Ruimte

Is daar iemand? Hoe buitenaards leven in zicht komt.

Dát er leven voorkomt buiten onze aarde lijkt wel zeker. De grote vraag waarop wetenschappers zich nu hebben gestort: hoe ziet dat leven eruit en hoe vinden we het? Ze zijn verrassend dicht bij een antwoord. woensdag 20 februari 2019

Door Jamie Shreeve
Foto's Van Spencer Lowell
In een illustratie van het initiatief ‘Breakthrough Starshot’ zoeft een ruimtevaartuigje richting Proxima Centauri-b. Astronomen denken nu dat deze exoplaneet een zusje heeft: een ‘superaarde’ in een omloopbaan rond dezelfde rode ster, die op een afstand van slechts vier lichtjaar van de aarde staat.
Dit artikel verschijnt in de maart 2019 editie van National Geographic Magazine.

In haar werkkamer op de zeventiende verdieping van gebouw 54 van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) is Sara Seager dichter bij het heelal dan wie dan ook in Cambridge (Massachusetts). Vanuit het raam ziet ze aan de overkant van de rivier het centrum van Boston liggen, en aan de andere kant het honkbalstadion Fenway Park. Binnen richt ze haar blik op het Melkwegstelsel en nog veel verder.

Seager (47) is astrofysicus. Ze houdt zich bezig met exoplaneten, dat wil zeggen alle planeten in het heelal die niet rond ‘onze’ zon draaien. Op een schoolbord zie ik de formule die ze ontwikkelde om de kans te berekenen dat er ooit buitenaards leven wordt gevonden. Onder een ander schoolbord, waarop ook formules zijn gekrabbeld, zijn allerlei voorwerpen uitgestald. Mijn oog valt op een glazen pot met glanzende zwarte scherven.

‘Dat is steen dat we hebben gesmolten.’

Seager spreekt in afgemeten, vrij monotone zinnen en kijkt je daarbij indringend aan. Ze legt uit dat er planeten bestaan – hete superaardes – die zo dicht om hun ster draaien dat een jaar er nog geen dag duurt. ‘Het is daar zo heet dat er waarschijnlijk enorme lavameren voorkomen,’ zegt ze. Vandaar dat gesmolten steen.

‘We wilden weten hoe licht weerkaatst op vloeibare lava.’

Laserstralen schieten de ruimte in vanuit de Very Large Telescope in de European Southern Observatory in de Atacamawoestijn in Chili. De laserstralen vormen kunststerren die door astronomen worden gebruikt om vervorming door atmosferische turbulentie te berekenen en te corrigeren. De sterrenwacht is een van de weinige die het licht van heel grote exoplaneten rechtstreeks kan waarnemen.

Toen Seager halverwege de jaren negentig met haar promotieonderzoek begon, wist nog niemand dat sommige planeten een omlooptijd van maar enkele uren hebben, terwijl andere een miljoen jaar nodig hebben om rond hun ster te cirkelen. Niemand wist dat er planeten bestaan die rond een dubbelster draaien, of solitaire planeten die niet gebonden zijn aan een ster, maar zich vrij door de ruimte bewegen. We wisten niet eens zeker of zich buiten ons zonnestelsel überhaupt andere planeten bevonden. Er zijn ondertussen ook heel wat aannames over planeten gesneuveld. Tot ieders verbazing beschreef de allereerste exoplaneet – 51 Pegasi b, ontdekt in 1995 –zo’n nauwe baan rond zijn ster dat hij slechts vier dagen nodig had voor een volledige omloop.

‘Na 51 Peg was al duidelijk dat het één groot avontuur zou worden,’ zegt Seager. ‘Die planeet kón daar eigenlijk helemaal niet zijn.’

Inmiddels zijn er zo’n vierduizend exoplaneten bekend; het merendeel werd ontdekt door de in 2009 gelanceerde ruimtetelescoop Kepler. Zijn opdracht: onderzoeken hoeveel planeten er draaien rond de ruwweg 150.000 sterren in een afgebakend stukje van het heelal – ongeveer zo groot als er achter je hand verdwijnt wanneer je een arm uitstrekt naar de hemel. De satelliet moest ook een veel meer beladen vraag beantwoorden: zijn de plaatsen in het heelal waar leven kan ontstaan gangbaar, of is de kans op buitenaards leven juist extreem klein?

