Het moet een bizarre ervaring zijn voor een aardbewoner. Twee zonnen, waardoor sommige dagen van het jaar de nacht nog maar een kwart dag duurt. Maak kennis met misschien wel de meest bizarre bewoonbare exo-aarde tot nu toe.
Eerder werd gedacht dat 55 Cancri f een gasreus is. Het blijkt nu een superaarde. Het leven is hard voor astronomische kunstenaars.
55 Cancri f draait om een oranje dwergster ongeveer veertig lichtjaar ver weg in het sterrenbeeld Kreeft. Met enige goede wil en een generatieschip dat een paar honderd jaar onderweg is, op reisafstand dus. Kaspar von Braun van het California Institute of Technology in Pasadena en enkele collega’s hebben voor het eerst de baan van 55 Cancri f in detail berekend. Huin conclusie: 55 Cancri f bevindt zich in de bewoonbare zone, waarin vloeibaar water kan bestaan.
Vloeibaar water is iets waar geen enkele levensvorm op aarde buiten kan en daarmee letterlijk een levensvoorwaarde. Hoewel de planeet een veel elliptischer baan heeft dan de aarde, brengt de planeet driekwart van zijn tijd door in de bewoonbare zone. Dat betekent dat een kwart van de tijd de planeet lijdt onder een verschroeiende zomer. Ook zal de elliptische baan vermoedelijk heel wat vulkaanuitbarstingen veroorzaken. De planeet heeft ook een jaar dat ongeveer even lang is als het aardse jaar.
Als het broeikaseffect redelijk groot is, kan de planeet er zelfs het hele jaar door vloeibaar water op na houden.
Er is echter een maar. De planeet heeft ongeveer de massa van de ijsreus Neptunus, zeventien maal die van de aarde, maar dan samengeperst in een veel kleiner volume. De oppervlaktezwaartekracht zal dus meer dan twee keer zo hoog zijn als hier: een persoon van tachtig kilo weegt op 55 Cancri f bijna tweehonderd kilo. Ook zal de veel hogere massa dan die van de aarde vermoedelijk leiden tot een veel dikkere atmosfeer, dus een sterker broeikaseffect. In combinatie met de relatief kleine afstand tot de centrale ster, betekent dat waarschijnlijk dat de planeet behoorlijk heet is en veel weg heeft van Venus.
Ook de twee zonnen zullen een verpletterende indruk maken. Het zonnestelsel bestaat uit een oranje dwergster (K-klasse, voor de liefhebbers), waar een veel lichtere M-klasse rode dwergster omheen draait. Deze staat op een afstand van ongeveer 1000 AE, dat is dertig keer verder dan de verste planeet, Neptunus. De rode dwerg zal er dus uitzien als een zeer felle rode ster, al is het licht sterk genoeg om zwakkere sterren onzichtbaar te maken. Zou 55 Cancri f een gewild vakantieoord worden, mocht Einstein het bij het verkeerde eind hebben en we sneller dan het licht kunnen reizen? Of zullen we een reuzenvariant van Venus ontdekken?
Niet alleen de afstand van een planeet tot een ster, maar ook de plaats van de ster in de Melkweg moet aan strenge voorwaarden voldoen om leven mogelijk te maken. Ongeveer anderhalf procent van de Melkweg is in staat complex leven te onderhouden. Wat maakt onze omgeving zo uniek?
Twee Goudlokjeszones
Astrobiologen hebben lang discussie gevoerd over het idee dat planeten alleen in staat zijn leven te ondersteunen als vloeibaar water op het oppervlak van de planeet bestaat. Het is duidelijk dat dit aleen lukt als de temperatuur van de planeet op die van de aarde lijkt. Dat op zijn beurt stelt weer eisen aan de afstand van de planeet tot zijn ster. De zoektocht naar planeten in deze zogeheten Goudlokjeszone (of bewoonbare zone) is nu met de lancering van exoplanetensatelliet Kepler in een stroomversnelling geraakt. Echter: de ontwikkeling van leven stelt nog een tweede voorwaarde. Er zijn namelijk maar een beperkt aantal sterren, geconcentreerd in een klein deel van de Melkweg, waaromheen zich aardachtige planeten kunnen vormen.
Volgens het standaardmodel op dit moment bevinden deze sterren met aardachtige planeten in een torus (donutachtige ring) met een dikte van enkele duizenden lichtjaar rond het centrum van de Melkweg. Bewoonbare planeten vormen zich niet snel dicht bij het galactische centrum of er ver vandaan.
Leven blijkt in veel groter gebied mogelijk
Een supernova (rechts) staat op het punt een einde te maken aan het leven op een planeet in het centrum van de Melkweg.
Michael Gowanlock van de Universiteit van Hawaii in Honolulu en enkele van zijn collega’s, komen nu echter met een nieuwe kaart van de bewoonbare zone in de Melkweg welke afwijkt van dit standaardmodel. De bewoonbare zone van de Melkweg is veel complexer dan een simpele torus.
