Nog vreemder is dat beide satellietstelsels meer licht uitstralen dan vrijwel alle andere satellietstelsels. Het lijkt er steeds meer op dat ons melkwegstelsel een buitenbeentje is.
Resten van sterren in de Grote Magalhaese Wolk. Bron/(c): NASA
Ons melkwegstelsel is niet alleen. Het maakt met de Andromedanevel onderdeel uit van de Lokale Groep, onze familie van melkwegstelsels.
Ons melkwegstelsel heeft voor zover we weten twee satellietstelsels: de Grote en de Kleine Magelhaese Wolk. Dit zijn kleine, onregelmatige melkwegstelsels die (denken de meeste astronomen) langzaam op worden geslokt door ons eigen melkwegstelsel.
Met de Grote Magelhaese Wolk is wat opmerkelijks aan de hand, stelt de Canadese topastronoom Sidney van den Bergh. Deze is namelijk extreem helder. Er zijn nauwelijks satellietstelsels te vinden die helderder zijn dan dit dwergmelkwegstelsel.
Beide dwergmelkwegstelsels zijn ook erg gasrijk en metaalarm (astronomen noemen alles wat zwaarder is dan waterstof of helium een metaal) wat duidt op een veel jongere leeftijd dan die van onze eigen melkweg.
Kortom: niet alleen onze thuisplaneet, maar ook onze melkweg zelf blijkt uniek. Uiteraard heeft deze ontdekking al heel wat discussie uitgelokt over mogelijke implicaties voor het ontstaan van intelligent leven.
Programmeerbare elektronica zou ideaal zijn. Met één druk op de knop verandert bijvoorbeeld een keukenmixer in een boormachine. Je hoeft maar één apparaat te hebben dat je voor alles kan gebruiken. Is het mogelijk? Het antwoord: ja, al moeten er nog een paar technische barrières worden genomen.
De Wet van de Toenemende Kapotte Elektronica Elektronisch afval wordt massaal in Afrikaanse landen gedumpt. Een weinig elegante en uiterst milieuvervuilende `oplossing'. Deel uit maken van de welvaartsmaatschappij betekent in de praktijk dat je tegen wil en dank opgescheept raakt met steeds meer elektronische wrakken in variërende staat van ontbinding. Weliswaar worden steeds meer apparaten programmeerbaar – al is dat meer een vloek dan een zegen bij bijvoorbeeld video- en dvd recorders – maar het ene apparaat in het andere omzetten lukt alleen met heel veel creativiteit (een gloeilamp als strijkbout bijvoorbeeld).
Programmeerbare schakelingen
Dit terwijl de elektrische schakelingen van apparaten uit maar enkele soorten onderdelen bestaan: weerstanden, diodes, transistoren, spoelen en wellicht een ingewikkelder chip zoals een geïntegreerd circuit. Kortom: verander de onderlinge verbindingen tussen die onderdelen en je hebt een compleet nieuwe schakeling, dus apparaat. Vervang de weerstanden door memristors (programmeerbare weerstanden) en de mogelijkheden worden nog veel groter.
In principe kan dat. Wat je nodig hebt is het elektronische equivalent van een spoorwegwissel: een relais. Zet een relais in een bepaalde stand en het ‘onthoudt’ de stand. Op die manier kan je de eigenschappen van, zeg, een dvd-speler veranderen in die van een versterker. Wellicht is het hier slimmer de hele schakeling op een aparte printplaat te bakken en dan tussen printplaten te schakelen. Elektronische apparaten bestaan voornamelijk uit lucht. Ruimte genoeg dus, als aan warmteafvoer gedacht wordt.
Met deze handige uitvinding kan je een gehaktmolen aandrijven met een handboor. Voor als je na het klussen honger hebt, zeg maar.
Broodrooster wordt haarföhn
De meeste huishoudelijke apparaten zitten niet erg ingewikkeld in elkaar. Het principe van een gloeilamp, strijkbout, broodrooster, contactgrill, elektrische kookplaat en een haardroger is gelijk: een hete gloeispiraal met temperatuurregeling. Bij een föhn zit er nog een motor met ventilatortje bij. Met andere woorden: als je een strijkbout dubbel zou kunnen klappen heb je een contactgrill of een broodrooster. Als je hete lucht langs het oppervlak laat stromen met een elektromotortje heb je een haarföhn. Verzin iets waarmee je het contactoppervlak van vorm kan laten veranderen en je hebt een vier-in-een huishoudelijk apparaat.
