Absoluut vacuüm. Daarbij gevoegd temperaturen ver onder nul en een onbarmhartig stralingsbombardement. Dit zijn, in het kort, de leefomstandigheden op de Jupitermaan Europa. Biologen zijn er nu toch in geslaagd bacteriën te vinden die het onder deze barre omstandigheden uithouden. Is dat de verklaring voor de merkwaardige rode kleuren op Europa?
Deinococcus radiodurans is als een van de weinige bacteriesoorten in staat de dodelijke straling op de Jupitermaan Europa te overleven.
In een eerder artikel schreven we al dat brokstukken van een inslag van een asteroïde op de aarde waarschijnlijker op Jupiter terecht komen dan op Mars, tenminste in sommige scenario’s. Het is dus mogelijk dat het leven vanaf de aarde is verspreid naar bijvoorbeeld de Jupitermaan Europa. Astronomen geloven dat Europa een grote zoutwateroceaan onder de oppervlakte heeft. Dit is uiteraard alleen mogelijk als aardse microben de lange reis door de vijandige ruimte kunnen overleven. Astrobiologen hebben op deze manier al de manier vastgesteld waarop veel organismen in ruimte-achtige omstandigheden overleven. Hierbij hebben ze bacteriën onderzocht, virussen, schimmels en zelfs DNA. Sommige bacteriën overleefden zelfs de reis naar de maan en terug.
Hierbij is echter één belangrijk domein van het leven verwaarloosd: archaeae. Deze bacterieachtige organismen doen het vooral goed in extreme omstandigheden op aarde. Aan deze verwaarlozing is nu een einde gekomen. Ximena Abrevaya van de universiteit van Buenos Aires en enkele collega’s brengen daar verandering in. Ze creëerden een vacuüm zoals dat ook op het oppervlak van Europa bestaat. Ze plaatsten hier drie soorten eencelligen in: de in zout levende archae Natrialba magadii en Haloferax volcanii en de stralingsresistente bacterie Deinococcus radiodurans. Om de behandeling compleet te maken ontvingen de bacterie en archaeae een behandeling met ultraviolette straling. Haloferax volcanii legde het loodje, maar kleine aantallen Natrialba en Deinococcus overleefden. Tot nu toe werd gedacht dat alleen D. radiodurans het stralingsbad kon overleven, maar naar nu blijkt, geldt dat dus ook voor de archaea Natrialba magadii, afkomstig uit het zoutmeer Magadi in Kenia. Archeae zijn interessant omdat ze meer verwant zijn met eukaryoten (waaronder wij en alle andere dieren en hogere planten) dan bacteriën.
De experimenten duurden echter slechts drie uur. Reizen door de ruimte van meteorieten duren veel langer: duizenden jaren. Het is de vraag of je deze resultaten straffeloos kan extrapoleren naar eerdere asteroïdeinslagen. Wel vestigt dit de aandacht op een ander probleem. Misschien hebben wij andere hemellichamen, zoals Mars, al besmet met taaie rakkers als Deinococcus. Zouden mensen de manier zijn waarop Gaia zich voortplant?
De zon kent meerdere cycli, waarvan de elfjarige zonnevlekkencyclus de belangrijkste is. Al eerder is astronomen opgevallen dat deze cyclus ongeveer in de maat loopt van de omloop van Jupiter, die enkele maanden langer, 11,8 jaar duurt. Is donkere materie de verklaring voor de cyclus? Ja, zegt een zeer speculatief artikel.
Het röntgenmysterie
De helderheid van de zon varieert in het zichtbare domein met enkele duizendsten in de loop van elf jaar. De variatie in röntgenstraling is veel groter: op sommige punten van de zonnecyclus is deze honderd maal zo sterk als op andere punten. Er moet een zeer energetisch krachtig proces zijn, dat deze geheimzinnige variatie veroorzaakt. Niemand weet wat deze variatie precies veroorzaakt, al zijn er vermoedens, zoals magnetische velden.
Jupiter als zwaartekrachtslens
Nu is een groep astronomen met een nieuwe verklaring gekomen. Volgens hen is donkere materie, die de zon treft, de verklaring voor de bizarre veranderingen. De reuzenplaneet Jupiter zou hier een cruciale rol in spelen: deze planeet, in samenwerking met de andere planeten, werkt volgens de onderzoekers als een zwaartekrachtslens, die een bundel donkere materie op de zon richt. Dit zou dan weer het periodieke gedrag veroorzaken. De sterkste asymmetrische factor buiten het zonnestelsel is uiteraard het Melkwegstelsel waar we deel van uitmaken. Een samenspel tussen Jupiter en de galactische donkere materiestromen zou dan de periodieke fluctuaties veroorzaken. Werkt de grootste planeet van het zonnestelsel als een zwaartekrachtslens van donkere materie? bron: NASA
Barycentrum
Op de middelbare school heeft u geleerd dat de planeten om de zon draaien. Dit is in feite onjuist. Zon en planeten draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt, het barycentrum, dat in de praktijk neerkomt op een punt tussen de Zon en Jupiter dat vlak boven de ‘oppervlakte’ van de zon ligt. Een buitenaardse astronoom kan aan de schommelingen van de zon daarom zien dat de zon een zware reuzenplaneet heeft: in feite is dit een bekende manier om zware exoplaneten te vinden.
