exo-aarde – Visionair

De ster HIP 56948 is de meest zonchtige ster ooit waargenomen. Zou hier ook een exo-aarde omheen draaien?

Tweelingzus van de zon gevonden

7 reacties / Mensheid, Universum, Visionaire vragen, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 23 april 2012 23 april 2012

De naam is niet erg poëtisch: HIP 56948. Desondanks wekt deze ster heel veel interesse, omdat hij als twee druppels water lijkt op onze zon. Zou hier ook een exo-aarde omheen draaien?

Dubbelganger van de zon
Voor het eerst is een ster gevonden die sterk op de zon lijkt. De grootte is vrijwel gelijk aan die van de zon, de temperatuur ook en wat uniek is: ook de chemische samenstelling lijkt als twee druppels water op die van de zon. Dat wil zeggen dat de ster extreem zuurstofrijk is en arm aan zware elementen.

Bewoonbare Zone
In de zoektocht naaar exo-aardes is het voornaamste doel, een planeet met ongeveer dezelfde grootte als de aarde te vinden die zich in de Bewoonbare Zone bevindt. Dat is de zone rond een ster waarin de temperaturen op de oppervlakte van de planeet niet te hoog of te laag zijn voor vloeibaar water. Vrijwel alle sterren – de koude Y-klasse op kamertemperatuur uitgezonderd – hebben een dergelijke zone. Bij de Y-klasse bruine dwergen is de atmosfeer van de dwerg zelf een dergelijke zone. Bij een blauwe, hete ster ligt deze zone verder van de ster, bij een koele rode ster dichter bij de ster dan de aarde van de zon. Een speciaal geval vormen witte dwergen, die weliswaar zeer fel zijn maar door hun kleine afmeting maar weinig licht uitzenden. Hier ligt de zone ondanks de witte kleur toch zeer dicht bij de ster. Uiteraard heeft de verschillende kleur licht een grote invloed op het leven. Planten op een planeet met een roodachtige zon zullen vermoedelijk donkere bladeren hebben die vooral rood absorberen (dus blauw zijn), terwijl plantengroei op een planeet met een blauwe zon juist roodachtig getint zal zijn. Zie hier.

Teerballen
Maar daarmee zijn we er nog niet. Want als de chemische samenstelling van de nevel, waaruit het planetenstelsel wordt gevormd, sterk afwijkt van die van ons zonnestelsel, zal het planetenstelsel er heel anders uitzien. Zo zijn veel sterren erg rijk aan koolstof. Berekeningen wijzen uit dat in dergelijke planetenstelsels zogeheten teerballen, planeten die extreem rijk zijn aan koolstof, voorkomen. Deze planeten hebben meer weg van een totaal uit de hand gelopen olieramp dan van een lieflijke exo-aarde. Als hier al leven voorkomt, zal dat extreem verschillen van het aardse leven. Sterren met een lage metalliciteit (astronomen bedoelen hiermee: sterren met weinig andere elementen dan de gassen waterstof en helium) brengen ook een planetenstelsel voort dat alleen gasreuzen zoals Jupiter en Saturnus kent. Kortom: de beste plek om voor een aardachtige planeet te zoeken is bij een ster die net als de zon erg zuurstofrijk is. Alleen bij een dergelijke ster zal zich veel water en silicaatgesteente vormen, essentiële onderdelen van de aarde.

Tweelingzusje
Enter HIP 56948 (uitgebreider Engelstalig artikel). Deze ster staat op ongeveer 217 lichtjaren afstand in het sterrenbeeld Draco en nam de titel over van de vorige kandidaat-dubbelganger, 18 Scorpii. Uit nieuwe waarnemingen[1] blijkt dat HIP 56948 nog meer op de zon lijkt dan eerder al werd vermoed, wat de kansen sterk vergroot dat de ster aardachtige planeten bij zich draagt. De laatste precieze waarnemingen wijzen uit dat HIP 56948 niet te onderscheiden is van de zon qua grootte, massa en helderheid en slechts 17 graden warmer is dan de zon. Ter vergelijking: 18 Scorpii is 54 graden warmer. Ook heeft 18 Scorpii aanmerkelijk meer ijzer in de fotosfeer, waar HIP 56948 chemisch gezien vrijwel geheel op de zon lijkt, dus arm is aan ijzer en andere zware elementen. Dit is zeer veelbelovend. De zon is namelijk vergeleken met sterren van dezelfde grootte, ook opvallend arm aan zware elementen. Eén van de verklaringen voor dit verschijnsel is dat de zware elementen opgesloten zitten in rotsplaneten zoals de aarde in plaats van bijgemengd in de ster.

‘Ook zonachtig planetenstelsel’
Als deze hypothese klopt, moet volgens de auteurs het planetenstelsel van HIP 56948 dezelfde hoeveelheid metalen en rotsen bevatten als ons zonnestelsel. Materiaal dat een zonnestelselachtig planetenstelsel zou kunnen vormen, aldus teamleider Jorge Melendez van de Universiteit van SÃ£o Paulo in Brazilië, waarbinnen de planeten ook met de aarde en Mercurius, Venus en Mars te vergelijken gesteenten en mineralen bevatten. Ook stelde het team vast dat er geen zogeheten hete Jupiters in het stelsel voorkomen. Dat zijn gloeiend hete gasreuzen dicht bij de centrale ster die de onhebbelijke gewoonte hebben als koekoeksjongen kleinere rotsplaneten ver weg de wereldruimte (of richting ster) te schieten. Of op te slokken.

Een miljard jaar jonger
Dus, als HIP 56948 opkomt boven de horizon van een bijbehorende rotsachtige planeet, geeft de ster een opmerkelijk zonachtig licht – een licht dat valt op blauwe zeeën, groene bladeren en bergen van graniet. Al zullen er mogelijk geen intelligente levensvormen voorkomen die daarvan bewust kunnen genieten. HIP 56948 is namelijk ongeveer een miljard jaar jonger dan de zon. Een miljard jaar geleden was de hoogste levensvorm op aarde een amoebe en was het land bedekt met bacterieel slijm. Tenzij, natuurlijk, aards leven door een meteorietinslag op deze planeet terecht is gekomen of het leven op deze planeet zich veel sneller ontwikkelde.

Bronnen
1. Jorge Melendez et al., The remarkable solar twin HIP 56948: a prime target in the quest for other Earths, Astronomy & Astrophysics (2012) (via ArXiv/vrij toegankelijk)

Hoewel er op een woestijnplaneet onvoldoende te eten is voor zandwormen, kloppen veel van Herberts voorspellingen over woestijnplaneten wel aardig.

‘Meeste bewoonbare exo-aardes woestijnplaneten’

6 reacties / Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 2 september 2011 8 september 2011

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.

Heeft de eerste ontdekte bewoonbare exoplaneet meer weg van Arrakis dan van de aarde?

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

Eerder werd gedacht dat 55 Cancri f een gasreus is. Het blijkt nu een superaarde.

Exo-aarde met twee zonnen waarschijnlijk stomend heet

Laat een reactie achter / Wetenschap / Door Germen Roding / 22 juli 2011 22 juli 2011

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.

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?

Bron

The 55 Cancri System: Fundamental Stellar Parameters, Habitable Zone Planet, and Super-Earth Diameter