan RNA dat het zowel informatie bevat (zoals DNA) en als enzym kan werken (zoals een eiwit). Een molecuul dat zowel informatie draagt als iets kan doen is uiteraard de ideale kandidaat om de oorsprong van het leven te zijn.
Bezwaren tegen RNA: molecuul leeft erg kort
DNA blijft tienduizenden jaren goed. Daarom kan er zelfs nu nog DNA van Egyptische mummies, Neanderthalers en mammoeten worden gevonden en willen sommige onderzoekers proberen de mammoet weer tot leven te wekken. Dat geldt niet voor RNA. Het molecuul houdt het niet langer dan enkele uren tot dagen uit. Dat is uiteraard niet erg handig voor een proto-levensvorm. Sommige onderzoekers gebruiken dit argument om de RNA-wereld hypothese naar hartenlust af te branden.
Andere onderzoekers zijn bezig omstandigheden te verzinnen waaronder RNA wel lange ketens kan hebben gevormd die stabiel genoeg waren om zich tot een vorm van protoleven te ontwikkelen. In één theorie ligt de wieg van het leven in ijs. Bij temperaturen rond het vriespunt bestaat RNA namelijk veel langer dan op kamertemperatuur.
Is het leven in ijs ontstaan?
Als water bevriest, klitten de watermoleculen samen om zuiver ijs te vormen. De opgeloste stoffen, zoals RNA, worden geconcentreerd in het water dat overblijft. In een experiment voegde biochemicus Holliger een ribozym (een RNA-enzym) toe aan een ‘oerbrouwsel’ van RNA-nucleotiden (‘bouwstenen’ van RNA). Hij ontdekte dat het ribozym veel langer actief bleef in de ijzige omgeving. In het ijs kan zich mogelijk een soort Darwinistische evolutie tussen verschillende RNA-strengen hebben ontwikkeld, waarbij uiteindelijk sommige strengen er in slaagden om samen te werken en een primitieve celwand te vormen. Pas op het moment dat het leven er in slaagde DNA te ontwikkelen, konden hete, minder gastvrije omgevingen worden gekoloniseerd. Dat laatste overigens met succes. Er zijn nu levensvormen die tot boven de honderd graden kunnen leven.
Bronnen
Olexandr Isayev, Cold start of Life: Ice as a protocellular medium for RNA replication (2010)
Attwater, J., Wochner, A., Pinheiro, V., Coulson, A., & Holliger, P. (2010). Ice as a protocellular medium for RNA replication Nature Communications, 1 (6), 1-8 DOI: 10.1038/ncomms1076
Aarde verwijdert zich van de zon: waarom?
Naar schatting verwijdert de aarde zich ieder jaar zo’n 15 cm van de zon. Waarom? Een kosmisch raadsel dicht bij. Onderzoekers staan voor een raadsel. Tot nu toe. Tahako Miura heeft mogelijk de oplossing gevonden.
Aarde en zon drijven uit elkaar
Al duizenden jaren proberen astronomen in te schatten hoe ver de zon van de aarde staat. Zo was er bijvoorbeeld de Griekse natuurkundige en astronoom Aristarchos van Samos die in de derde eeuw voor Christus leefde. Hij schatte dat de zon twintig keer verder van de aarde stond dan de maan. In werkelijkheid staat de zon op 150 miljoen km van de aarde, dat is vierhonderd keer verder dan de maan.
Nu beschikken we, anders dan de arme Aristarchos die het met waterklokken, zonnewijzers en meetstokken moest doen, over zeer nauwkeurige meetapparatuur. Met behulp van radarmetingen aan verschillende hemellichamen in het zonnestelsel en het nauwkeurig tracken van interplanetaire ruimtesondes, is de afstand aarde-zon zeer nauwkeurig bekend. Op dit moment (2011) is de waarde vastgesteld op 149 597 870,696 km. Twee Russische onderzoekers, Gregoriy A. Krasinsky en Victor A. Brumberg, berekenden in 2004 dat de zon en aarde ongeveer 15 cm per jaar uit elkaar drijven. Over vijf miljard jaar, als de zon een verschroeiende rode reus wordt, zou de aarde dus ongeveer een half procent verder weg staan. We kunnen de aarde tegen die tijd dus beter een handje helpen.
Oorzaak: tot nu toe onbekend
Dit is honderd keer meer dan de meetfout, dus deze uitkomst berust niet op toeval. Maar wat veroorzaakt dit effect? Verschillende ideeën zijn al overwogen. Sommigen denken dat de zon zoveel massa verliest, door kernfusie en het uitstoten van zonnewind, dat de aantrekking tot de aarde vermindert. Andere meer exotische verklaringen zijn dat de zwaartekrachtsconstante G van grootte vermindert, een gevolg van kosmische uitzetting is of zelfs dat donkere materie de boosdoener is. Geen van deze verklaringen bleek echter bevredigend.