Stromen van donkere materie
In veel modellen van donkere materie bewegen de donkere materiedeeltjes vrij langzaam, rond een duizendste van de lichtsnelheid. Zwaartekrachtsvelden worden bij deze lage snelheden belangrijk. De theorie van de auteurs, dat de zon geregeld een ‘douche’ van donkere materie te verwerken krijgt, die door de planeten de richting van de zon op wordt gebogen, is daarmee op zich aannemelijk. Het kan interessant zijn om na te gaan waar deze stroom donkere materie vandaan komt: hoe staan de planeten ten opzichte van de rest van de Melkweg uitgelijnd als de zonnevlekkenactiviteit maximaal, of juist minimaal is? De auteurs raden aan om rekening te houden met deze kosmische invloeden bij het opzetten van toekomstige donkere materie detectie-experimenten. Wellicht dat we dan twee hardnekkige raadsels in een keer kunnen oplossen, en misschien in de verdere toekomst een overvloedige bron van gratis energie af kunnen tappen.
In vacuüm is er geen geluid, leerde je ongetwijfeld op de middelbare school. Maar wat voor geluiden kan je horen in de buurt van de op een na grootste gasbol in het zonnestelsel?
De geluiden zijn afkomstig van de interplanetaire verkenner Voyager, uit de hoogtijdagen van NASA. Om Jupiter heen heerst er een sterk magnetisch veld met bijbehorende plasmawolk. De snelle rotatie en voortdurende interactie tussen ionosfeer, magnetosfeer en planeetatmosfeer vormen elektromagnetische schokgolven. Omgezet in geluid, wat in feite een ouderwetse kristalontvanger of meer geavanceerd AM-radiotoestel ook doet, ontstaat een buitenwereldse symfonie met een bizarre schoonheid.
Op dit moment is de oppervlaktetemperatuur van de grootste planeet van ons zonnestelsel zeer laag: meer dan honderd graden onder het vriespunt. Daar gaat verandering in komen, voorspellen astrofysici. Krijgen we een tweede zon aan het firmament?
Over enkele miljarden jaren zal Jupiter veel weghebben van deze kokend hete gasreus.
Rond de vijf miljard jaar na nu is de voorraad waterstof van de zon zo klein geworden, dat de zon over gaat schakelen naar heliumfusie. Als gevolg hiervan stijgt de temperatuur van de kern van de zon snel en verandert de zon in een dof rood gloeiende enorme vuurbal. In dit rode-reus stadium zal de zon de binnenplaneten opslokken en de aarde ernstig verschroeien. Ook Jupiter is dan geen aangename plek meer, zo blijkt uit nieuw onderzoek. De grootste planeet van ons zonnestelsel, nu nog veel kouder dan Antarctica hartje winter, zal ook op gaan gloeien en veel weg hebben van de bekende hete Jupiters, roodgloeiende gasreuzen die dicht bij hun ster staan. Hete Jupiters zijn de eerste exoplaneten die ontdekt werden, omdat ze door hun grootte en korte afstand tot de ster, deze flink laten schommelen en zo makkelijk te ontdekken zijn door astronomen.
Niet dat we op aarde van dit uitzicht kunnen genieten tegen die tijd. De aarde zal over enkele miljarden jaren totaal drooggekookt zijn. Op aarde zal de zon bijna de helft van de hemel in beslag nemen en het aardoppervlak zal uit gloeiende lava bestaan. Bewoonbare werelden zullen zich dan ter hoogte van Saturnus moeten bevinden. Titan zal dan zijn ontdooid.
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?
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.
Zou de enorme inslag die de dinosauriërs wegvaagde ook het aardse leven naar andere planeten of zelfs zonnestelsels hebben verspreid?
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.
Jupiter kent vier grote manen: Io, Europa, Ganymedes en Callisto. Drie van deze vier manen worden geteisterd door de dodelijke straling van Jupiters magneetveld. De buitenste maan, Callisto, nauwelijks. Geen wonder dat NASA serieuze plannen heeft uitgewerkt om in 2040 Callisto te koloniseren.
Jupiters buitenste grote maan, Callisto, is nauwelijks veranderd sinds de vorming van het zonnestelsel miljarden jaren geleden.
Callisto factsheet
Grootte: 4820 km doorsnede (iets groter dan de maan)
Zwaartekracht: 0,13 maal die van de aarde, vergelijkbaar met de maan
Pluspunten: weinig straling aan de oppervlakte, enorme voorraden waterijs, gesteente aan de oppervlakte waaruit materialen zijn te winnen
Gevaren: nauwelijks magnetisch veld, geen atmosfeer, nauwelijks zonnestraling
De omgeving
Astro-kunstenaar Walter Myers stelt zich het landschap van Callisto zo voor. Satelliet Galileo vond inderdaad bewijzen voor scherpe pieken. Bron: arcadiastreet.com
Callisto is gevormd door het langzaam opslokken van de stofdeeltjes rond Jupiter. Callisto staat te ver weg van Jupiter om beïnvloed te worden dor de magnetosfeer of de getijdekrchten. Astronomen denken daarom (en vanwege de vele kraters op de maan) dat het landschap op Callisto meer dan 4,5 miljard jaar oud is. Dit is slechts honderd miljoen jaar minder oud dan de aarde.
