kennis

Op zoek naar een planeet net als de onze

Door Michiel Dijkstra - 31 december 2014

Astronomen ontdekken steeds meer planeten buiten ons zonnestelsel. De verwachting is dat het niet lang meer duurt voor er op een van die planeten leven wordt gevonden.

Ze bestaan, dat is sinds dit jaar zeker. Er zijn planeten in het heelal die sterk lijken op de aarde. De beste kopie van de aarde die tot nu toe is gevonden, de planeet Kepler-186f, bevindt zich zo’n 500 lichtjaar hiervandaan, in het sterrenbeeld Zwaan – vanuit Nederland alleen te zien in de zomermaanden.

Kepler-186f is zo’n 10 procent groter dan de aarde, ontvangt ongeveer evenveel warmte van de ster waar hij omheen cirkelt en lijkt dus behoorlijk wat ingrediënten te hebben om leven te herbergen.

Er zijn steeds meer kandidaten voor buitenaards leven. Twintig jaar geleden was er nog geen enkele planeet buiten het zonnestelsel bekend; nu ontdekken astronomen overal zogenoemde exoplaneten. In 2014 zijn zo’n achthonderdvijftig exoplaneten ontdekt, ruim vijfmaal zo veel als in voorgaande jaren.

Wedloop

Er is tussen astronomen een ware wedloop gaande om zoveel mogelijk planeten te ontdekken. En de wetenschappers worden er steeds beter in. ‘De technologie om planeten waar te nemen, is sterk verbeterd,’ zegt hoogleraar astronomie Ignas Snellen van de Universiteit Leiden, die onderzoek doet naar exoplaneten. Enkele planeten zijn waargenomen met grote telescopen, zoals de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in het noorden van Chili.

Andere zijn ontdekt door nauwkeurig de posities van sterren te meten met de ‘radiële snelheidsmethode’. Sterren met planeten worden door de zwaartekracht van die planeten een klein beetje uit hun baan getrokken. Laat de baan van een ster een bepaald patroon zien, dan wijst dat erop dat er een planeet omheen cirkelt. Veruit de meeste exoplaneten zijn dit jaar ontdekt met de Kepler-ruimtetelescoop van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. Die observeert planeten terwijl ze tussen de aarde en hun ster langszweven.

De planeet Kepler-186f is vernoemd naar deze satelliet. De ster kreeg het nummer 186; de planeet is de buitenste van vijf planeten, waarvan de andere 186b, c, d en e heten. Sterren zijn zo talrijk dat astronomen zijn opgehouden om ze namen te geven.

Op verreweg de meeste gevonden planeten is geen leven mogelijk. Veelal omdat ze niet rotsachtig zijn zoals de aarde, maar gasbollen zoals Jupiter, de grootste planeet in het zonnestelsel, waar de aarde ruim 1.300 keer in past. Maar ook de extreme omstandigheden op veel planeten maken leven er onmogelijk.

Er zijn planeten gevonden die om twee sterren tegelijk heen cirkelen, net als de woestijnplaneet Tatooine in de film Star Wars. Of planeten waar een jaar minder dan twintig uur duurt: zo lang hebben ze nodig om rond hun ster te draaien. Het intrigerendst is misschien wel de planeet 55 Cancri e, die voor een deel uit pure diamant lijkt te bestaan, een gevolg van de intense druk waaronder de planeet zich bevindt.

Groen stofje

De gevonden planeten zijn groot vergeleken met die in ons zonnestelsel – grote planeten zijn nu eenmaal makkelijker te zien. Sommige exoplaneten zijn wel tweemaal zo groot als Jupiter. Maar uiteindelijk gaat het astronomen erom planeten te ontdekken die lijken op de aarde. De uiterst succesvolle Kepler-missie is maar een eerste stap, zei NASA-onderzoeker Tom Barclay in een interview met nieuwswebsite Reddit. Het doel was om in kaart te brengen hoe talrijk planeten in de ruimte zijn: zeer talrijk, zo staat nu vast.

Tot dusver zijn er naast Kepler-186f nog twintig exoplaneten gevonden die qua grootte, samenstelling en afstand tot hun ster vergelijkbaar zijn met de aarde. De dichtstbijzijnde, Tau Ceti, bevindt zich op slechts 12 lichtjaar. Wel zijn de meeste van die planeten veel groter dan de aarde en worden daarom ‘superaardes’ genoemd.

