De aarde is in veel opzichten een kosmisch lot in de loterij. Zo kennen we geen hete Jupiters, gloeiendhete gasreuzen vlak bij de zon, die de omloopbaan van de aarde verstoren. De aarde bevindt zich in de goudlokjeszone, niet te heet en niet te koud. Maar toch zijn betere plekken dan de aarde denkbaar. Zo staat de aarde in verhouding iets te dicht bij de zon, waardoor we risico lopen droog te koken na een miljard jaar. Er zijn 24 exoplaneten ontdekt die wel precies op de juiste plek van hun centrale ster staan, en daarmee een stuk minder vatbaar zijn voor Snowball Earth of juist een Venus-scenario. In onderstaande video verkennen we deze planeten.
Zal de mensheid de komende honderd jaar overleven, dan maken we een redelijke kans om de dichtstbijzijnde van deze planeten te kunnen bezoeken. Tenzij er een Zefram Cochrane opstaat die een sneller-dan-licht aandrijving bouwt, of een stargate, zitten we helaas nog voorlopig opgesloten in dit zonnestelsel.
Van ziedende lava-oceaan tot ijskoude gasreus, exoplaneten komen voor in alle vormen en maten. Bewoonbare werelden zijn zeldzamer. Bron: Wikimedia Commons uit NASA/Natalie Batalha en Wendy Stenzel
Zelfs licht doet er meer dan vier jaar over om vanaf ons zonnestelsel, het dichtstbijzijnde planetenstelsel te bereiken. Er is letterlijke een astronomische hoeveelheid brandstof nodig om de lichtsnelheid te benaderen. Toch is er een uitweg. Wat als het ruimteschip zo groot als een postzegel is en het schip niet wordt voortgestuwd met brandstof, maar door middel van lasers, die zich in een baan rond de zon bevinden?
De aan een rolstoel gekluisterde natuurkundige Stephen Hawking en de Russische miljardair Yuri Milner denken dat dit mogelijk is. De natuurkunde erachter is simpel. Een grote hoeveelheid lasers concentreert hun licht op het lichtzeil van een scheepje van enkele grammen. Het lichtzeil is ongeveer drie meter in doorsnede, waardoor het veel licht kan opvangen. Licht heeft weliswaar geen massa, maar wel impuls. Als het laserlicht tegen het lichtzeil weerkaatst, draagt het deze impuls over. De stralingsdruk die hieruit volgt is weliswaar heel klein, maar blijft aanhouden. Het gevolg is dat na maanden of meer aanhoudend voortgestuwd te zijn met lasers, er snelheden van 20 procent van de lichtsnelheid bereikt kunnen worden. Daardoor hoeven de ruimtescheepjes, die zo groot als een postzegel zijn, geen brandstof mee te nemen en is vrijwel alle massa nuttige lading.
De ruimtescheepjes worden voorzien van camera’s, chips en GPS, althans: de kosmische variant van GPS.
Astrofysici vermoeden dat Alpha Centauri, een stelsel van drie sterren, wel eens aardachtige planeten kan huisvesten. Dit zou dan de eerste planeet buiten het zonnestelsel zijn, waar de mens heen zou kunnen reizen. Dit moet dan wel met snelheden in de buurt van de lichtsnelheid. Met het snelste conventionele ruimteschip duurt de reis naar Alpha Centauri rond de 30.000 jaar. Vermoedelijk zullen toekomstige sterrenvaarders daarom geen mensen zijn, maar programma’s in een computerbrein, die geen zwaar life support systeem nodig hebben.
Kunnen we dan toch op weg naar de sterren? Bron: Breakthrough Projects
Of dit echt de tien bizarste planeten denkbaar zijn is onbekend, maar je zal in ieder geval zeker verrassingen tegenkomen – en een ruimer beeld hebben van hoe divers planeten zijn – na het bekijken van deze video.