Callisto is dan ook bezaaid met kraters, in de buurt van de maximaal denkbare dichtheid. Op sommige plekken is Callisto bezaaid is met bizarre pieken, die wel wat weg hebben van de ijspilaren in Patagonië. Op plekken waar geen inslagen zijn (of de inlagen zeer oud) is Callisto bedekt met donker materiaal, vermoedelijk koolwaterstoffen en mineralen. Callisto is nooit opgewarmd, waardoor ijs en gesteente op het oppervlak nooit zijn gescheiden, behalve lokaal bij zware inslagen. Bij de extreem lage temperaturen op Callisto is ijs overigens zo hard als graniet.
Op grond van magneetveldwaarnemingen vermoeden astronomen dat Callisto net als de maan Europa een onderaardse oceaan kent, waarin mogelijk leven voor kan komen. Omdat Callisto alleen door radioactiviteit wordt verhit, zijn de omstandigheden voor dit leven veel minder gunstig dan in Europa. Al was het maar omdat de buitenste schil naar schatting 100 km dik is.
Transport van en naar Callisto
Alle ruimtevaartuigen die op dit moment worden gebruikt maken gebruik van raketvoortstuwing. Wat dan telt is delta v – de totale hoeveelheid versnelling en vertraging die nodig is. Beide kosten evenveel raketbrandstof. Ruimtevaartuigen kunnen remmen in de atmosfeer van Jupiter (wat door de sterke zwaartekracht van Jupiter alsnog veel brandstof kost om vanaf Jupiter naar Europa te reizen) of gebruik maken van magneetremming op het enorme magnetische veld, wat brandstof bespaart. Een reis van de aarde naar het Jupitersysteem kost om en nabij de zes jaar als gebruik wordt gemaakt van passieve voortstuwing (planetary flyby).
Hoe bewoonbaar is Callisto?
Het oppervlak van Callisto is vrijwel luchtledig en kent temperaturen van honderdzeventig graden onder nul. De straling is niet zo sterk als op Europa, maar de basis zal beschermd moeten worden voor micrometeorieten. Het ligt dus voor de hand de basis ondergronds te vestigen. Het kan interessant zijn dit ijs in de vorm van een enorme fisheye lens te smelten, waardoor het uiterst schaarse zonlicht op Callisto (3% van dat op aarde) kan worden benut en geconcentreerd. De zwaartekracht is onvoldoende voor een permanent verblijf van de mens. De lage zwaartekracht betekent dat permanente bewoners in een zwaartekrachtsmolen moeten slapen of door een medische behandeling aan de lage zwaartekracht aangepast raken. Mogelijk bevinden zich op het oppervlak van Callisto radioactieve ertsen die als energiebron zijn te gebruiken. Als het lukt om helium-3 kernfusie te realiseren, kunnen de overvloedige helium-3 voorraden op Jupiter geoogst worden.
Een prettige kant aan Callisto is dat het oppervlakte zowel veel waterijs als gesteente bevat, met vermoedelijk de nodige stikstofverbindingen. Dit betekent dat als voldoende energie beschikbaar is, in principe de basis zelfvoorzienend kan worden.
NASA stelt zich een basis op Callisto ongeveer zo voor. Waarschijnlijk zal het grootste deel van de basis ondergronds zijn. Dat biedt een goede bescherming tegen de meedogenloze meteorietenregen. bron: NASA
Voordelen van een kolonie op Callisto
Callisto kent enkele grote voordelen. De maan bevindt zich buiten het gevaarlijkste deel van Jupiters magnetosfeer. De maan bestaan voor een groot deel uit water, een eerste levensbehoefte voor alle aardse levensvormen. Het ijs kan gesplitst worden in waterstof en zuurstof om te ademen. De maan bestaat uit een mengsel van ijs en gesteente, wat in principe alle vereiste grondstoffen oplevert. Een basis op Callisto zal – als er leven aanwezig is – vermoedelijk veel interessante wetenschappelijke kennis opleveren. Omdat Callisto niet zo diep in Jupiters zwaartekrachtput zit als de andere drie grote manen, is de maan makkelijker te bereiken en te verlaten dan de andere grote manen van Jupiter. Dit maakt Callisto interessant als bevoorradingsbasis voor expedities naar de buitenplaneten.
Gevaren op Callisto Callisto kent geen beschermende atmosfeer en wordt voortdurend getroffen door meteorieten. De maan draait op veilige afstand om Jupiter, de planeet met het krachtigste en dodelijkste magneetveld in het zonnestelsel, dus de straling aan het oppervlak bedraagt ‘slechts’ 0,1 millisievert per dag. Ter vergelijking: de dagelijkse stralingsdosis in Nederland bedraagt 0,005 millisievert per dag; de hoogste natuurlijke achtergrondstraling ter wereld is 0,7 mSv per dag in het Noord-Iraanse kustplaatsje Ramsar en lijkt de lokale bevolking niet aan te tasten. Er is minder zonne-energie dan op aarde. Een basis zal dus haar eigen energie op moeten wekken met behulp van kern(fusie)energie. De zwaartekracht is erg laag; kolonisten zullen dus voortdurend zware oefeningen moeten doen of ’s nachts moeten doorbrengen in een zwaartekrachtscentrifuge.