De nieuwe kaart gebruikt de laatste ontdekkingen over exoplaneten om de bewoonbare zone in de Melkweg vast te stellen. In het bijzonder hebben astronomen kort geleden vastgesteld dat exoplaneten zich veel sneller rond sterren met veel zware atomen vormen, dan rond sterren die vrijwel alleen uit de twee lichtste elementen, waterstof en helium, bestaan: een eigenschap die metalliciteit wordt genoemd. De eerste sterren in het heelal, populatie-III, bestonden geheel uit de tijdens de Big Bang gevormde waterstof en helium (en een spoortje lithium), maar genereerden zwaardere elementen toen ze uitgeput raakten en explodeerden als supernova. De volgende generatie (populatie-II) sterren vormde zich uit de overblijfselen van deze supernova’s en bevatten zo zwaardere elementen. Supernova’s vormen zich vooral in het centrum van de Melkweg, waar de sterren dicht opeengepakt zijn. Helaas hebben supernova’s de onhebbelijke eigenschap alle leven tot op enkele lichtjaren afstand te steriliseren. Het vernietigende stralingsbombardement van een supernova laat weinig over van de atmosfeer van een aardachtige planeet. Zonder atmosfeer zijn er maar weinig mogelijkheden voor complex leven om zich te ontwikkelen. Teveel supernova’s veranderen aardachtige planeten dus in levenloze rotsballen. Kortom: ook teveel supernova’s betekent: geen leven.
Leven toch mogelijk in centrum Melkweg
De vraag die Gowanlock en zijn mede-auteurs zich stellen is hoe deze processen zich uitbalanceren: de snelheid van planeetvorming, het aantal supernova’s en de tijd die nodig is voor complex leven om zich te ontwikkelen, uitgaande van ons geval-aarde. Hun antwoord: bewoonbare planeten in het centrum van de Melkweg komen zo veel voor dat zelfs als veel van hen worden vernietigd door supernova’s, er toch nog zeer veel overblijven om complex leven zoals wij dat kennen te ontwikkelen. Hun model suggereert dat 2,7 procent van alle sterren in de kern van de Melkweg bewoonbare planeten kan hebben. En ook verder weg kunnen zich bewoonbare planeten vormen, naar schatting van Gowanlock en collega’s een kwart procent.
Dat is veel meer dan wat het standaard torusmodel voorspelt. Dit betekent dat een significant deel van alle sterren verspreid door de gehele Melkweg potentieel interessant zijn voor exoplanetenjagers. “We voorspellen dat plm. 1,2% van alle sterren een planeet herbergt die ooit in zijn bestaan in staat was om complex leven te ondersteunen”, aldus Gowanlock en zijn collega’s.
Tidally locked
Exobiologen bedachten in opdracht van NGC Aurelia, een bewoonbare planeet die om een rode dwergster draait. Op de plek waar de zonnestraling maximaal is, bevindt zich een eeuwige reusachtige orkaan.
Helaas is er een probleempje. Ongeveer driekwart van deze bewoonbare planeten staat zo dicht bij hun ster dat ze altijd hetzelfde halfrond naar hun ster keren. Dit kan een probleem vormen. Astrobiologen debatteren fel over de bewoonbaarheid van planeten die altijd hetzelfde halfrond naar hun moederster wenden.
Een exoplaneet met deze eigenschap is bijvoorbeeld de super-aarde rond Gliese 581, die dicht genoeg bij het rode-dwergsterretje staat om genoeg opgewarmd te worden voor leven, maar daarom waarschijnlijk door de enorme zwaartekrachtsinvloed ook (net als de Maan richting de aarde) hetzelfde halfrond naar de zon gekeerd houdt. Eén halfrond van deze planeet zou worden verschroeid door de zon terwijl de andere helft een eeuwige ijsnacht kent.
Science fiction schrijvers hebben beschreven hoe het leven in een dergelijke ringvormige bewoonbare zone zou zijn: een smalle strook land die begrensd wordt door vuur en ijs. Misschien dat de planeet een beetje wiebelt (libratie) net als de Maan. Naar we nu weten is dit beeld wat te naief, maar creatieve exoplaneetdeskundigen kwamen met andere modellen, zoals de verre wereld Aurelia en de Kosmische Oogbal.
Kunnen we per definitie geen uitspraken doen over hoe buitenaardse intelligente wezens denken, of zullen we toch bepaalde menselijke trekken in ze kunnen herkennen?
Dat we niet alleen zijn in het heelal is vrijwel zeker. Minder zeker is of we niet-menselijke intelligenties (anders dan kunstmatige) tegen zullen komen voor we zelf uitsterven. Het ontbreken van overtuigende sporen van Kardashev-II of K-III beschavingen lijkt er op te duiden dat succesvol intelligent leven toch veel zeldzamer is dan de makers van science-fiction films doen voorkomen. Maar stel dat een intelligente buitenaardse soort de aarde zal bezoeken of we op een andere manier met ze in contact zullen komen. Wat voor persoonlijkheid zouden ze hebben?
Proberen een octopus te begrijpen, geeft een goede indruk van wat er nodig is om in de geest van een buitenaards wezen te kijken.