Om een tipje van de sluier op te lichten: er bestaan planeten die uit gesmolten lava bestaan, planeten zo heet dat het steen regent en planeten zo koud dat zelfs stikstof in ijs verandert. Planeten die voortdurend bliksemschichten uitwisselen met de centrale ster, planeten rondom een flitsende pulsar en planeten die eenzaam door de ruimte zwerven. En oh ja, laten we de steenkoolplaneten niet vergeten…
Deze ‘hete Jupiter’ staat zo dicht bij de centrale ster, dat de gasreus rood opgloeit. – NASA
De laatste vijftig jaar zijn wetenschappers intensief bezig met het exploreren van de ruimte naar mogelijk buitenaards leven. Zij zoeken naar exo-planeten die zich ten opzichte van de moederster in de “goldilock” zone bevinden, dus niet te ver en niet te dichtbij de moederster zodat water in vloeibare toestand op de planeet aanwezig kan zijn. Astronomen hebben dankzij de goede werking van de Kepler satelliet al vele exo-planeten ontdekt met mogelijkheden op leven. Deze exo-planeten worden ontdekt omdat zij minieme doch detecteerbare periodieke fluctuaties in de helderheid van de moederster veroorzaken. Hoe groter en hoe dichterbij de planeet bij de moederster zich bevindt, des te gemakkelijker deze te detecteren en te traceren is. Ook komen grote manen bij grote gasvormige planeten in aanmerking voor de belangstelling van de astronomen van planeet aarde. Een mooie artistieke impressie van een grote maan met leven is de Blue Moon, die je online kunt bezoeken op YouTube.
Mars, na 200 jaar terravorming. Kunnen we zo een nieuwe zusterplaneet van de aarde creëren?
De wetenschappers zijn er zich van bewust dat de meeste exo-planeten buiten ons huidig reisbereik vallen. De bekende exo-planeten met mogelijk leven op kosmisch relatief korte afstand zijn de vier planeten van de rode dwerg Gliese 581 die zich op iets meer dan 20 lichtjaren afstand bevinden.
De wetenschappers zijn daarom meer geïnteresseerd in het leefbaar maken van onze eigen buurplaneten Venus en Mars. Het proces van leefbaar maken van een schijnbaar levenloze planeet heet terraforming in het Engels en terravorming in het Nederlands.
De atmosfeer op Venus kenmerkt zich door een hoge druk van 90-95 atmosfeer en een grondtemperatuur rond de 480 ºC. De atmosfeer bestaat grotendeels uit CO2.
De atmosfeer op Mars kenmerkt zich door lage druk van 0,01 atmosfeer en een gemiddelde grondtemperatuur van -70 ºC (op de evenaar kan de temperatuur oplopen tot 10 ºC) en evenals het geval is bij Venus bestaat de atmosfeer grotendeels uit CO2.
Terravorming op Mars:
Met één simpele chemische reactie kunnen wij de CO2 op Mars omzetten in een niet-toxisch, zwaar broeikasgas en O2, zuurstof.
Het broeikasgas is bijna 4X zo zwaar als lucht en 6500 keer sterker als broeikasgas dan CO2. Als alle CO2 op Mars vervangen is door dit gas, zal de temperatuur op de evenaar kunnen stijgen naar een aangename 20 ºC.
Echter, het gas dat deze reactie zal initiëren is zeer giftig en corrosief en daardoor moeilijker te vervoeren. Dit gas zou op Mars in situ kunnen worden gesynthetiseerd indien de grondstoffen hiervoor aanwezig zijn. Dit zal moeten worden onderzocht.