De diepzee kent allerlei bizarre wezens. Dat zal op Callisto -als daar leven voorkomt - niet anders zijn.
Hoe zou een kolonie op Callisto er uit zien?
Een kolonie met wetenschappelijke doelen of om ruimteschepen te bevoorraden zal vermoedelijk onder het oppervlak gevestigd zijn. Energiegebrek is een belangrijke issue. Mogelijk kan helium-3, gewonnen op Jupiter, worden gebruikt om een kernfusiecentrale mee aan te drijven (gesteld, dat netto energie uit kernfusie tegen die tijd gerealiseerd is). Mogelijk wordt Callisto een knooppunt waarvandaan de helium-3 mijnoperaties op Jupiter worden geleid.
Hoe is Callisto tot leefbare wereld om te bouwen? Jupiter tot miniatuurzon ombouwen, zoals aliens in Arthur C. Clarke’s Space Odyssey-cyclus deden, is met onze huidige techniek (helaas?) niet haalbaar. Als het belangrijkste doel is om Europa en Ganymedes bewoonbaar te maken, zal Callisto overigens te ver weg liggen om de maan te smelten. Meer perspectief biedt waarschijnlijk de oceaan op honderd kilometer diepte. Deze zou ingezaaid kunnen worden met aards onderzees leven en net als Europa, door zwemmende menselijke wezens met kieuwen bewoond. Omdat er in Callisto alleen radioactieve energie vrijkomt, is er waarschijnlijk nauwelijks tot geen energie beschikbaar. Deze moet dus kunstmatig aangevoerd worden, bijvoorbeeld via een fusiereactor die op helium-3 werkt. Waarschijnlijk is het nog het slimste, in de dikke sorbetachtige ijskorst van het maantje een gangenstelsel aan te leggen. Een bestaan als ijsmollen dus.
Jupiter biedt het grootste oppervlak van het zonnestelsel en bestaat voor een groot deel uit het op aarde schaarse helium. Gastvrij is de grootste planeet van het zonnestelsel niet. Denk aan de verpletterende zwaartekracht, wervelstormen groter dan de aarde, het dodelijkste magnetische veld van het zonnestelsel. Voor onverschrokken kolonisten zijn er ook op Jupiter toch de nodige mogelijkheden voor een bestaan…
De gasreus Jupiter is zo groot dat de aarde er meer dan duizend keer in past.
Jupiter factsheet
Grootte: gemiddeld 69 911 km doorsnede (11 maal aarde)
Zwaartekracht: 2,53 maal die van de aarde
Atmosfeer: gasreus; plm. 90% waterstof, plm. 10% helium, fracties methaan, ammoniak, ethaan en water
Pluspunten: zwaartekracht, op grotere diepten bescherming tegen dodelijke kosmische straling en kleinere meteorieten, rijkste grondstoffenvoorraad van het zonnestelsel, vooral wat betreft fusiegrondstoffen, bewegingsvrijheid in drie dimensies, op grotere diepten aardnormale temperaturen.
Gevaren: geen vast oppervlak, zwaartekracht vereist intensieve training vooraf, omringd door dodelijk magneetveld, zeer hoge gasdruk op grotere diepten, zware stormen, hoge kans op inslag van grote kometen en asteroïden
De omgeving Jupiter kent geen vast oppervlak, maar verdicht zich op zeer grote diepte uiteindelijk tot een bol metallisch waterstof (wat het enorm sterke magnetische veld opwekt). Astronomen veronderstellen dat de kern van Jupiter mogelijk rotsachtig is.
Artist impression van de afdaling van Galileo in Jupiters atmosfeer.
Naarmate je dieper in de atmosfeer (of planeet) afdaalt, vormen zich wolken van achtereenvolgens ammonia, ammoniumwaterstofsulfide en water. Niet verrassend is de diepte waar waterwolken voorkomen (drie tot zeven bar), ook de diepte waar de temperaturen voor mensen leefbaar zijn. Het uitzicht op deze plaats is vermoedelijk één van de spectaculairste van het zonnestelsel, met voortdurend veranderende bewolking van verschillende kleur. Het zonlicht op Jupiter is meer dan twintig keer zwakker dan op aarde. De planeet produceert 1,7 maal meer warmte in haar inwendige dan de zon levert. Het gevolg: ingewikkelde en spectaculaire weerpatronen.
Jupiter wordt geteisterd door voortdurende stormen met windsnelheden tot vierhonderd kilometer per uur. De grootste storm, de Grote Rode Vlek, is enkele malen zo groot als de aarde en bestaat al zeker sinds 1830. We weten sinds de afdaling van de meetsonde Galileo veel meer van de samenstelling van de atmosfeer, maar de meeste verschijnselen worden nog niet goed begrepen.
Hoe reis je naar Jupiter?
Jupiter is al door diverse ruimtesondes bezocht. De planeet bevindt zich op meer dan vijf maal zo grote afstand van de zon dan de aarde. De afstand tot de aarde varieert van zeshonderd tot negenhonderd miljoen kilometer. De reistijd naar Jupiter ligt door deze enorme afstand met chemische raketten rond enkele jaren. Wanneer atoomraketten worden ingevoerd of gebruik kan worden gemaakt van zonnezeilen en magnetische remming op het magneetveld van Jupiter, kan de reistijd terug worden gebracht naar enkele maanden of minder.