Deze truc kan je ook gebruiken voor andere apparaten. Een keukenmachine aandrijven met een handboor is minder gek dan het klinkt: beide maken gebruik van een sterke ronddraaiende elektromotor. Je zou op die manier zelfs kleine wasjes kunnen doen: ouderwetse wasmachines (tafelmodel) werkten zo.
Geheugenmetaal en kunstmatige pezen Zes afstandsbedieningen voor één enkel multimediasysteem. Dat moet toch slimmer kunnen... Wel moeten eventueel mechanische onderdelen mee veranderen in een nieuwe vorm. Voor een deel kan je dat oplossen met hulpstukken. Helaas raken die doorgaans zoek, dus een creatieve uitvinder zal wat beters proberen te verzinnen. Denk aan geheugenmetaal (metaal dat terug kan springen in zijn oude vorm), Transformer-achtige vormverandering, wellicht het door middel van extreem sterke koolstofvezels straktrekken van met vloeistof gevulde stijfwandige onderdelen zodat ze met deze kunstmatige pezen van de ene vorm in de andere springen.
Nooit meer een afstandsbediening zoeken
De meest voor de hand liggende toepassing is wel de echt universele afstandsbediening. Sla in het apparaat alle eigenschappen (display, infrarood- en radiofrequenties) van alle ooit gefabriceerde afstandsbedieningen op (of beter: zet ze op een website waar gebruikers ze op een USB stick kunnen downloaden), monteer er een drukgevoelig schermpje op (zoals dat op Iphone’s zit) waar de knoppen van de afstandsbediening in kwestie op worden getoond en het gefriemel met zes of zeven afstandsbedieningen is eindelijk verleden tijd.
Biofotonica, een ooit fel omstreden theorie kostte menig wetenschapper de kop. Ten onrechte, blijkt steeds meer.
Het veronderstellen dat fotonen, lichtdeeltjes, een cruciale rol speelden in levende organismen, kostte onderzoekers als de omstreden Rus Alexander Gurwitsch en de Duitser Fritz-Albert Popp bijna hun carrière. Nu duikt steeds meer bewijs op dat licht wel degelijk een essentiële rol speelt in levende organismen, mogelijk zelfs in ons bewustzijn.
Bioluminescentie komt veel voor bij diepzeedieren. Een extreme vorm van een natuurlijk proces?
Na zijn dood is gebleken dat Gurwitsch’ waarnemingen juist waren (al is het morfogenetisch veld, waar hij fervent in geloofde, onzin volgens vrijwel alle wetenschappers). Hij wordt nu erkend als de ontdekker van biofotonen. Popps werk, ooit verguisd door ‘respectabele’ wetenschappers, staat nu in het centrum van een zich snel ontwikkelend nieuw wetenschappelijk veld: biofotonica.
Oplichtende bacteriën en ingewikkelder organismen zijn minder uitzonderlijk dan het lijkt. In feite komt er bij biochemische reacties voortdurend licht vrij, zij het met een zeer zwakke intensiteit, denk aan honderd fotonen per vierkante centimeter per seconde. Tot voor kort werd dit gezien als een curieus bijverschijnsel.
Het lijkt er steeds meer op dat dat niet klopt en dat de verguisde biofotonen wel degelijk een belangrijke rol spelen. Uit onderzoek eerder in 2010 bleek dat de ruggemergzenuwen van ratten licht kunnen geleiden. Het brein van ratten in werking blijkt op te lichten. Biofysicus Majid Rahnama aan de Shahid Bahonar University te Kerman, Iran en een groep collega’s van over de hele wereld denken nu te weten waarom.
Verschillende celonderdelen van hersencellen blijken namelijk fotoactief te zijn, op licht te reageren. Ze bevatten bijvoorbeeld porphyrine-ringen, flaviniden, pyridine-ringen, lipide (vettige) chromoforen and aromatische (betekent: voorzien van een ring van zes koolstofatomen) aminozuren. Mitochondriën, de energiecentrales van de cel, bevatten verschillende chromoforen, stukken molecuul die de rest van het molecuul een kleur geven.