Terravorming op Venus Op Venus zou de partiële CO2 druk verminderd kunnen worden door grootschalige introductie van NaOH, natriumhydroxide, dat in de Venusiaanse atmosfeer snel tot NaHCO3, natriumbicarbonaat, zal worden omgezet. Echter, om een redelijk effect te bewerkstelligen, zullen zulke grote hoeveelheden NaOH nodig zijn dat het bijna onmogelijk lijkt: rondom Venus bevindt zich 4,8×1020 kg CO2. Ter vergelijking: alle oceaanwater op aarde heeft een massa van 1,4 × 1021 kg, ongeveer twee keer zoveel. Hiervan is ongeveer 3,5% zout. Je zou dus kunnen zeggen dat Venus een verdampte oceaan van kooldioxide heeft. Tenzij de wetenschappers een methode vinden om het beschikbare NaCl, keukenzout, op aarde snel, effectief en op milieuvriendelijke wijze om te zetten naar NaOH en om de diepe zwaartekrachtsput van de aarde te overwinnen.
NaOH wordt op industriële schaal bereid door elektrolyse van zout water, waarbij waterstof ontstaat aan de kathode en chloor aan de anode. Door het verdwijnen van protonen H+ aan de kathode en Cl- aan de anode, wordt de NaCl oplossing netto omgezet in een NaOH oplossing.
Als het NaOH zal worden bereid uit elektrolyse van zeewater zullen enorme hoeveelheden chloor als bijproduct ontstaan. Waar zal dit chloor worden opgeslagen en waarvoor zal dit chloor kunnen dienen, nu chloor in anorganische verbindingen steeds meer vervangen wordt door actieve zuurstof, alias peroxide?
In het hierop volgende artikel zouden we een schatting kunnen maken van de totale hoeveelheid CO2 in de atmosfeer van Venus om zo de hoeveelheid benodigd NaOH te berekenen.
Of is er een lezer(es) die deze schattingen en berekeningen al heeft uitgevoerd?
Voor wie een klein uur de tijd heeft, een documentaire met hierin de laatste ontdekkingen over aardachtige planeten. De documentairemakers lieten hun fantasie over de evolutie van het leven op dergelijke planeten de vrije loop, afgaande op de fysische eigenschappen van enkele nieuw-ontdekte aardachtige planeten.
De “star gate” achtige technologie in de docu om met deze buitenaardse werelden in contact te komen is op dit moment uiteraard nog pure science fiction. Er zijn ook nog geen methodes bekend om een dergelijke star gate te construeren, een wormgat (op zich al speculatief) zou het meeste in de buurt komen. Begaanbare wormgaten zullen op veilige afstand van de aarde moeten liggen.
Een aardachtige exoplaneet zou als maan om een gasreus kunnen draaien.
Ons zonnestelsel kent een, volgens sommigen twee planeten in de bewoonbare zone: de aarde en, misschien, Mars. Stel dat de aarde buurplaneten had gehad met intelligent leven? Gliese 667c bewijst dat het mogelijk is.
Zonsondergangen op planeten rond Gliese 667C zijn waarschijnlijk erg spectaculair. Bron: NASA
Drie levensvatbare planeten
Op ongeveer 22 lichtjaar afstand ligt de rode M-dwergster Gliese 667c, die deel uitmaakt van een groep van drie sterren. Planeetonderzoekers ontdekten al eerder drie planeten om deze ster, waarvan een in de levensvatbare zone. Uit nieuwe waarnemingen en berekeningen blijkt nu dat er in totaal zeven planeten rond de ster draaien, waarvan maar liefst drie in de bewoonbare zone, de zone rond een ster waarbinnen vloeibaar water op planeetoppervlakken kan voorkomen.
Spectaculair uitzicht
Het uitzicht vanaf een van de planeten zal met de nabije dubbelsterren spectaculair zijn. Ook zal dit zonnestelsel een stuk spannender zijn dan dat van ons. Wij mogen hier al in onze handen knijpen als we sporen van eencellig leven op Mars ontdekken, maar het planetenstelsel rond Gliese 667 C kent maar liefst drie planeten in de bewoonbare zone. Dat betekent dat het heel goed mogelijk is dat op alle drie van deze planeten complex leven voorkomt. Als een van de drie planeten inderdaad intelligent leven voort heeft gebracht, zullen ruimtevaarders van dit buitenaardse ras twee buitenwereldse ecosystemen kunnen ontdekken.