Hoe bewoonbaar is Jupiter?
Jupiter is één van de, zoals een leidinggevende zou zeggen, uitdagender omgevingen in het zonnestelsel. De straling vlak bij het oppervlak van Jupiter is zo dodelijk, dat je de LD50, de voor mensen dodelijke dosis van 5 sievert, al binnenkrijgt in drie uur. De dikke gaslaag van Jupiter biedt echter een redelijke bescherming op grote diepte. Een groter technisch probleem is de combinatie van temperatuur en gasdichtheid. De temperatuur van de omgeving mag maximaal twintig graden zijn om oververhitting te voorkomen.
Jupiter bestaat bijna helemaal uit het lichtst denkbare gas (waterstof; lucht is veertien keer zo dicht). Daarom zijn er maar twee strategieën die kunnen werken: een aerostaat (in lucht drijvend object) met onderdruk (dus sterke en zware wanden, dus deze moet extreem groot zijn om het gewicht van die wanden weer goed te maken) of actieve opstuwing, bijvoorbeeld een voor altijd rondvliegend vliegtuig of straalstuwing. Dit laatste zou je uiteraard kunnen combineren met gasmijnbouw.
Een permanente basis op Jupiter zal moeten drijven of vliegen in de atmosfeer.
Voordelen van een kolonie op Jupiter
Er is maar één echt zinnige reden om een nederzetting, drijvend in Jupiter te willen bouwen: de enorme helium-3 voorraden. Helium-3 is op aarde extreem schaars en zeer gewild bij koude-experimenten. Een gram helium-3 levert bij kernfusie netto waarschijnlijk rond de zestigduizend kilowattuur, zonder dat er neutronen (die andere atoomkernen radioactief maken) vrijkomen. Om deze reden geloven veel mensen heilig in helium-3 als oplossing voor onze energieproblemen. Met plm. 350 ton helium-3 kan je het totale elektriciteitsverbruik per jaar dekken. De belangrijkste bouwstoffen, koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en fosfor zijn aanwezig in de atmosfeer en kunnen gewonnen worden.
Verder is de atmosfeer van Jupiter uit wetenschappelijk oogpunt zeer interessant. Er zullen ons vermoedelijk nog de nodige verrassingen te wachten staan. Vroeger werd geloofd dat er op Jupiter zwevende levensvormen zouden kunnen bestaan. Het is nog steeds niet uit te sluiten (maar wel onwaarschijnlijk) dat dat inderdaad het geval is (zo zijn er ook op aarde bacteriën bekend die in de wolken leven). Ook op Jupiter komen waterwolken voor. Bacteriën zijn extreem taai en veelzijdig. Onze ervaring op aarde heeft ons geleerd het leven niet te onderschatten.
Gevaren op Jupiter
De atmosfeer bevat geen vrije zuurstof. Hoger in de atmosfeer zijn er giftige wolken ammonia en waterstofsulfide-ammonia verbindingen. De zeer sterke winden en sterke bliksemontladingen (tien keer zo sterk als op aarde) betekenen een voortdurend risico. Als je omlaag valt op Jupiter, is er geen redden meer aan. Je belandt dan in de extreem hete en dichte gaslagen in de kern.
De zwaartekracht is zeer hoog, maar vermoedelijk kan het menselijk lichaam zich hieraan geleidelijk aanpassen, bijvoorbeeld door de botmassa, spierdiktes en capaciteit van het hart toe te laten nemen.
Jupiter wordt ook wel de stofzuiger van het zonnestelsel genoemd, omdat het merendeel van de rondzwervende brokken ruimtepuin uiteindelijk door Jupiter wordt opgeslokt. Dit heeft heel veel catastrofale inslagen op aarde voorkomen. Het komt daarom geregeld voor dat asteroïden of kometen op Jupiter inslaan, denk bijvoorbeeld aan de spectaculaire inslag van Shoemaker-Levy 9. Zit je ruimtekolonie toevallig op die plek, dan heeft dat uiterst akelige gevolgen.
Stormen op Jupiter zijn vele malen groter en heviger dan op aarde.
Hoe zou een kolonie op Jupiter er uit zien?
Een ruimtestation in een baan om Jupiter is alleen interessant voor mensen die hun laatste uren op spectaculair akelige wijze willen doorbrengen (zo zie je voortdurend flitsjes omdat er radioactieve deeltjes door je oogbol razen). Er zijn dus twee mogelijkheden: een enorme zwevende stad of een enorm zwaarder-dan-lucht vliegtuig dat voortdurend blijft vliegen, beide op veilige diepte.
Een drijvende kolonie in de atmosfeer van Jupiter zal erg groot moeten zijn: denk aan vele honderden meters tot enkele kilometers in doorsnede om voldoende drijfvermogen te krijgen. Die beperking is er uiteraard niet voor een vliegtuig-stad. Vermoedelijk zal het leven in een kolonie op Jupiter veel weg hebben van dat op een booreiland of Antarctisch onderzoeksstation, maar dan wel een uur moeten wachten op antwoord vanaf de aarde. In het gunstigste geval. Niet aan te bevelen voor mensen met heimwee dus.
Hoe is Jupiter tot leefbare wereld om te bouwen?