Het brein in werking baadt in zeer zwak licht. Toeval? Integendeel volgens een aantal onderzoekers.
Volgens de theorie van de onderzoekers dienen microtubuli, een netwerk binnen cellen, naast transportnetwerk voor biomoleculen, ook als ‘wave guides’, lichtgolfgeleiders. Zeg maar een biologische glasvezelkabel. De onderzoekers toonden een significant verband aan tussen de frequentie van hersengolven, zoals alfa- bèta- en thetagolven en de activiteit van optisch actieve moleculen.
Dit kan verklaren hoe alfa-, bèta- en thetagolven het brein kunnen synchroniseren. Elektrische ontladingen door het ompolen van het celmembraan, het bekende proces waarmee zenuwcellen onderling communiceren, zijn daar te traag voor. Vijftien jaar eerder suggereerde de visionaire wiskundige Roger Penrose al dat het netwerk van neuronale microtubuli een soort kwantumcomputers vormen, de Orch-OR theorie.
Alhoewel vervolgonderzoek niet veel heel liet van zijn theorie, zo zou de kwantumverstrengeling in microtubuli waar zijn theorie op berustte maar miljardsten van seconden overleven, heeft Penrose misschien toch wel een beetje gelijk. Penrose, blijkt uit zijn werk aan twistors, het ontdekken van ringvormige structuren in de achtergrondstraling en nu dus het kwantumbrein, heeft in ieder geval een zeldzaam talent om anderen op het juiste spoor te zetten.
Analyse van de kosmische achtergrondstraling heeftaangetoond dat er minstens vier grote ringvormige structuren in het heelal bestaan, elk ongeveer vier graden breed: acht keer zo groot in schijnbare diameter als de zon of volle maan. Dit is veel te groot om door bekende astrofysische processen veroorzaakt te zijn. De meest logische verklaring is volgens de meeste kosmologen dat het hier om andere universa gaat die met het onze gebotst zijn.
Astronomen ontdekten vier raadselachtige vlekken in de kosmische achtergrondstraling (kwadrant rechtsonder). Bewijs voor botsingen met andere universa? Bron: P. Feeney et al.
Gaat het hier inderdaad om andere universa? De vlekken tonen alle kenmerken die heelallen die met het onze botsen zouden vertonen.
Al in 2007 is een enorm gapend gat, een miljard lichtjaar in doorsnede, gevonden waarin de achtergrondtemperatuur lager bleek dan in de rest van het heelal. In het gat bevinden zich nauwelijks melkwegstelsels.
Een lagere achtergrondtemperatuur betekent dat het opgeslokte heelal verder was uitgezet dan het onze, dus ouder was, toen het met het onze in botsing kwam. Een van de andere drie gebieden kent juist een hogere achtergrondtemperatuur dan de rest van het heelal. Dit was dus van jongere leeftijd toen de botsing plaatsvond.
Opmerkelijk is in ieder geval dat er geen bolsymmetrie aanwezig is: de vlekken zijn niet volmaakt rond. In veel kosmologische theorieën wordt die bolsymmetrie wel verondersteld. Die theorieën kunnen als het hier inderdaad om andere universa gaat, in hun huidige vorm de prullenmand in.
Wachten op bevestiging Op dit moment is de Planck satelliet van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA metingen aan het uitvoeren. Deze zijn in 2012 afgerond. Planck meet de polarisatie, de richting waarin fotonen van de kosmische achtergrondstraling trillen. Deze is van standaard kosmische achtergrondstraling nul: alle richtingen komen door elkaar voor. Door de heftige vervorming van ruimtetijd bij de botsing zal, als de ‘spots’ inderdaad overblijfselen van zusterheelallen zijn, ook de polarisatierichting in een bepaalde manier afwijken.
Gevolgen voor ons Het bestaan van alternatieve universa heeft enorme implicaties. Niet langer zullen we opgesloten zijn in dit heelal, wat volgens vrijwel alle kosmologische theorieën uiteindelijk ten dode opgeschreven is. We kunnen wellicht een manier vinden om te ontsnappen naar een jong universum en daar een nieuw bestaan opbouwen.