Woeste monsters?
Hier op aarde kennen we al de nodige merkwaardige schepsels, maar een buitenaardse oerwoudplaneet, een Duin-achtige woestijnplaneet, een oceaanplaneet, een superaarde met verpletterende zwaartekracht en een atmosfeer als soep of wellicht een planeet in de greep van een ijstijd zullen een vruchtbare omgeving vormen voor unieke levensvormen die we ons mogelijk niet voor kunnen stellen. Kortom: de spannende ruimtevaartverhalen van begin vorige eeuw over avonturen in de oerwouden van Venus en de woestijnen van Mars, hebben misschien wel hun pendant op deze planeet…
Door de ontdekking van vele duizenden exoplaneten weten we nu dat de aarde maar één is van vele denkbare werelden. Zo bestaan er planeten die grotendeels uit water bestaan, planeten die net als de aarde over continenten beschikken (maar veel groter zijn) en last but not least, de bizarre koolstofwerelden, waar de zeeën uit aardolie bestaan en het oppervlak mogelijk bezaaid is met diamanten. National Geographic maakte in samenwerking met Wee Yao Liang dit overzicht van enkele, naar aardse begrippen, behoorlijk bizarre planeten.
De tekenaars van XKCD.com weten altijd bepaalde feiten op een inzichtelijke (en vaak grappige) manier over te brengen. Zo ook met deze infographic over de tot nu toe bekende exoplaneten. Merk op dat die paar stipjes in het midden de planeten van ons zonnestelsel voor stellen.
In deze documentaire van anderhalf uur een reis naar een exoplaneet met geavanceerde levensvormen, Darwin IV. De planeet met 60% van de zwaartekracht op aarde maakt deel uit van een planetenstelsel met twee zonnen op ongeveer 6,5 lichtjaar afstand. En misschien intelligent leven…
Grootheden als Stephen Hawking, Michio Kaku, Craig Venter, Jack Horner en de meester van de special effects George Lucas, bekend van de Star Wars films, tekenden voor deze meeslepende gedramatiseerde documentaire van anderhalf uur met veel special effects.
Astronomen berekenden hoeveel stukken rots met levend materiaal het maakten tot Mars, Jupitermaan Europa en zelfs tot de nabije rode dwergster Gliese 581. De conclusies waren opmerkelijk.
Chicxulub-asteroïde slingerde biljoenen brokken de ruimte in
Ongeveer 65 miljoen jaar geleden, werd de aarde getroffen door een asteroïde van ongeveer tien kilometer doorsnede en met een massa van boven de duizend miljard ton. De onmiddelijke gevolgen van deze gebeurtenis zijn ondertussen bekend: honderden meters hoge tsunami’s, wereldwijde branden door enorme wolken oververhitte as en, als gevolg, het massaal uitsterven van landdieren, waaronder vrijwel alle dinosauriërs.
Afgelopen jaren hebben astrobiologen ook onderzoek gedaan naar een minder bekend gevolg. De inslag in de vruchtbare ondiepe zee die toen op de plaats lag waar nu Chicxulub ligt, heeft geleid tot het wegschieten van miljarden tonnen rotsen en water vol met aardse micro-organismen. Volgens sommige schatingen kan de inslag zelfs meer materiaal gelanceerd hebben dan de massa van de asteroïde zelf. Wat gebeurde er met al dat materiaal?
Leven op Europa?
Op die vraag is nu een antwoord, dankzij het werk van Tetsuya Hara en zijn collega’s van Kyoto Sangyo Universiteit in Japan. Volgens een artikel dat ze publiceerden op de preprintserver ArXiv is niet alleen verrassend veel aardse rots geland op de maan of Mars, maar zelfs veel verder terecht gekomen. In het bijzonder stelden ze vast hoeveel van het uitgeworpen materiaal terecht kwam op plekken die relatief gastvrij zijn voor aards leven: de Jupitermaan Europa, de Saturnusmaan Enceladus en aardachtige exoplaneten die rond naburige sterren draaien, de spectaculairste mogelijkheid.