Jupiter bevat meer dan twee keer zoveel massa als alle andere planeten samen. Dit, met de enorme afstand tot de zon en het ontbreken van een vast oppervlak maken het vrijwel onmogelijk om Jupiter tot aardachtige planeet om te bouwen. Daarvoor zou je bijvoorbeeld Jupiter moeten inkapselen in een vaste schil, die overdekken met water en gesteente en enorme hoeveelheden zonlicht naar de planeet moeten kaatsen. Mogelijk zou je op een of andere manier de vaste kern van Jupiter er uit kunnen halen.
Het is uiteraard slimmer om gebruik te maken van de unieke eigenschappen van de planeet. Met enige biologische aanpassingen zouden mensen kunnen leven op drijvende platforms diep in de stormachtige atmosfeer van Jupiter. Je kan ook door bio-engineering mensen kunnen ombouwen tot enorme gaszakachtige wezens, die leven van bijvoorbeeld de elektrische ontladingen. Niet dringen.
De waterstof kan waarschijnlijk in de verre toekomst zelf worden gefuseerd tot andere, bruikbaarder elementen (en hierbij ook nog veel energie opleveren).
In zijn SF-serie 2001: A Space Odyssey beschreef SF-schrijver Arthur C. Clarke aliens die Jupiter veranderden in een miniatuurzon om zo de wezens op de Jupitermaan Europa een kans op evolutie te geven. De massa van Jupiter is weliswaar te laag om kernfusie mogelijk te maken – de kleinste rode dwergster is tachtig keer zo zwaar – maar mogelijk bestaan er katalysatoren om fusie bij lagere drukken en temperaturen toch mogelijk te maken. De vraag is echter of dat wel zo slim is. Je kan beter de fusie-energie rechtstreeks gebruiken.
Het helium op Jupiter zou kunnen worden gebruikt om een enorme supercomputer, zo groot als een planeet, te koelen tot vlak bij het absolute nulpunt. Hiermee zou je een enorme virtuele wereld kunnen simuleren. Wat er uiteindelijk écht met Jupiter zal gebeuren? Waarschijnlijk zullen onze verre nazaten heel andere plannen hebben dan we ons voor kunnen stellen, maar dat ze de grootste grondstoffenvoorraad in het zonnestelsel links laten liggen is niet erg waarschijnlijk…
Jupiter kent vier grote manen: Io, Callisto, Europa en Ganymedes. Elke maan is een unieke wereld op zich, maar Europa springt er uit. Op de oppervlakte teistert dodelijke radioactieve straling de maan, maar een kilometers dikke ijslaag beschermt een honderden kilometers diepe oceaan schuilgaat. Veel wetenschappers denken daarom dat Europa de meest geschikte plaats is voor leven buiten de aarde. Zouden zich enorme zeemonsters ophouden onder de ijskap?
De ijsmaan Europa is bezaaid met spleten waar geregeld een roodgekleurde vloeistof doorheen lekt. Astronomen willen graag een kijkje nemen in het raadselachtige binnenste van Europa.
Europa factsheet
Grootte: 3138 km doorsnede (iets kleiner dan de maan)
Zwaartekracht: 0,13 maal die van de aarde
Atmosfeer: luchtdruk minder dan 10−12 atmosfeer, voornamelijk moleculaire zuurstof
Temperaturen: oppervlakte -160 graden (equator) tot -220 graden (polen); oceaan onder het ijs +4 graden
Daglengte: vrijwel geheel tidally locked met Jupiter
Lengte jaar: een omloop om Jupiter duurt 3,55 dagen; een jaar op Jupiter duurt 11,86 jaar
Waardevolle grondstoffen: water
Pluspunten: enorme voorraden waterijs, waarschijnlijk vloeibaar water in de diepte, mogelijke aanwezigheid buitenaards leven
Gevaren: dodelijke straling aan de oppervlakte, nauwelijks magnetisch veld, geen atmosfeer, nauwelijks zonnestraling
De omgeving
Kenmerkend voor Europa zijn dubbele lijnen in het ijs, de linae waar ijsplaten tegen elkaar schuren.
De oppervlakte van Europa bestaat uit ijs en is één van de gladste in het zonnestelsel. De reden is vermoedelijk dat het oppervlak voortdurend vernieuwd wordt door ijserupties. Het oppervlak is bezaaid met diepe spleten. De maan bevindt zich in een zeer licht elliptische baan om Jupiter waardoor het hemellichaam voortdurend wordt gekneed door een ingewikkeld interactiesysteem waarbij Io energie aftapt van Jupiters rotatie en die doorgeeft aan Callisto en Europa.Volgens een andere theorie zijn het niet de relatief zwakke getijdekrachten, maar Rossby golven die Europa opwarmen.
Astronomen vermoeden dat zich tien kilometer onder het ijs een vloeibare oceaan of vloeibaar ijs, vergelijkbaar met wat in een sorbet zit (met daaronder een ondiepere oceaan), bevindt. Deze oceaan zou naar schatting honderd kilometer (of slechts enkele tientallen kilometers) diep zijn. Hieronder bevindt zich een rotsachtige kern. Planetologen denken dat Europa een kleine metaalkern heeft.