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.
Het periodiek systeem van scheikundeles uit de middelbare school krijgt concurrentie.
Borromeaanse ringen. Het weghalen van één ring betekent dat de twee andere ringen uiteen vallen.
Bosonen, een bepaalde groep elementaire deeltjes, blijken weliswaar niet in paren, maar wel in drietallen een stabiele binding te kunnen aangaan. Dit opent een venster op totaal nieuwe materialen. En kunnen we eindelijk het raadsel van kwantumverstrengeling oplossen?
De Russische, later naar de VS geëmigreerde natuurkundige Vitaly Efimov voorspelde in 1970 dat bepaalde kwantumdeeltjes die geen paren kunnen vormen, onder bepaalde omstandigheden wel drietallen kunnen vormen. Deze drietallen hebben iets weg van Boromiaanse ringen: haal er eentje weg en de twee andere ringen laten los.
Vitaly Efimov werd uitgelachen maar kreeg veertig jaar na de publicatie van zijn voorspelling door een experiment gelijk.
Bosonen en fermionen: een kwestie van spin Spin is een bizarre kwantumeigenschap die je kan opvatten als de draairichting en -snelheid van een deeltje. Een bal kan je in allerlei richtingen, snelheden en linksom of rechtsom laten tollen. Een kwantumdeeltje kan alleen linksom of rechtsom tollen met hele of halve eenheden. Een spin van bijvoorbeeld 0,33 kan dus niet.
In kwantumtermen kunnen alle deeltjes in twee groepen worden verdeeld: bosonen met een heeltallige spin en fermionen (die een halftallige spin hebben). Bosonen, bijvoorbeeld lichtdeeltjes en helium-4 atomen, zijn de spreekwoordelijke makke schapen. Het is vrij makkelijk om ze bij elkaar in de buurt te brengen. In kwantumtermen: hun golffuncties overlappen elkaar.
Dat is bij fermionen (bijvoorbeeld elektronen en helium-3 atomen) heel anders: de kans dat ze bij elkaar in de buurt komen is nul (het Pauliverbod). Twee fermionen (denk aan elektronen in een supergeleider) kunnen wel een Cooperpaar vormen dat bosoneigenschappen heeft: de spin van beide deeltjes samen wordt een geheel getal. Zo bestaat supervloeibaar helium-3 uit Cooperparen helium-3 atomen.
Efimov-trio’s Efimov voorspelde in 1970 dat deeltjes met een heeltallige spin, bosonen dus, onder bepaalde omstandigheden een stabiel drietal konden vormen. De interacties gaan resoneren en houden elkaar dan precies in evenwicht. Het effect is bij ‘gewone’ atomen extreem zwak, de reden dat pas in 2006 Efimov-trio’s zijn aangetroffen in cesiumdamp. Pas toen was er de techniek om atomen tot onder een miljoenste graad boven het absolute nulpunt te koelen.
Wat is het praktisch nut?
Op dit moment, 13,5 miljard jaar na de Big Bang: nul. Zelfs in de ijskoude ruimte tussen de sterren is de temperatuur nog drie kelvin, miljoenen malen te hoog. Misschien dat we er een nieuw type quantumcomputer mee zouden kunnen bouwen of een ultragevoelige detector, bijvoorbeeld van zwaartekrachtsgolven.
Voorbeelden van ingewikkelder Efimov-structuren, 'atomen'. Klik voor een vergroting. Bron: Arxiv/Nils Baas
Interessanter is dat we materie kunnen scheppen die niet is beperkt tot onze drie dimensies. Topologisch wiskundige Nils Baas heeft nog veel ingewikkelder structuren dan de simpele Boromiaanse ringen berekend. Waar uiteraard nog veel extremere koeling voor nodig is. Baas denkt ook dat deze ingewikkelde structuren wel eens kwantumverstrengeling, wat de wetenschap al tachtig jaar hoofdpijn bezorgt, zouden kunnen verklaren.
Zeer verre toekomst Op dit moment gaan kosmologen er van uit dat de uitzetting van het heelal steeds sneller zal gaan door een op hol geslagen kosmologische constante en dat we uiteindelijk tot atomen uit elkaar zullen worden gerukt. Klopt die theorie niet, en dat zal niet voor de eerste keer zijn in de geschiedenis van de wetenschap, dan is er een goede kans dat ons heelal in de verre toekomst afkoelt tot miljoenste graden boven het absolute nulpunt.