Hun resultaten leverden een aantal verrassingen op. Zo berekenden ze dat er bijna evenveel brokken aards gesteente op de verre Jupitermaan Europa terecht zouden zijn gekomen als op de maan; rond de 100 miljoen afzonderlijke aardse stenen, volgens sommige schattingen. De reden: het immense zwaartekrachtsveld van de gasreus Jupiter werkt als een stofzuiger, die een grote hoeveelheid meteorieten richting het Jupiterstelsel zuigt. De stenen raken vervlgens in een omloopbaan, waar ze worden geschept door de manen van Jupiter. Er is alleen een maar bij deze theorie. De hoeveelheid straling vlak bij Jupiter is enorm, door het zeer sterke magnetische veld van de gasreus. De steenbrokken moeten dus relatief snel Europa of Callisto hebben geraakt.
Exo-aarde ingezaaid?
Verreweg de spectaculairste ontdekking bleek dat verrassend veel van het gesteente kon ontsnappen aan het zonnestelsel. Uit eerdere berekeningen bleek al dat meer gesteente wordt weggeslingerd in de interstellaire ruimte dan op alle andere planeten, inclusief de aarde zelf, terechtkomt. Hara en zijn collega’s gaan verder en schatten hoeveel gesteente het tot Gliese 581 heeft gered, een rode dwerg op ongeveer 20 lichtjaar afstand van de aarde, waarvan wordt vermoedt dat er een superaarde aan de rand van de bewoonbare zone omheen draait.
Brokstukken met aards leven, die vrijkwamen bij de Chiocxulub-inslag kunnen het planetenstelsel van Gliese 581 hebben bereikt. bron: ESO
Volgens Hara en zijn team hebben ongeveer duizend Aardse stenen van de Chicxulub inslag deze reis gemaakt, waarbij ze ongeveer een miljoen jaar over de reis deden. Het is uiteraard nog steeds de vraag of de microben deze lange reis, of zelfs de kortere reis naar Europa en Enceladus hebben overleefd. Hebben ze dat wel, dan zouden de eencelligen welig moeten tieren op een superaarde in de bewonbare zone (en zelfs daarbuiten, als onder een dikke ijslaag een oceaan ligt). Een mechanisme dat Hara en zijn groep voorstelden is dat aardse meteorieten zich in een komeet hebben begraven en vervolgens zijn getransporteerd naar een exoplaneet. De aarde is al vele malen eerder geraakt door asteroïden, dus de cumulatieve kans dat in ieder geval één meteoriet het gehaald heeft is groot.
Panspermie
Dit leidt tot een andere interessante vraag: hoe snel konden brokken aarde met levend material (of van een andere planeet met leven) de gehele melkweg inzaaien? Hara en zijn team berekenden dat het ongeveer 1000 miljard jaar voor de steenbrokken zou vergen om de gehele Melkweg door te reizen. Echter: onze melkweg is ‘slechts’ tien miljard jaar oud (en wat dat betreft: het heelal niet veel ouder), dus een enkele inslag kan dit niet hebben verwezenlijkt. Zou het leven echter op 25 verschillende plaatsen zijn ontstaan, 10 miljard jaar geleden, dan zou het leven nu de gehele melkweg vullen. Wat zou betekenen, aldus Hara en zijn team, dat de kans vrijwel één is dat het aardse leven vanuit elders in het Melkwegstelsel komt. Inderdaad blijken de oudste ondubbelzinnige sporen van leven op de aarde 3,4 miljard jaar oud te zijn. Dat is opmerkelijk kort na de afloop van het Late Heavy Bombardment, 3,8 miljard jaar geleden. Ook was LUCA, de aardse cel die de voorouder is van alle bekende cellulaire leven, opmerkelijk compleet.