Het enorme magnetische veld van Jupiter produceert grote hoeveelheden dodelijke straling. Europa krijgt er niet zo sterk van langs als de zich dichter bij Jupiter bevindende manen Io en Callisto, maar een mens zal het zonder bescherming tegen de straling niet langer dan een dag uithouden zonder zware stralingsziekte op te lopen. De dodelijke stralingsdosis wordt in twintig dagen bereikt.
De zon komt op Europa elke vijf dagen, de duur van de omloopbaan om Jupiter, op, omdat Europa net als onze maan altijd hetzelfde halfrond naar de planeet waar ze om heen draait, keert.
Er is vrijwel geen sprake van een atmosfeer. Meteorieten slaan dus ongehinderd in, maar door de vele ijserupties verdwijnen de littekens erg snel.
Transport van en naar Europa
Alle ruimtevaartuigen nu in gebruik maken gebruik van raketvoortstuwing. Wat dan telt is delta v – de totale hoeveelheid versnelling en vertraging die nodig is. Beide kosten evenveel raketbrandstof. Ruimtevaartuigen kunnen remmen in de atmosfeer van Jupiter (wat door de sterke zwaartekracht van Jupiter alsnog veel brandstof kost om vanaf Jupiter naar Europa te reizen) of gebruik maken van magneetremming op het enorme magnetische veld, wat brandstof bespaart. Een reis van de aarde naar het Jupitersysteem kost om en nabij de zes jaar als gebruik wordt gemaakt van passieve voortstuwing (planetary flyby).
Hoe bewoonbaar is Europa?
Het oppervlak van Europa is vrijwel luchtledig en kent temperaturen van honderdvijftig graden onder nul. Een basis op het oppervlakteijs kan beter op veilige afstand van de linae liggen en moet voorzien zijn van een goede bescherming tegen de extreme straling. De zwaartekracht is onvoldoende voor een permanent verblijf van de mens. De lage zwaartekracht betekent dat permanente bewoners in een zwaartekrachtsmolen moeten slapen. Het is het overwegen waard om een basis onder het kilometers dikke ijs aan te leggen. De temperaturen in deze enorm diepe oceaan liggen dichter bij voor aardbewoners aangename temperaturen. De druk is zelfs op een wereld met een zwaartekracht kleiner dan die van de maan echter nog steeds enorm. Ook vermoeden onderzoekers dat er leven zou kunnen bestaan in deze oceaan, wat Europa een eersteklas bestemming voor wetenschappelijk onderzoek zou maken.
Zo mooi zal een onderzeese basis in de Europaanse oceaan er waarschijnlijk niet uit zien...
Voordelen van een kolonie op Europa
Europa kent slechts twee grote voordelen. De maan bestaan voor een groot deel uit water, een eerste levensbehoefte voor alle aardse levensvormen en kent waarschijnlijk diep onder de kilometers dikke ijslaag een zoutrijke oceaan. Volgen sommige schattingen bevat deze oceaan drie keer zoveel water als in alle aardse oceanen samen. Deze oceaan kent vermoedelijk temperaturen die niet al te ver onder nul liggen. Het watwer uit de oceaan kan gesplitst worden in waterstof en zuurstof om in te ademen. Een basis op Europa zal – als er leven aanwezig is – vermoedelijk veel interessante wetenschappelijke kennis opleveren. Ook als bron van ijs voor kolonies boven resp. op de kurkdroge planeten Venus en Mercurius is Europa interessant.
Gevaren op Europa Europa kent geen beschermende atmosfeer en draait om Jupiter, de planeet met het krachtigste en dodelijkste magneetveld in het zonnestelsel. Het oppervlak bestaat uit ijs en is door getijdekrachten voortdurend in beweging. Wel vormt ijs een goede bescherming tegen kosmische straling. Er is minder zonne-energie dan op aarde. Een basis zal dus haar eigen energie op moeten wekken met behulp van kern(fusie)energie. De zwaartekracht is erg laag; kolonisten zullen dus voortdurend zware oefeningen moeten doen of ’s nachts moeten doorbrengen in een zwaartekrachtscentrifuge.
De diepzee kent allerlei bizarre wezens. Dat zal op Europa -als daar leven voorkomt - niet anders zijn.
Hoe zou een kolonie op Europa er uit zien?
Een kolonie met wetenschappelijke of toeristische doelen zal vermoedelijk onder het ijs gevestigd zijn en veel lijken op onderzeebases.
Kolonisten op het oppervlak kunnen gebruik maken van de ijsvoorraden om hun kolonie mee te bevoorraden. Hun kolonie zal vermoedelijk bestaan uit een grote drukkoepel boven het oppervlak. Het zwakke zonlicht betekent dat de kolonisten energie uit kernsplijting of kernfusie zullen moeten opwekken.
Hoe is Europa tot leefbare wereld om te bouwen? Jupiter tot miniatuurzon ombouwen, zoals aliens in Arthur C. Clarke’s Space Odyssey-cyclus deden, is met onze huidige techniek (helaas?) niet haalbaar. Ook zal Europa dan veranderen in een oceaanwereld met een zeer lage zwaartekracht. Het heeft vermoedelijk meer zin om mensen te voorzien van bionische hulpmiddelen om ze te laten overleven in de enorme oceaan die Europa onder het ijs herbergt. Onderzoekers denken dat de sterke radioactieve straling veel water gesplitst heeft in onder meer zuurstof, die door convectie in de diepte terecht is gekomen. Dit zou betekenen dat de diepe oceanen redelijk zuurstofrijk zullen zijn. Eindelijk zeemeerminnen?