In deze verre toekomst zijn sterren volkomen uitgebrand. De “behaaglijke” drie kelvin van de achtergrondstraling is dan zo laag geworden dat Efimovstaten de regel worden. Wie weet vormt zich dan een nieuwe ijle vorm van materie, die zeer traag zal reageren. Een nieuwe Efimov-chemie. En nieuw intelligent leven, een soort gaswolk, dat onze wereld misschien wel ziet als een vernietigende Big Bang…
In een baanbrekend onderzoek is nu aangetoond dat evolutie veel sneller kan verlopen dan tot nu toe wiskundig voor mogelijk werd gehouden.
De velociraptor, een snelle roofdino en een nauwe verwant van de eerste vogels, kon niet vliegen, maar beschikte al wel over een lichte bouw en veren. Die eigenschappen komen namelijk ook van pas om snelle prooidieren te vangen. Bron: Wikipedia
Voor creationisten is de vermeende wiskundige onmogelijkheid van snelle evolutie een geliefd argument om de evolutietheorie mee naar het rijk der fabelen te wijzen.
De kans dat bijvoorbeeld de voorouder van de vogels of de vleermuizen door spontane mutaties ineens ging vliegen is vrijwel uitgesloten.
Wiskundige Herbert Wilf en twee gepensioneerde hoogleraren nemen in hun model aan dat iedere tussenliggende stap een klein evolutionair voordeel opleveren. Ze laten hiermee zien dat zich op deze manier een nieuwe eigenschap relatief snel kan ontwikkelen.
Uit eerdere computersimulaties is al bekend dat zich in slechts enkele honderden generaties uit een oogvlek een oog kan ontwikkelen. Nu is voor het eerst een rigide wiskundig model opgesteld.
Kortom: de creationisten kunnen weer op zoek naar een nieuw argument.
Volgens berekeningen van wetenschappers blijken de ringen ontstaan door de vernietiging van een maan ter grootte van de Saturnusmaan Titan, 5000 km doorsnede.
Volgens de berekeningen vond de ramp 4,5 miljard jaar geleden plaats, vlak na het ontstaan van de aarde.
De ringen en de ijsmaantjes in het ringenstelsel zijn het overblijfsel van de ijsachtige schil. De rotsige kern werd opgeslokt door Saturnus.
De beroemde ringen van Saturnus zijn vermoedelijk afkomstig van een door Saturnus uit elkaar getrokken maan.
De maan werd afgeremd door de toen nog aanwezige gasenvelop rond Saturnus en bewoog naar binnen. De getijdekrachten, die op aarde eb en vloed veroorzaken, kneedden de maan tot het ijs smolt. Na ongeveer tienduizend jaar bereikte de maan het punt, de Roche-limiet, waarop de getijdekrachten zo sterk werden dat de maan in stukken gebroken wordt. De ijsfragmenten en het gesmolten water werden langzamerhand van de maan los getrokken en belandden in de ring, terwijl de zwaardere rotskern langer zijn samenhang behield en werd opgeslokt door de planeet.
De gasenvelop is ondertussen verdwenen: opgeslokt door Saturnus of weggeblazen door de zonnewind.
Deze nieuwe theorie verklaart waarom het ringenstelsel van Saturnus voor 95% uit ijs bestaat en niet voor een groot deel uit rots. Ook verklaart de theorie waarom zich dicht bij Saturnus ijsmaantjes vormden, terwijl manen die verder van de planeet staan veel rots bevatten.
De definitieve test van deze theorie volgt in 2011 als ruimtesonde Cassini de massa van de ringen gaat meten.
Door biotechnologie slagen we er mogelijk in om dieren te ontwikkelen waarbij voeren niet meer nodig is.
Op dit moment zijn er al enkele diersoorten, alle ongewerveld, die samenwerken met eencelligen die in staat zijn tot fotosynthese. De meeste dieren die samenwerken met algen huisvesten de eencelligen in hun lichaam, waar ze de suikers oogsten die de algen aanmaken.