Gevoelens van niet-gewervelden
We delen deze aardbol met intelligente wezens die totaal van ons verschillen: octopussen. Octopussen hebben volledig onafhankelijk van gewervelden een geavanceerd zenuwstelsel ontwikkeld en kennen gevoelens als angst, stress en agressie. Ook kennen ze territoriumdrang en (uiteraard) eetlust en seksdrang. Deze gevoelens zijn universeel en komen bij alle bekende dieren met een hoger ontwikkeld zenuwstelsel voor. We kunnen dus veilig aannemen dat deze gevoelens ook bij aliens voor zullen komen.
Aliens zijn sociale soort
Om een beschaving te vormen die in staat is om naar de sterren te reizen moet een soort een cultuur hebben. Een cultuur betekent veel sociale interacties. De orang-oetan, bijvoorbeeld is een van de meest intelligente mensapen, maar vormt nauwelijks een cultuur omdat de dieren vrijwel geheel solitair leven. Een ras van zeer intelligente orang-oetans komt dus niet ver. Om een cultuur in stand te houden moeten de buitenaardsen veel sociale interactie kennen. We kunnen er dus van uit gaan dat aliens net als wij behoefte hebben aan gezelschap.
Aliens zijn nieuwsgierig
Om een geavanceerde cultuur te ontwikkelen moeten aliens ontembaar nieuwsgierig zijn. Dat is namelijk de kenmerkende eigenschap geweest van alle geleerden en onderzoekers die verantwoordelijk zijn voor de ontdekking van natuurwetten. Ook is nieuwsgierigheid nodig als drijvende kracht om andere planeten en sterren te willen verkennen.
Denkprocessen aliens waarschijnlijk sterk afwijkend van die van ons
Wij zijn geëvolueerd op een weidse vlakte. Onze manier van denken vertoont hier nog allerlei sporen van. Zo zijn we fabelachtig goed in het herkennen van foto’s. We onthouden het beste als we onze ogen naar links en naar rechts bewegen – precies wat nodig is voor trekkende nomaden die in een nieuwe omgeving aankomen. Octopussen hebben een groot deel van hun zenuwweefsel in hun tentakels zitten. Misschien kunnen octopussen een soort Gestalt vormen, waarbij de tentakels van verschillende octopussen met elkaar vervlochten raken. Dingen die voor ons vanzelfsprekend lijken, zijn dat voor aliens niet.
De structuur en onderlinge indeling van hersenen hangt sterk af van de manier waarop deze hersens zijn geëvolueerd. Het evolutionaire pad van buitenaards wezens is waarschijnlijk geheel anders dan dat van ons. Daardoor zullen er ook cognitieve verschillen zijn. Kortom: hoewel buitenaardse wezens net als wij graag zullen willen communiceren en nieuwsgierig zijn, hebben we waarschijnlijk een heel ander gevoel voor humor dan zij.
De zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels draaien steeds sneller, blijkt uit waarnemingen. Dat gebeurt niet zomaar. Wat is hier aan de hand? Misschien is dit het eerste teken van een buitenaardse beschaving…
Centraal zwart gat Elk sterrenstelsel, van groot elliptisch stelsel tot dwergstelsel, beschikt over een groot zwart gat in het centrum. Dit zwarte gat is in het geval van de Melkweg miljoenen zonsmassa’s groot. Om dit zwarte gat draaien grote hoeveelheden sterren. In het verre verleden deden zich grote explosies voor en was het zwarte gat veel actiever dan nu. Wij nemen dit waar als quasars, die op miljarden lichtjaren afstand van ons staan (dus weergeven hoe melkwegstelsels er miljarden jaren geleden uitzagen). Op een gegeven moment was de materie rond de quasar uitgeput en kwam de actieve kern tot rust: het stadium waarin de Melkweg zich nu bevindt. Het zwarte gat in het centrum van de Melkweg, de radiobron Sagittarius A* onderscheidt zich nu door de radiostraling die de directe omgeving uitzendt en uiteraard door de zwaartekrachtswerking op de omringende sterren en andere materie.
Het centrum van de Melkweg, gefotografeerd door de IR-telescoop Spitzer.
Zwarte gaten roteren steeds sneller Dr. Martinez-Sansigre en hoogleraar Rawlings ontdekten dat de zwarte gaten in het centrum van melkwegstelsels over het algemeen steeds sneller zijn gaan draaien. Toen het heelal half zo oud was als nu, draaiden zwarte gaten nauwelijks. Nu draait een percentage van de zwaarste centrale zwarte gaten zeer snel. Zij schrijven dit toe aan een of meerdere fusies van centrale zwarte gaten als twee melkwegstelsels in botsing komen (1).
Wormgaten, singulariteit en reizen door zwarte gaten Vlak bij en binnen de waarnemingshorizon van een zwart gat gebeuren er vreemde dingen met ruimtetijd. Ruimte en tijd wisselen van karakter: ruimte krijgt een tijdachtige aard en andersom. De eigenschappen van zwarte gaten worden nog interessanter als ze zeer snel rond gaan draaien (Kerr- of Kerr-Newman zwarte gaten). Er vormen zich dan twee gebeurtenishorizons: de buitenste en de binnenste (Cauchy) gebeurtenishorizon. In de binnenste gebeurtenishorizon krijgen ruimte en tijd weer hun normale rol. Volgens enkele natuurkundigen zou in deze omgeving zelfs leven mogelijk zijn.