Een goed begin. Astronomen gaan ervan uit dat leven kan ontstaan op rotsachtige planeten die niet te dicht bij hun ster staan, maar ook niet te ver weg. ‘Als het te warm is, vallen de complexe moleculen die nodig zijn voor het ontstaan van leven uiteen,’ legt hoogleraar Snellen uit. ‘Is het te koud, dan kunnen de chemische reacties om zulke moleculen te vormen, niet tot stand komen.’ Ook moet er water in vloeibare vorm aanwezig zijn, als ‘oplosmiddel’ om moleculen met elkaar te laten reageren.

Er zijn naar verwachting veel meer dan twintig van die werelden in het heelal. Op basis van alle ontdekkingen de afgelopen jaren, schatten onderzoekers van de University of California dat ruim een op de vijf sterren die vergelijkbaar zijn met de zon, een planeet heeft van het formaat van de aarde. Veel van die planeten zijn met de huidige technologie nog niet waarneembaar.

Ook is er nog maar een relatief beperkt deel van de ruimte onderzocht. Met de radiële snelheidsmethode kunnen alleen planeten worden opgespoord van kleine sterren die vrij dichtbij staan. De Kepler-satelliet keek tot het voorjaar van 2014 slechts naar een klein deel van de zichtbare ruimte, het gebied rond de sterrenbeelden Zwaan en Lier, dat rijk is aan sterren: vanaf de aarde bezien loopt de Melkweg erdoorheen.

Meetinstrumenten worden echter in hoog tempo beter. NASA is van plan in 2017 een nieuwe planetenjagende satelliet te lanceren, die net als de Kepler planeten moet gaan ontdekken. Een jaar later wordt een nieuwe ruimtetelescoop gelanceerd die zijn blik op exoplaneten zal richten.

De Canadese astronoom Sara Seager van het Massachusetts Institute of Technology verwacht dat de huidige generaties het moment zullen meemaken dat astronomen een exoplaneet vinden met tekenen van leven erop. ‘Ons sterrenstelsel, de Melkweg, heeft meer dan honderd miljard sterren, en er zijn meer dan honderd miljard sterrenstelsels,’ schreef ze in Proceedings of the National Academy of Science. ‘Dat er elders leven is, is – puur op basis van kansberekening – onvermijdelijk.’

Waterdamp

Ignas Snellen wil zo ver niet gaan, maar denkt wel dat de volgende generatie instrumentatie nauwkeurig genoeg zal zijn om de atmosfeer van rotsachtige planeten in kaart te brengen. Die bevat belangrijke signalen voor de aanwezigheid van leven. Nu kan Snellen alleen de dampkring van grote gasplaneten onderzoeken. Daar trof hij onder meer koolstof en waterdamp aan. Hij verwacht binnen twintig jaar te kunnen onderzoeken of er in de dampkring van andere werelden zuurstof aanwezig is – een belangrijke indicatie voor leven. Zuurstof bindt zich snel aan andere atomen en is daarom niet veel ‘vrij’ in het heelal te vinden.

Dat zuurstof op aarde wél vrij voorkomt, komt doordat planten het voortdurend produceren uit kooldioxide en water, door middel van fotosynthese. De aanwezigheid van zuurstof in de dampkring van een andere planeet kan erop wijzen dat die planeet planten herbergt, of iets wat erop lijkt.

Ook hoopt Snellen specifiek te kunnen zoeken naar de aanwezigheid van chlorofyl – het groene stofje dat planten en algen hun kleur geeft – door het licht te onderzoeken dat planeten weerkaatsen. ‘Vanuit de ruimte bezien weerkaatst de aarde veel groen licht door de vele bomen en planten. Dat zou je ook bij andere planeten moeten kunnen zien.’

Planten en zuurstof zijn geen noodzakelijke voorwaarden voor het bestaan van leven, erkent Snellen. Gedurende het grootste deel sinds het ontstaan van leven op aarde waren er geen planten of zuurstof. Ook hoeft het leven op andere planeten niet precies te werken zoals dat op aarde.

Astronomen verwachten dat als er in de ruimte leven wordt gevonden, dit waarschijnlijk bacterieel leven zal zijn. Geen volwaardige beschaving dus. En zelfs als dat toch het geval is, of als er een planeet wordt gevonden met een weelderig plantenleven, is het maar de vraag of mensen haar ooit kunnen bezoeken.

De dichtstbijzijnde ster, Proxima Centauri, is hier ruim 4 lichtjaar vandaan. Als die ster een planeet met leven heeft, dan zou een ruimtereiziger die met de snelheid van het licht reist – iets wat theoretisch onmogelijk lijkt – er ruim vier jaar over doen om de planeet te bereiken. De ontdekking van buitenaards leven is dichtbij, zo lijkt het, maar tegelijkertijd heel ver weg.

Ingelogde abonnees van Elsevier Weekblad kunnen reageren.