Zeeslak op weg naar plantenbestaan
Het grootste succesverhaal is de zeeslak Elysia chlorotica. Deze slak in de vorm van een blad is in staat om zelf chlorofyl, het groene pigment in planten dat zonlicht invangt, aan te maken.
De zeeslak Elysia chlorotica maakt zijn eigen voedsel uit zonlicht. Alleen een beginpopulatie aan bladgroenkorrels moet hij nog uit algen halen.
De slak oogst één keer in zijn leven algen, die met uitzondering van de chloroplasten, bladgroenkorrels, geheel worden verteerd. Als de slak later in zijn leven een maaltje algen voorbij ziet komen, zal hij dit niet versmaden, maar noodzakelijk om in leven te blijven is dat dan niet meer. Er zijn Elysia’s gekweekt die een jaar lang – de levensduur van de slak – genoeg hadden aan de chloroplasten van één algenmaal.
En dat is merkwaardig, immers chloroplasten kunnen zich weliswaar vermenigvuldigen, maar hebben dan wel behoefte aan een bron van chlorofyl en andere bouwstenen. Onderzoekers vonden in het DNA van de slak genen van de alg die precies dit deden en die ook actief werden als de slak aan licht werd blootgesteld. De enige bottleneck voor de slak zijn de chloroplasten zelf. De slak slaagt er niet in de chloroplasten in haar eicellen mee te geven aan jonge slakken.
Grote voordelen De omzetting van zonlicht in dierlijk weefsel is een nogal energieverspillend proces. Eerst wordt door de plant het zonlicht omgezet in glucose, de bouwsteen van suikers. Dit glucose wordt weer omgezet in andere stoffen die de plant nodig heeft, zoals eiwitten, vetzuren, zetmeel en cellulose.
Als de plant wordt gegeten door een dier, moeten deze stoffen in voor dieren verteerbare stukjes worden omgezet (wat ook weer energie kost). Sommige moleculen, cellulose bijvoorbeeld, kunnen dieren helemaal niet verteren. Andere moleculen heeft het dier niet in de hoeveelheden nodig. Ook moeten eerst bacteriën de uitwerpselen van dieren afbreken tot minerale zouten zodat planten die op kunnen nemen.
Als het dier zelf deze stappen over kan slaan betekent dat, dat de opbrengst vele malen groter wordt en hiermee goedkoop dierlijk eiwit binnen bereik komt. Op dit moment zorgt veeteelt voor enorme milieuprobnlemen: elke kilo vlees (met 60% of meer water) kost twee tot twintig kilo droog plantaardig voer om te produceren. Het dier kan dan een kleine hoeveelheid voer, rijk in mineralen, krijgen en produceert de rest zelf. Grote nauwelijks voor landbouw geschikte gebieden kunnen dan weer teruggegeven worden aan de natuur. Ondervoeding zal steeds minder een issue zijn.
Als de mens even effectief als een plant in staat zou zijn om energie uit zonlicht te halen, zou een dagje zonnen gelijk staan aan een kleine maaltijd.
Knutsel je eigen plantvis Om fotosynthese in bijvoorbeeld vissen in te bouwen, moet als eerste stap een deel van het algen-genoom in het DNA van de vis worden ingebouwd.
Sommige vissen hebben een groene kleur als camouflage. In de toekomst ook omdat ze chlorofyl gebruiken?
De techniek hiervoor, DNA recombinatie, is bekend en wordt al massaal gebruikt. Dat is nog niet genoeg: er moet ook een triggermechanisme in worden gebouwd dat bestanddelen van chloroplasten aanmaakt als ze nodig zijn, onder invloed van licht bijvoorbeeld. Verder zouden stikstofbindende bacteriën handig zijn, stikstof is essentieel voor eiwitten.
Een alternatief is wellicht ammoniumzouten in het water oplossen. Het efficiëntste met algen samenwerkende koraal produceert ongeveer tachtig gram koolstof (overeenkomend met 160 gram drooggewicht) per vierkante meter per dag. De vis zal een grote staart of plat lichaam moeten krijgen om maar aan veel oppervlak te komen.
Meest geschikte plaats Uiteraard komen de tropen, verrassend genoeg vooral de woestijngebieden, het meest in aanmerking voor deze kweekinstallaties. Om een kilo vlees te produceren is al gauw 20.000 liter water nodig. Bij deze vissen is dat maar enkele liters.