Nog interessanter: de singulariteit in het midden is ringvormig, naakt en de Kerr-metriek heeft een aantal zeer opmerkelijke eigenschappen die wel eens erg interessant kunnen zijn voor ondernemende aliens. Zo is het volgens sommigen mogelijk om door de tijd te reizen of, nog interessanter, via een wormgat naar een ander heelal.
Ongeveer zeventig procent van alle spiraalstelsels vertoont deze merkwaardige balk.
Roteren zwarte gaten met opzet? Voor zover onze kosmologische kennis reikt, is dit heelal uiteindelijk ten dode opgeschreven. Een hoogontwikkelde buitenaardse soort zal er dus alles aan doen om te ontkomen aan de uiteindelijke ondergang van het heelal, als alle sterren uitgedoofd zijn en de hoeveelheid vrije energie daalt tot vrijwel nul. Een nieuw, pas ontstaan heelal is dan uiteraard een aantrekkelijke bestemming.
Hoe sneller een Kerr-zwarte gat roteert, hoe meer energie er aan kan worden onttrokken en – heel belangrijk – hoe groter het doorreisbare gebied is. Een stellair zwart gat is te klein voor een standaard ruimteschip om te doorreizen.De getijde-effecten zijn te groot. Dat is bij een reusachtig zwart gat zoals in het centrum van de Melkweg anders. ET zal er dus (als de theorie klopt) dus alles aan doen om het grote zwarte gat zo snel mogelijk rond te doen tollen. Omdat de natuurwetten in verschillende sterrenstelsels identiek zijn, zullen intelligente wezens overal in het universum tot dezelfde slotsom komen. Zo vreemd zou het dan niet zijn, dat we in verschillende sterrenstelsels een steeds sneller rondtollend zwart gat waarnemen.
Wordt de materie in balkspiraalstelsels gebruikt om zwarte gaten te laten tollen? Een aantal sterrenstelsels is een balkspiraalstelsel. Tot nu toe is het fysische mechanisme dat de balk in een spiraalstelsel doet ontstaan, nog niet naar alle tevredenheid opgehelderd (al zijn er goede werkhypotheses). Wel weten we dat de balk in oudere stelsels meer voorkomt, tot zeventig procent vergeleken met twintig procent vele miljarden jaren geleden (2). In feite is de vorming van een balk niet logisch. Hoe dichter bij het massacentrum, hoe sneller de rotatie. Dit effect zou weinig heel laten van een balk, want het binnenste deel roteert veel sneller dan het buitenste deel. Er moet dus een bepaald proces zijn (mogelijk de massaverdeling in het centrum) dat balken mogelijk maakt. Of een ander effect.
Bekend is dat spiraalstelsels met een balk een actieve kern hebben. Het is redelijk om te veronderstellen dat beide fenomenen iets met elkaar te maken hebben. Astronomen denken nu dat de balken op de een of andere manier het zwarte gat voeden en de stervorming in het centrum opjagen door de voortdurende toevoer van materie verder weg. Zouden deze processen door een buitenaardse beschaving worden opgewekt? Wordt de toestroom van materie naar het centrale zwarte gat door de buitenaardsen zo uitgekiend, dat het zwarte gat steeds sneller gaat tollen en zo een doorreisbaar wormgat produceert? Het valt niet uit te sluiten, al zijn natuurlijke verklaringen waarschijnlijker.
Eind 2021 ziet men als meest waarschijnlijke verklaring voor de balk in spiraalstelsels, dat de donkere materie in het centrum de rotatie van de sterren in de balk vertraagt.
Kunnen bacteriekolonies denken? Op het eerste gezicht en absurde vraag: bacteriën zijn immers de kleinst denkbare levende wezens, chemische fabriekjes die in staat zijn zichzelf te vermenigvuldigen. Maar dat is niet het hele verhaal. Bacteriën blijken er namelijk ingewikkelde communicatienetwerken op na te houden en ook DNA blijkt onovertroffen rekencapaciteiten te hebben. Wat gaat er allemaal om in de eencellige wereld?
Het menselijk brein
Om te denken moet een ingewikkelde vorm van informatieverwerking plaatsvinden. Het fysische systeem hierachter kan allerlei vormen hebben en uit allerlei materialen bestaan, maar vermoedelijk zal het de vorm van een zogeheten neuraal netwerk moeten hebben. Neurale netwerken hebben emergent gedrag zoals het vermogen om te leren. Een vorm van memristor, een enkele jaren geleden ontwikkelde elektronische component die ‘onthoudt’ dat er stroom door heeft gelopen door een lagere weerstand te krijgen, zal er onderdeel van uit moeten maken. Menselijke zenuwcellen communiceren door middel van dendrieten (die als inputkanaal dienen) en een axon (dat als uitvoerkanaal dient). Om het nog ingewikkelder te maken: er zijn ook dendrieten die een signaal in een axon dat de dendriet kruist kunnen remmen.