Keplers antwoord is glashelder. Er zijn meer planeten dan sterren, ongeveer een kwart van de planeten is ruwweg even groot als de aarde en bevindt zich in de zogeheten leefbare zone van zijn ster (het is daar voor organismen niet te koud of te heet). Er zijn in het Melkwegstelsel minstens honderd miljard sterren, wat betekent dat alleen al in ons eigen sterrenstelsel leven mogelijk is op tenminste 25 miljard plekken. En dan zijn er naast het ‘onze’ nog eens een biljoen andere sterrenstelsels.

Astronoom Sara Seager toont een model van Starshade, een instrument van ruim dertig meter in doorsnee dat wordt ontwikkeld aan het Jet Propulsion Lab van NASA. In de ruimte zal het het licht van een ster blokkeren, waarna een telescoop in de uitsparingen tussen de geprojecteerde bloembladen speurt naar planeten. Die worden vervolgens onderzocht op aanwezigheid van leven.

Geen wonder dat astronomen met de nodige eerbied spreken over Kepler, die afgelopen oktober zijn laatste brandstof verbruikte. We hoeven ons niet langer af te vragen of er buitenaards leven is, want dat is vrijwel zeker zo. De vraag is nu: hoe vinden we het?

De zekerheid dat het in het Melkwegstelsel wemelt van de planeten heeft de zoektocht naar buitenaards leven een flinke impuls gegeven. Dankzij een sterke toename van het aantal private investeerders zijn er nu meer mogelijkheden voor onderzoek, terwijl de risicobereidheid eveneens is toegenomen. Ook NASA heeft nu meer aandacht voor astrobiologie. Het onderzoek richt zich vooral op het vinden van bewijs voor buitenaards leven, in welke vorm dan ook. Nu de computercapaciteit toeneemt, alom nieuwe onderzoeken worden gestart en rijke geldaders worden aangeboord, komt de aloude, fascinerende vraag weer boven: bestaan er intelligente buitenaardse beschavingen?

Voor Seager kwam een droom uit toen ze als lid van het Keplerteam ging zoeken naar een op de aarde gelijkende (dat wil zeggen: rotsachtige) planeet die rond een zonachtige ster draait. Momenteel werkt ze aan de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), een door MIT ontwikkelde NASA­ruimtetelescoop die vorig jaar werd gelanceerd. Net als Kepler zoekt ook TESS naar kleine dipjes in de lichtsterkte van een ster, veroorzaakt door een planeet die over het steroppervlak trekt. TESS speurt bijna de gehele hemel af, op zoek naar zo’n vijftig aardachtige exoplaneten met een rotsachtig oppervlak. Die worden nader onderzocht zodra de volgende generatie telescopen gereed is. Zoals de James Webb Space Telescope, die NASA naar verwachting in 2021 lanceert.

Op de inspiratietafel in haar werkkamer heeft Seager voorwerpen uitgestald die staan voor ‘waar ben ik nu en waar wil ik heen, en die me eraan herinneren waarom ik zo hard werk.’ Er liggen enkele gepolijste stenen bollen die een rode dwerg (een type ster) en zijn planeten symboliseren, en een schaalmodel van ASTERIA, een goedkope satelliet die Seager ontwikkelde.

De James Webb Space Telescope wordt getest in een enorme cryogene ruimte in het Johnson Space Center in Houston, waar de ijzige omstandigheden in de ruimte worden nagebootst. De infraroodtelescoop is veel krachtiger dan Hubble en zal onder meer onderzoeken of leven mogelijk is op planeten hij andere sterren.

Seager toont een poster met een overzicht van de spectrale kenmerken van de elementen, een soort kleurrijke barcodes. Elke chemische stof absorbeert een unieke set golflengten van licht. (Wij nemen boomblaadjes waar als groen omdat chlorofyl een lichtgevoelig molecuul is dat rood en blauw licht absorbeert, waardoor alleen het groene licht wordt gereflecteerd.) Als twintiger poneerde Seager al de stelling dat chemische verbindingen in de buitenste atmosfeer van een voorbijtrekkende planeet ‘spectrale vingerafdrukken’ achterlaten in het licht dat we van zijn ster ontvangen. Bevat een atmosfeer gassen die door levende wezens zijn veroorzaakt, dan kunnen we het bewijs van hun bestaan daarvoor in theorie aflezen uit het licht dat ons bereikt.

Dit laserapparaat, ontwikkeld door II-VI Inc. en de University of Dayton, is een voorloper van de apparatuur die nodig is om de ruimteschepen van Breakthrough Starshot naar de dichtstbijzijnde ster te sturen. De laserstralen uit de 21 lenzen komen op een zeer vergelegen punt samen. Voor Starshot zijn zo’n miljard laserstralen nodig.