Er is op dit moment nog geen enkele theorie die echt overtuigend verklaart waar de eerste planeten vandaan komen en hoe een stofwolk zich verdichtte. Het probleem dat keer op keer optreedt is de noodzakelijkheid van de aanwezigheid van condensatiekernen. Voor bijvoorbeeld regendruppels is hier niet veel voor nodig, elektromagnetische krachten (die verantwoordelijk zijn voor condensatie van water) zijn sterk.
De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.
Zwaartekrachts-condensatiekernen Zwaartekracht is veel en veel zwakker, daarom moeten zwaartekrachtcondensatiekernen veel groter zijn: bij de temperaturen in een interstellaire stofwolk ongeveer zo groot als een grote planetoïde of kleine maan. Volgens de huidige theorieën zou condensatie beginnen bij zeer kleine stofjes. De meeste stofdeeltjes in interstellaire stofnevels zijn ongeveer zo groot als de golflengte van infraroodstraling: enkele micrometers (duizendste millimeter). Volgens de theorie zouden eerst door elektromagnetische aantrekking, daarna door zwaartekrachtswerking de stofjes elkaar aantrekken.
De ‘missing link’ tussen stofjes en planetoïden ontbreekt Het probleem met deze theorie: de zwaartekracht is voor kleine objecten veel te zwak. Zo is de zwaartekracht die twee menselijke lichamen op een meter afstand van elkaar uitoefenen ongeveer zo groot als het gewicht van een grote bacterie. Toch weten we uit de vervalsnelheid van radioactieve elementen zoals uranium en thorium dat de voorouderster van de zon niet al te lang geleden moet zijn ontploft en de stofwolk heeft geproduceerd. Iets moet er voor hebben gezorgd dat het proces van samensmelting veel sneller is gaan verlopen, dus de wolk hebben ingezaaid met grote zwaartekrachtskernen.
Een uitgebrande ster op het punt van ontploffen. In de buitenste schil wordt nog waterstof samengesmolten (gefuseerd) tot helium. Daarbinnen volgen helium, koolstof, neon, zuurstof, silicium en ijzer. Fusie van ijzer kost energie, dus stort de ster in elkaar, als gevolg stijgt de temperatuur weer enorm en ontstaat een verwoestende supernova.
Het familieverhaal van de zon Wellicht dat we hiervoor verder terug in de tijd moeten, om precies te zijn bij de ontploffing van de voorouder van de zon, een enorme zuurstofrijke O-ster. In vaktermen was dat een type IIa supernova. Als sterren van die grootte de geest geven, zijn ze opgebouwd uit concentrische schillen fusieproducten. Uit nieuwe computersimulaties en ook uit waarnemingen aan supernova 1987A blijkt dat de explosie van supernova’s een zeer chaotisch proces is.
Van de mooie concentrische schillen hiernaast blijft dan weinig over. Brokken schil, bijvoorbeeld de nikkel-ijzer kern en silicium-zuurstof in het midden, worden dan ver weg geslingerd.
Voorouder zon zaaide planetenzaden
Misschien verklaart dit waarom de aarde en Mercurius zo’n grote nikkel-ijzer kern hebben. Domweg een groot stuk ontplofte ster dat in de loop van miljoenen jaren andere brokstukken ster opgeslokt heeft. In sommige meteorieten is gesteente afkomstig van andere supernova’s aangetroffen.
Een ander groot raadsel wordt ook zo opgelost. Dit is waarschijnlijk de reden waarom de producten van het zogenaamde r-proces, een proces waarbij atoomkernen steeds weer neutronen invangen tot de neutronlimiet, zeg maar in een natuurlijke kernreactor zitten, niet waargenomen is bij supernova 1987a. Het r-proces is nodig om te verklaren waarom atoomkernen op aarde doorgaans dicht bij de maximale neutronenlimiet zitten.
Uiteraard merk je niets van die producten als die niet in de vorm van gas, maar massieve brokken sterkern rondzwerven. Zaden als het ware die zich later zullen ontwikkelen tot nieuwe planeten en sterren. Een hypothese die we nog niet in print hebben gezien.