Samenwerkende bacteriën vertonen slim gedrag
Bacterie-internet: twee totaal verschillende soorten wisselen elektronen uit via nanodraden
Bacteriën hebben al laten zien, in staat te zijn tot behoorlijk ver ontwikkelde samenwerkingsverbanden. In feite zijn planten en dieren alle het resultaat van de samenwerking tussen twee bacteriën: zowel bladgroenkorrels als mitochondriën waren ooit zelfstandig levende bacteriën, die op een gegeven moment in een archaea-achtige cel (archaeae zijn bacterie-achtige organismen) zijn gaan leven. Bacteriën vormen vaak ingewikkelde biofilms, microbiële matten, waarin vier, vijf of meer verschillend soorten bacteriën van elkaars afvalproducten leven en zo elkaars bestaan mogelijk maken. Bepaalde soorten zijn zelfs in staat de vorm van hun kolonie aan te passen of hun celdeling op elkaar af te stemmen, al naar gelang de behoefte (2). Technisch gesproken kunnen bacteriën een primitief neuraal netwerk vormen, al ontbreken bepaalde componenten (ibid).
Elektrische communicatie tussen bacteriën
In 2010 werd een opmerkelijke ontdekking gedaan: sommige bacteriesoorten vormen een soort stroomdraden waarmee ze andere bacteriën voorzien van elektronen. Een absolute must om bijvoorbeeld efficiënt bepaalde stoffen af te kunnen breken. Volgens sommige onderzoekers kunnen ze zelfs signalen uitwisselen. Dit bracht onderzoekers er toe om ook meer buitenissige theorieën te bedenken. Zo hebben twee biofysici aangetoond dat het in theorie mogelijk is dat plasmiden, ringen DNA, onderling radiogolven uitwisselen. Een visionair, maar extreem controversieel idee dat door Nobelprijswinnaar Luc Montagnier is geventileerd.
Bacteriën en fagen als DNA-computers
Bacteriën zijn in staat tot verbluffend ingewikkelde samenwerkingsverbanden.
Vergeleken met de volgende ideeën is zelfs de speculatie van Montagnier nog braaf. Stel dat bacteriën een veel groter netwerk kunnen vormen dan wij kunnen vermoeden? En dat bacteriële conjugatie: het uitwisselen van DNA tussen bacteriën of besmetting met fagen, bacterievirussen, hierbij een rol speelt om informatie uit te wisselen?
Ook DNA vormt namelijk een krachtige computer met een werkelijk verbijsterende informatieverwerkingscapaciteit. Je krijgt dan een soort gedistribueerd bacterienetwerk.
Aan de ene kant: bacteriën beschikken maar over weinig DNA en kennen niet zoals de mens en andere organismen met celkernen grote stukken “junk-DNA” dat een uitstekende kandidaat zou zijn. De kans dat bacteriën dergelijke activiteiten kunnen ontplooien is dus uiterst klein. Aan de andere kant: gedurende miljarden jaren was er op aarde alleen bacterieel leven.
Dat is tijd genoeg om behoorlijk ingewikkelde samenwerkingsverbanden te ontwikkelen. De kans is weliswaar ongeveer nihil dat we een bacterie-intelligentie zullen tegenkomen die je verslaat met schaken, maar dat we nog heel wat nieuwe, verbluffende staaltjes van ingewikkelde bacteriële samenwerking en intelligent gedrag zullen tegenkomen is wel zeker…
Een boom waarnemen op lichtjaren afstand is onmogelijk, zegt het gezonde verstand. Toch hebben onderzoekers nu een methode bedacht. Kunnen we Pandora-achtige oerwoudplaneten nu vanaf aarde waarnemen?
Boomvarens (en vroeger: reuzenpaardestaarten) verschillen biologisch gezien sterk van zaadplanten als dennen, palmen en loofbomen. Toch vormen ook zij bossen van hoge verticale planten. Dat is op een exoplaneet niet anders, denken exobiologen daarom.
Op aarde komen bossen voor, die uit planten uit heel verschillende plantenfamilies bestaan. In Noord-Australië komen bijvoorbeeld boomvarens voor. Bekend zijn loofwouden en naaldwouden. In de tropen komen palmbossen voor. Je zou zelfs de bizarre saguarocactussen van Arizona als een vorm van – zeer dunbegroeid – bos kunnen zien.
Al deze bossen bestaan uit verticale planten. De reden daarvoor is eenvoudig. Bomen overleven vooral als ze hoger zijn dan de concurrent, want dan vangen ze meer licht op. De dominerende planten in bossen zijn dus meestal (niet altijd, denk bijvoorbeeld aan de banyan en mangrovebossen) hoge, verticale structuren. Deze ecologische concurrentie treedt in elk ecosysteem op waarin meercellige planten bestaan. Dat zal dus op buitenaardse planeten niet anders zijn.
De kleuren en reflectie van bossen verandert al naar gelang de hoe waaronder de zonnestraling op het bos valt. Midden op de dag zijn er bijvoorbeeld nauwelijks schaduwen. Het bos weerkaatst dan het meeste licht. Interessant is dat we de effecten daarvan waar kunnen nemen vanaf zeer grote afstand. Als de ster vrijwel tussen onszelf en een exoplaneet in staat, zien we een korte, scherpe toename in helderheid van de planeet als het licht van het exo-bos precies onze richting op weerkaatst. Dit effect is veel minder groot bij natuurlijke hoogteverschillen.