‘Dat gaat heel lastig worden,’ zegt ze. ‘Stel je de atmosfeer van een rotsachtige planeet voor als iets met de dikte van de rok van een ui die je moet zien te onderscheiden tegen de achtergrond van het doek van een IMAX-theater.’

Het is niet ondenkbaar dat we een rotsachtige planeet kunnen vinden in een baan rond een zo nabije ster dat de Webb-telescoop er zulke tekenen van leven kan ontdekken. Maar onder wetenschappers denkt vrijwel iedereen, ook Seager, dat het wachten is op de volgende generatie ruimtetelescopen.

Hoe vinden we buitenaards leven? We zijn verrassend dicht bij een antwoord:

 

  • We zien steeds meer nieuwe instrumenten

De Keplertelescoop, die duizenden exoplaneten ontdekte, raakte vorig jaar door zijn brandstof heen en is nu buiten gebruik. De nieuwe generatie telescopen is nog veel beter; met de volgende telescopen kunnen we zelfs op duizenden lichtjaren afstand zoeken naar tekenen van leven. Ze geven niet alleen informatie over de grootte van een planeet en de afstand tot zijn ster, maar mogelijk ook over de bodemgesteldheid en de aanwezigheid van een wolkendek.

  • Let op het licht 

    Of er leven is op een planeet is af te leiden uit zogeheten biosignaturen. Weerkaatst het licht van een ster op een planeetoppervlak, op wolken, of schijnt het door zijn atmosfeer heen (zoals de blauwe lijn hier laat zien), dan worden bepaalde golfengten ervan door gassen geabsorbeerd. Het spectrum dat met een telescoop wordt gemeten, kan uitwijzen of er op de planeet met leven geassocieerde gassen aanwezig zijn, zoals CO2 of methaan.
  • Let op de kleuren

    Op aarde absorbeert het chlorofyl in planten rood en blauw licht – daarom nemen wij vegetatie waar als groen. Op andere werelden waar leven is, kan fotosynthese mogelijk een ander pigment gebruiken. De lavendelkleurige gloed van deze hypothetische exoplaneet, bezien vanaf zijn ijzige maan, komt van het pigment retinal, dat ook in staat is om licht om te zetten in energie voor biologische cellen en dat in de jonge jaren van onze aarde mogelijk een voorloper was van chlorofyl.
Aardse gassen zijn het bewijs voor leven.
  • Intelligente aliens

    Tot nu toe waren onderzoekers vooral gespitst op onnatuurlijke radiosignalen. Dankzij de toegenomen computercapaciteit en verbeterde telescopen kunnen ze nu ook zoeken naar optische en infrarode signalen, en ‘technosignaturen’ van ontwikkelde beschavingen. Denk aan laserstralen, de ‘vingerafdruk’ in spectra van vervuilende gassen of ‘energieopvangende’ megaconstructies rond een nabijgelegen ster.
  • Leefbare zones zoeken

    Dat er op aarde leven kon ontstaan, is ten dele te danken aan de rotsachtige bodem en de niet al te grote dosis zonnestraling. Door de afstand tot de zon is het water hier bovendien vloeibaar. Tot dusverre zijn er 47 exoplaneten ontdekt die in dat profiel passen. Met de komst van nieuwe telescopen, die grotere delen van het heelal gaan afspeuren, zal dat aantal flink toenemen.
  • Versneld door licht

    Breakthrough Starshot is een project waarbij kleine sondes richting exoplaneet Proxima Centauri b gaan, een reis van twintig jaar. Maar zelfs een vederlicht ruimtevaartuig komt nergens zonder brandstof. Hoe langer de reis, hoe meer hij nodig heeft. Hoe los je dat op? Zonder brandstof! Lanceer de sonde vanaf een satelliet en versnel deze vanaf de aarde met laserlicht tot zij de gewenste snelheid heeft.

Meer weten over de zoektocht naar leven op andere planeten? Je leest het hele artikel in de maart 2019 editie van National Geographic Magazine.

Lees verder

Astronomen zagen mogelijk voor het eerst ster in zwart gat veranderen

<em>“Dit is het object waarop we jaren hebben gewacht,” zegt een astrofysicus.</em>

Mysterieuze radioflitsen uit het verre heelal ontdekt

De serie snelle flitsen komt van een bron op anderhalf miljard lichtjaar afstand vandaan en bestond onder meer uit een nog zeldzamere herhalende puls.

Vóór het ruimtetijdperk werden buitenaardse werelden al verkend – in olieverf

In 1939 schilderde Charles Bittinger werelden die we nog niet hadden bezocht, en dat deed hij soms met indrukwekkende precisie.
Lees meer