Het kleine land Japan is wereldkampioen robuuste, nauwkeurige techniek en robotica. Hét recept voor succesvolle ruimtevaart. En voor grondstoffen.
Japan, opgesloten tussen een vijandige reus en de zee
De ligging van Japan, een geïsoleerde eilandengroep ten oosten van het machtigste land van Azië, maakt dat het land geopolitiek gesproken maar weinig kanten op kan, behalve omhoog.
De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.
Het bewoonbare deel van de Japanse archipel is maar anderhalf keer zo groot als Nederland. het land beschikt nauwelijks over grondstoffen. De sterke opkomst van China vermindert op dit moment de Japanse invloed in de regio, die toch al vijandig tegen de Japanners staat vanwege het oorlogsverleden.
Wereldkampioen robotica
De Japanse bevolking veroudert nog sneller dan hier en men wil problemen zoals in Europa met slecht integrerende gastarbeiders voorkomen. De reden dat de Japanners prioriteit geven aan de ontwikkeling van robotica.
Robots zijn om meerdere redenen geknipt voor ruimtevaart. Ze vereisen slechts een energiebron, niet een complex leefsysteem zoals mensen en kunnen veel extremere omstandigheden, denk aan dodelijke radioactiviteit, hitte en koude, verdragen dan mensen.
Extreem kwaliteitsbewustzijn
De reden dat Japanse auto’s veel populairder zijn in Afrika dan bijvoorbeeld Europese auto’s is dat ze nauwelijks storingen vertonen. Dit is het gevolg van een andere Japanse eigenschap: de obsessie met kwaliteit die zijn oorsprong vindt in de Japanse zen-filosofie.
Werken is in Japan een vorm van mediteren waarbij het werk zo volmaakt mogelijk uitgevoerd moet worden.
De Japanse zen-filosofie inspireerde niet alleen deze tuin, maar ook het Japanse kwaliteitsbewustzijn.
Deze eigenschap komt zeer van pas bij het bouwen van extreem complexe systemen als ruimteschepen. Het was dan ook een kwestie van tijd voor de Japanners zich realiseerden wat voor hun land de meest voor de hand liggende en effectiefste toekomststrategie is. De rest van het zonnestelsel, denk alleen al aan de planetoïdengordel, is namelijk bezaaid met die grondstoffen waar de Japanse industrie om schreeuwt. Na een serie mislukkingen in het begin hebben de Japanners nu NASA-technieken gekopieerd en zijn die nu aan het vervolmaken.
Slim gebruik van beperkte hulpbronnen
Japan beschikt niet over de enorme hulpbronnen van de Verenigde Staten of over een groot leger om die elders te gaan roven. De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA heeft een jaarlijks budget van drie miljard euro, minder dan een tiende van NASA en minder dan de helft van dat van ESA, de Europese ruimtevaartorganisatie.
IKAROS, het Japanse zonnezeil plus zonnepaneel. Bron: JAXA
Toch zijn er opmerkelijke successen geboekt. Japan lanceerde april 2010 het eerste werkende zonnezeil, IKAROS, met een doorsnede van twintig meter en 7,5 micrometer dik. Het zonnezeil is tegelijkertijd ook een zonnepaneel en levert waardevolle kennis voor betere zonnepanelen op.
De opvolger van Ikaros, uitgerust met ionenmotor en een zonnezeil van 50 meter doorsnede, gaat later dit decennium naar Jupiter en de Trojanen – een wolk grondstofrijke asteroïden in de Lagrangepunten op de omloopbaan van Jupiter.
Jupiter zelf is een enorme schatkamer van schaars helium.
Mijnbouw in de Trojanen Slagen de Japanners er in een zichzelf replicerende mijnbouwrobot te ontwikkelen en die op de Trojanen te laten landen, dan zou Japan wel eens schatrijk kunnen worden van de opbrengsten. Vermoedelijk wordt dat een vervolgproject als na de missie van eind dit decennium de minerale samenstelling van de Trojanen bekend is.
Maanbasis In Japan bestaan al langer plannen voor een onbemande maanbasis, gepland in 2020, die grondstoffen voor de Japanse industrie oogst. De maan is maar 1,3 lichtseconde ver weg, dus robots op de maan kunnen direct vanuit Japan bestuurd worden. Er is al een proces uitgedokterd om maanbeton te maken. De kosten: twee miljard euro, nog niet eens een halve Betuwelijn dus.
Zo moet de geplande Japanse maanbasis er uit komen te zien. Bron: JAXA
De maan beschikt over veel titanium, andere schaarse metalen en vermoedelijk veel helium-3. De wedloop voor de maan is nu pas echt ingezet nu ook China en India (India zit met hetzelfde probleem als Japan: weinig geld en grondstoffenschaarste) missies naar de maan sturen. Hopelijk zullen dan ook de Europeanen uit hun winterslaap ontwaken.
Wij hebben namelijk een vergelijkbaar probleem als Japan en India: weinig grondstoffen en we hebben ook geen zin ze met grof geweld uit andere landen te gaan halen. Samenwerken met de VS en beide democratisch geregeerde landen zou wel eens veel op kunnen leveren.