Andere onderzoekers hebben voorgesteld te letten op spectraallijnen van zuurstof of biomoleculen. Het probleem is dat het zo niet mogelijk is onderscheid te maken tussen een planeet, bedekt met een slijmlaag van eencelligen (het uiterlijk van de aarde gedurende drie miljard jaar, toen er alleen nog bacteriën voorkwamen) en een buitenaards bos met hoogontwikkeld leven. Met de nieuwe methode kan dat wel. Wel moet dan eerst de aanwezigheid van leven zijn aangetoond (met een van de andere genoemde methoden), zodat dat specifieke spectrum als uitgangspunt kan worden gebruikt.
We zoeken helemaal op de verkeerde plaats naar aliens, stelt de Brusselse onderzoeker Clément Vidal. Aliens zijn al lang naar een zwart gat verhuisd, want daar is veel meer energie te halen dan rond een zonachtige ster.
Kardashev-schalen
Zwarte gaten zijn waarschijnlijk de grootste energiebron van het universum
De Russische astrofysicus Nikolai Kardashev heeft vijftig jaar geleden een schaal bedacht voor buitenaardse beschavingen. Een Kardashev-I beschaving, zoals de onze, benut alleen de energiebronnen van de eigen planeet. Een Kardashev-II beschaving melkt de energiebronnen van een compleet zonnestelsel uit, bijvoorbeeld door alle zonne-energie op te vangen. Een Kardashev-III beschaving oogst de complete energievoorraad van een volledig melkwegstelsel. Een Kardashev-IV beschaving benut de energie van een compleet universum, terwijl een Kardashev-V beschaving ook parallelle universa benut. Tussen de schalen zit een ordegrootte van plusminus honderd miljard (elf nullen).
Zwarte gaten als energiebron
Zwarte gaten zijn in staat tot dertig procent van alle massa die er in valt, in energie om te zetten. Dat is veel meer dan zelfs bij kernfusie lukt: tot 0,4%. Ook zijn zwarte gaten met een oppervlaktetemperatuur van een nanokelvin veel koeler dan de rest van het heelal en daarom ideaal om afvalwarmte in te lozen (en mogelijk exotische fysica toe te passen). Daarom zijn zwarte gaten een veel logischer keuze voor superbeschavingen om zich te vestigen dan een zonachtige ster. De interessantste plek voor buitenaardse beschavingen is hiermee het grote zwarte gat in het centrum van het melkwegstelsel. Dit zwarte gat is zo groot dat de getijdeneffecten een reiziger niet uit elkaar zullen trekken.
De unieke eigenschappen en exotische fysica van zwarte gaten maken ze ook voor andere toepassingen geschikt, zoals zogenoemde hypercomputers. Volgens sommige theorieën zou ook reizen door de tijd mogelijk zijn. Mogelijk (althans: enkele speculatieve theorieën stellen dat) kunnen reizigers zo zelfs naar een ander heelal reizen. Kortom: zwarte gaten zullen als een magneet werken voor vergevorderde beschavingen. Kortom: we kunnen SETI-radiotelescopen of andere instrumenten het beste op zwarte gaten richten. Vinden we anomalieën, zoals enorme kunstmatige structuren of afwijkingen in de fysica, dan weten we definitief dat we niet alleen zijn in het heelal.
Astro-meteoroloog Pierrehumbert heeft al eerder bizarre exoplaneten bedacht waarop leven kan voorkomen. Zijn nieuwste vondst maakt leven mogelijk op een zware exo-aarde die even ver van de zon staat als Saturnus. Zijn recept: een dikke waterstofdeken.
Waterstof als broeikasgas
Onze aarde wordt warmgehouden door het broeikaseffect van onder meer kooldioxide. Kooldioxide en waterdamp, de voornaamste broeikasgassen op aarde, bevriezen bij de temperaturen die op bijvoorbeeld Saturnus heersen. Echter: ook waterstof kan werken als broeikasgas, als de atmosferische druk maar voldoende hoog is.
Met een dikke waterstofatmosfeer zou exo-aarde OGLE 390Lb toch voldoende warm zijn voor leven, berekenden Pierrehumbert en Gaidos.
Raymond Pierrehumbert aan de Universiteit van Chicago en Eric Gaidos aan de Universiteit van Hawaï in Honolulu berekende het verwarmende effect van een waterstof-deken op Aarde-achtige planeten en super-aardes . Zij vonden dat een waterstof-atmosfeer, tientallen keren dikker dan onze stikstof-zuurstof atmosfeer, een dergelijke planeet warm zou houden tot 15 maal de afstand van de aarde van de zon (dus 2,25 miljard kilometer). Ondanks de dikte van deze buitenaardse atmosfeer, berekenen Pierrehumbert en Gaidos dat voldoende zonlicht voor fotosynthese het oppervlak van de planeet zou bereiken.
Miljoenen extra bewoonbare exoplaneten?