Of toch bekend?
Takaho Miura en drie collega’s van de Hirosaki Universiteit in Japan denken dat ze het antwoord hebben gevonden: getijdeeffecten. Zon en aarde drukken elkaar weg door de getijden die ze bij elkaar opwekken. Dit proces zorgt er overigens ook voor dat de maan zich van de aarde verwijdert met ongeveer 4 cm per jaar. De energie die elke keer vrijkomt bij de getijden wordt geleverd door de rotatie van de aarde (deze wordt steeds langzamer). Miura en zijn groep denken dat de aarde ook een (zeer kleine) getijdegolf in de zon opwekt. Door de interactie met de aarde en de andere planeten (uiteraard vooral de gasreus Jupiter, die meer dan duizend keer zwaarder is dan de aarde) tolt de zon elke eeuw drie milliseconden langzamer. Op dit moment roteert de zon nog ongeveer een keer per maand. Door de impulsoverdracht tussen aarde en zon stoten de twee hemellichamen elkaar langzaam af. Een vergelijkbaar effect zal uiteraard ok op de andere planeten inwerken.
Nieuwe planeetklasse: de superaarde
We dachten dat het indelen van planeten makkelijk was. Er zijn kleine, rotsachtige planeten zoals de Aarde en Mars. Dan zijn er de gigantische gasreuzen en ijsreuzen, zoals Jupiter en Uranus. Zo is het in ons zonnestelsel tenminste ‘geregeld’. Naar nu blijkt, is dat een uitzondering. Er bestaat een derde klasse van planeten: de superaardes, die de massa van een ijsreus hebben, maar helemaal opgebouwd zijn uit vast materiaal.
Zonnestelsel is uitzondering
Astronomen hebben zich lang afgevraagd waarom sommige planeten zich ontwikkelden tot rotsklompen en andere veranderden in een gasreus. In de gangbare theorieën had dit het een en ander te maken met de afstand tot de zon. De eerste gasreus, Jupiter, bevindt zich op een plek waar het zo koud is dat waterstof niet wegkookt uit de atmosfeer. Maar toch. Waarom bestaan er in het zonnestelsel geen planeten die half gasreus, half aardachtige planeet zijn? Tenzij je Venus zo ziet, misschien.
Astronomen hoeven zich deze vraag niet meer te stellen. Nu er steeds meer exoplaneten opduiken, wordt steeds duidelijker dat ons zonnestelsel een uitzondering is. In veel exo-zonnestelsels banjeren monsterachtig grote “hete Jupiters” op zeer korte afstand van hun moederster rond. Dit is overigens ook de reden waarom ze zo makkelijk konden worden ontdekt: ze laten daardoor de bijbehorende ster flink schommelen.
Superaardes
Ook een tweede, onverwachte nieuwe klasse planeet dook op. Aardachtige planeten, maar dan met een massa zo groot als die van ijsreuzen als Uranus of Neptunus. Onmogelijk, volgens gangbare astronomische modellen. Deze planeten zijn immers zo zwaar, dat ze waterstof en helium opslokken tot ze veranderen in een gasreus. Desondanks duikt de ene superaarde na de andere op. Uit sterbedekkingen weten we dat ze compact zijn, dus een hoge dichtheid hebben en geen extreem dichte atmosfeer. De vraag blijft uiteraard: waar komen deze superaardes vandaan? Waardoor zijn ze niet veranderd in gasreuzen? En misschien wel de belangrijkste vraag: waarom is er geen superaarde in ons zonnestelsel, bijvoorbeeld op de plek van Mars? Ons zonnestelsel blijkt steeds uitzonderlijker dan eerder gedacht.
Hoe kunnen deze superaardes zich vormen?
Haghighipour beschrijft in zijn artikel de verwarring op dit moment onder planetologen. Het is makkelijk om gasreuzen te verklaren – gasreuzen vormen zich uit lokale verdichtingen en als twee gasreuzen (of een gasreus en een aardachtige planeet) botsen, slokken ze elkaar op. Het is ook makkelijk om te verklaren hoe kleine stofjes aaneensinteren tot objecten van ongeveer een centimeter. De grote problemen zitten hem in de groei van een grootte van een knikker tot de grootte van een maan. Planetoïden, bijvoorbeeld, worden nu steeds kleiner door botsingen. Maar misschien worden sommige proto-gasreuzen drooggekookt door de centrale ster en zorgde de gasenvelop er voor dat ze makkelijk kleinere hemellichamen konden opslokken. Zou de aarde begonnen zijn als gasreus? Of zouden sterrenzaden het begin geleverd hebben?
Bronnen
1. Super Earths: a new class of planetary bodies, Arxiv.org (2011)