“Het is een slim idee,” zegt James Kasting van Pennsylvania State University in University Park, “maar ik ben sceptisch over de vraag of deze planeten zich ooit kunnen vormen.” Hij betwijfelt dat een aarde-achtige planeet of super-Aarde voldoende waterstof aan kan trekken uit de wolk van gas rondom een ​​jonge ster.
Kasting voegt hieraan toe dat planeten ver van hun ster zwakker en moeilijker te zien zullen worden dan planeten vlak bij hun ster, dus het vinden van deze verre werelden zal veel moeilijker zijn, net als het bestuderen van hun atmosfeer. Daar staat tegenover dat dit mechanisme het gebeid waarbinnen leven kan voorkomen enorm zou uitbreiden. Veel bekende exoplaneten zijn volgens de klassieke modellen te koud om leven te ondersteunen.
“Koude” exoplaneet toch bewoonbaar?
Pierrehumbert en Gaidos wijzen toch op een bekende planeet die past in hun scenario. De planeet OGLE-05-390Lb is ongeveer zes keer zo zwaar als de aarde. De planeet draait rond een rode dwerg – een kleine, koele, zwakke ster – op 2,6 maal afstand van de aarde van de zon. Een naakte planeet zo ver van een dergelijk zwakke ster zou een ijskoude wereld zijn. Maar met een dikke beschermende waterstofatmosfeer zou in potentie vloeibaar water voorkomen aan het oppervlak, zeggen de onderzoekers in een studie die zal verschijnen in The Astrophysical Journal Letters.
Echter: als een verweg gelegen planeet leven zou voortbrengen, kan het zijn eigen doodvonnis tekenen. Sommige typen microben leven door waterstof en kooldioxide te combineren tot water en methaan. Door het afbreken van deze broeikasgassen zouden de microben de planeet veranderen in een levenloze ijsbal. Aan de andere kant: waarschijnlijk komt er op een dergelijke waterstofrijke planeet helemaal geen kooldioxide voor, maar net zoals op Jupiter en Saturnus alleen methaan. En laat methaan nou net ook een zeer effectief broeikasgas zijn…
Grote delen van het heelal zijn ongastvrij voor leven. Zo vreemd is het dus niet dat we tot nu toe nog geen spoor van aliens hebben gevonden, vinden aanhangers van de Zeldzame Aarde hypothese. Een overzicht van de plekken in het universum waar zich waarschijnlijk geen leven kan vormen.
Vroege universum
De meeste melkwegstelsels hadden in die tijd nog te weinig atomen zwaarder dan helium (“metalen”, volgens astronomen) om aardachtige binnenplaneten te vormen. In die tijd kwamen quasars en zware sterexplosies veel vaker voor dan nu. Vermoedelijk lieten die weinig heel van vroege vormen van leven.
Veel exo-aardes zien er waarschijnlijk uit zoals deze waterwereld.
Elliptische melkwegstelsels
Elliptische stelsels zijn het gevolg van botsingen van spiraalstelsels. De sterren in elliptische stelsels zijn te arm in zware metalen. Sterren met ongeveer de massa van de zon hebben zich ontwikkeld tot rode reuzen die te heet zijn om leven op de binnenplaneten te ondersteunen.
Bolvormige sterrenhopen
Ook de sterren in bolvormige sterhopen (grotere melkwegstelsels als dat van ons worden omringd door een bolvormige zwerm van bolvormige sterhopen) zijn te arm in metalen om leven te ondersteunen. Sterren met ongeveer de massa van de zon hebben zich daarom ontwikkeld tot rode reuzen die te heet zijn om leven op de binnenplaneten te ondersteunen.
Dwergmelkwegstelsels
Ook voor dwergmelkwegstelsels, die maar een paar procent van de massa van ons melkwegstelsel hebben, geldt dat ze te arm aan zwaardere elementen zijn om leven mogelijk te maken.
Centrum van melkwegstelsels
Voortdurende stervorming, vele supernovae en interacties van zwarte gaten met elkaar en andere materie voorkomen de ontwikkeling van complex leven.
Randen van melkwegstelsels
Aan de randen van melkwegstelsels vindt nauwelijks stervorming plaats. De meeste sterren zijn te arm in metalen.
Planeetstelsels met gasreuzen vlak bij de centrale ster
De migratie naar binnen van de “hete Jupiters” laat de binnenplaneten in de centrale exo-zon vallen of slingert de planeten uit het exo-zonnestelsel.
Planeetstelsels met gasreuzen in onregelmatige banen
De onregelmatige banen leiden tiot een onstabiele omgeving. Sommige planeten worden uit het zonnestelsel geslingerd.
Toekomstige sterren
Uranium, radioactief kalium en thorium worden te zeldzaam om voldoende warmte te leveren om de planeetkern gesmolten te houden. Hierdoor kan geen beschermend magnetisch veld en plaattectoniek optreden.
Op het eerste gezicht lijkt dit ontmoedigend. Vergeet echter niet dat de meeste sterren zich op plaatsen bevinden waar zich wel degelijk leven kan vormen. Ook wijzen ontdekkingen in onze eigen omgeving uit dat sterren met aardachtige planeten heel wat minder zeldzaam zijn dan het ooit leek. Aardachtige planeten zijn door hun geringe grootte namelijk lastig te vinden. Astronomen denken daarom dat alleen al ons eigen melkwegstelsel bezaaid moet zijn met miljoenen aardachtige planeten.
Bladeren zijn groen, omdat ze alleen blauw en rood licht absorberen en groen licht weerkaatsen. Sterker nog: bijna de helft van alle zonlicht wordt helemaal niet gebruikt door planten. Zou het leven ontstaan zijn rond een rood-blauwe dubbelster?
Het oudste pigment, chlorofyl-a, ontstond miljarden jaren geleden toen het vangen van blauw en rood licht erg belangrijk was. Chlorofyl-b maakt beter gebruik van het gele zonlicht.
Eerste planten leefden diep onder water
Als je sommige astronomen mag geloven wel (1). Zij redeneren dat als planten zich op een planeet rond een dubbelster ontwikkelen, ze zwart zouden zijn omdat de dubbelsterren elk een andere kleur hebben. Een mooie theorie, waar helaas één ernstig probleem mee is. Hij klopt van geen kant. Immers: de zon zendt vooral geel licht uit. Een plant zou dus juist extra gevoelig moeten zijn voor geel licht.
In feite is het niet zozeer zonlicht, maar water dat de eigenschappen van planten heeft bepaald. Blauw licht dringt veel beter door water heen dan rood licht(2), vandaar dat roodwier dat tientallen meters onder water groeit, vooral blauw licht absorbeert. Onder water ziet het er zwart en boven water rood uit. De oudst bekende organismen die aan fotosynthese doen, cyanobacteriën, absorberen vooral blauw en hebben dan ook een rode kleur (alhoewel ze door allerlei extra pigmenten per saldo meer licht absorberen dan groene planten). In de eerste miljarden jaren was er nauwelijks sprake van een zuurstofatmosfeer, was er dus ook geen beschermende ozonlaag dus vormde de oppervlakte een dodelijke omgeving. Op beschaduwde plaatsen, bijvoorbeeld onder stromatolieten, was er nauwelijks licht, maar wel veel nabij-infrarode (warmte-) straling. Inderdaad zijn er daar algen gevonden die op infraroodstraling leven (3).
Er ontwikkelde zich een speciaal pigment voor deze omgeving: chlorofyl-a. Dit pigment komt in alle planten voor. Hierbij liggen de twee absorptiepieken wijd uiteen, precies op de twee plekken die voor onderwaterplanten het interessants zijn: infrarood-rood en blauw.
Groene kleur resultaat evolutiegeschiedenis
Later in de evolutionaire geschiedenis ontstond een ozonlaag en werd de oppervlakte bewoonbaar. Ook begon de zon feller te schijnen (dus werd het licht minder rood). Een kleine wijziging aan het chlorofylmolecuul (vergeet dat gejubel over de fantasie van de natuur; evolutie is gewoonlijk uiterst conservatief, zeker met zoiets belangrijks als fotosynthese) maakte het mogelijk om veel meer licht te vangen: de absorptiepieken werden dichter op elkaar gedrongen, waardoor wat meer van het gele licht van de zon kon worden geoogst: chlorofyl-b. Echter: het gat bleef. Er was geen genetisch ingenieur die een nieuwe vorm van chlorofyl bedacht die juist groen-geel licht absorbeert. Dus als je een superproductief gewas wilt ontwikkelen, bijvoorbeeld als biobrandstof, kan je het beste het onhandige chlorofyl vervangen door wat slimmers. In theorie krijg je zo een dubbele oogst, want planten benutten minder dan de helft van alle zonlicht. En superonkruiden natuurlijk, als de genen overspringen op een andere soort. De aarde gaat er dan met al die donkergrijze planten nogal mistroostig uitzien, dus misschien kunnen we beter wat anders bedenken.
Een plant met een blauwe superreus als zon zal het meeste licht weerkaatsen, denken sommige exobiologen.
Welke kleur hebben planten op exoplaneten dan wel?
Veel hangt hier uiteraard af van hun evolutionaire voorgeschiedenis, dus van de evolutie van de planeet.
Hoe minder licht, hoe efficiënter de planten hiermee om moeten springen. Planten zullen onder deze omstandigheden zeer donkergekleurd zijn. Misschien ontwikkelen ze een soort biologische paraboolspiegels, waardoor het licht wordt geconcentreerd op een paar cellen met heel veel pigment. Misschien dat planten op een ijswereld dit soort lenzen in het ijs smelten of afscheiden.
Bij zeer intensieve lichtsterktes, bijvoorbeeld vlak bij een ster, zullen planten (net als aardse Trichocereus cactussen) bedekt zijn met witte haren of sterk glanzen. Over het algemeen zullen planten vooral het licht absorberen dat de ster het meeste uitzendt, of liever gezegd: dat het oppervlak bereikt. Verwacht dus bijvoorbeeld een rode kleur bij planten onder een blauwe zon. Als de planeet een roodgele methaanatmosfeer heeft, zouden de planten wel eens groen kunnen zijn…
