Mogelijk teken van leven op Venus lokt verhit debat uit

“Er is iets raars aan de gang” in de wolken van onze buurplaneet, maar sommige experts hebben zo hun twijfels over de kwaliteit van de metingen.

Gepubliceerd 16 sep. 2020 12:23 CEST, Geüpdatet 5 nov. 2020 06:20 CET
In deze opname van Venus, gemaakt met een infraroodcamera aan boord van de Japanse sonde Akatsuki, is ...

In deze opname van Venus, gemaakt met een infraroodcamera aan boord van de Japanse sonde Akatsuki, is te zien hoe donkere wolken op grote hoogte het zicht op een helderder wolkendek op lagere hoogte blokkeren. De waarneming van fosfine in gasvorm, in wolken op gematigde hoogten rond de evenaar (waar de omstandigheden niet extreem zijn), roept bij wetenschappers de vraag op of het om een teken van leven zou kunnen gaan.

Foto van False color photo by JAXA / ISAS / DARTS / Damia Bouic

In de dichte wolken die Venus omhullen, zweeft misschien iets dodelijks rond: een vies ruikend, brandbaar gas genaamd fosfine, dat zeer giftig is voor organismen die zuurstof nodig hebben om te overleven. Ironisch genoeg denken de wetenschappers die gisteren bekendmaakten dat zij dit schadelijke gas in de atmosfeer van Venus hebben aangetroffen dat het een veelbelovende (zij het omstreden) aanwijzing zou kunnen zijn voor de aanwezigheid van leven op onze buurplaneet.

Voor zover we weten, kan fosfine op rotsachtige planeten als de aarde en Venus alleen door levensvormen worden geproduceerd – hetzij door de mens, hetzij door microben. De chemische stof werd in de Eerste Wereldoorlog als gifgas ingezet en wordt nog steeds geproduceerd als landbouwbestrijdingsmiddel. Daarnaast wordt het bij de productie van halfgeleiders gebruikt en is het een schadelijk nevenproduct van de illegale fabricage van methamfetamine. Maar fosfine wordt ook op natuurlijke wijze aangemaakt door anaerobe bacteriën, organismen die in de zuurstofarme omgeving van vuilnisbelten,moerassenen zelfs de ingewanden van dieren leven.

Eerder dit jaar kwamen onderzoekers tot de slotsom dat de vondst van dit chemische bestanddeel op een andere rotsachtige planeet zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van buitenaardse metabolismen. Ze stelden dan ook voor om de sterkste telescopen van de toekomst te richten op exoplaneten om in de atmosfeer ervan te zoeken naar tekenen van dit schadelijke gas.

Maar nu blijkt uit een artikel in het tijdschrift Nature Astronomy dat sporen van fosfine op een planeet naast de deur zijn aangetroffen. “Ik ging natuurlijk helemaal uit m’n dak. Ik nam aan het een vergissing was, maar eigenlijk wilde ik heel graag dat het géén vergissing was,” zegt Clara Sousa-Silva, postdoctoraal onderzoekster aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en ook degene die fosfine eerder als potentiële ‘biosignatuur’ had aangemerkt.

Eenvoudig gezegd mag fosfine helemaal niet voorkomen in de atmosfeer van Venus. Het is zeer lastig om te produceren en de chemische samenstelling van de Venusiaanse wolken zou ervoor moeten zorgen dat het molecuul wordt afgebroken voordat het zich kan ophopen in een concentratie die nu is gemeten. Maar het is nog te vroeg om te zeggen dat er buiten onze blauwe planeet leven voorkomt. Wetenschappers wijzen erop dat de meting zelf nog moet worden geverifieerd, want de ‘handtekening’ van het fosfine die in de nieuwe studie wordt beschreven, kan ook een foutsignaal van de gebruikte telescopen of software zijn.

“Het is enorm spannend, maar we zijn verplicht tot deze Pavlov-reactie, door ons af te vragen of de resultaten wel juist zijn,” zegt David Grinspoon van het Planetary Science Institute. “Als iemand met een buitengewone waarneming komt aanzetten die nog niet eerder is gedaan, dan moet je je afvragen of ze misschien een fout hebben gemaakt.”

Maar als fosfine inderdaad in het dichte wolkendek van Venus rondzweeft, wijst de aanwezigheid ervan op twee fascinerende mogelijkheden: dat buitenaardse levensvormen erin zijn geslaagd om fosfor- en waterstofatomen met elkaar te verbinden of dat fosfine op een geheel andere en volstrekt onverwachte manier op chemische wijze tot stand kan komen, dus zonder de aanwezigheid van leven.

Leven in een ‘geblakerde hel’

Venus, de tweede rots vanaf de zon, is lange tijd beschouwd als het tweelingzusje van de aarde. De planeet is ongeveer net zo groot als onze thuisplaneet en heeft een vergelijkbare zwaartekracht en samenstelling. Eeuwenlang hoopten mensen dat het oppervlak van Venus was bedekt met oceanen, weelderige vegetatie en vruchtbare ecosystemen – als een tweede oase van leven in het zonnestelsel. Maar allengs werd de barre werkelijkheid duidelijk.

Uit de eerste wetenschappelijke waarnemingen van onze buurplaneet bleek dat het een hel is waar aardbewoners op verschillende en verschrikkelijke manieren aan hun einde kunnen komen. Op het oppervlak van Venus kan de temperatuur een ziedende 480 graden Celsius bereiken. Onder de dichte deken van wolken en nevel die soms een dikte van honderd kilometer kan bereiken, worden de geblakerde rotsen ook nog eens blootgesteld aan een alles verpletterende atmosferische druk die ruim negentig maal hoger is dan die op aarde. Daarnaast bevat de atmosfeer van Venus, die overwegend uit verstikkende kooldioxide bestaat, ook wolken van zwavelzuur.

Desondanks houden wetenschappers al bijna zestig jaar rekening met de mogelijkheid dat er in het hogere Venusiaanse wolkendek, daar waar de omstandigheden wat vriendelijker zijn, leven kan voorkomen. “Terwijl de condities op het oppervlak van Venus het leven daar onwaarschijnlijk maken, vormen de wolken van Venus een heel ander verhaal,” schreven Carl Sagan en Harold Morowitz in 1967 in het tijdschrift Nature.

Ondanks de aanwezigheid van zuren, bevatten deze wolken namelijk de basisingrediënten voor het leven zoals wij dat kennen: zonlicht, water en organische moleculen. En halverwege het wolkendek zijn de temperatuur en luchtdruk tamelijk aards. “Het is daar aangenaam zomerweer, met allemaal lekkers om te eten,” zegt Martha Gilmore, planetologe aan de Wesleyan University en hoofd van een mogelijke missie naar Venus. Het ‘lekkers’ waar ze het over heeft, zijn de moleculen in de lucht die door microben gemetaboliseerd kunnen worden.

Uit de eerste observaties van Venus vanaf de aarde bleek dat delen van de Venusiaanse atmosfeer meer ultraviolet licht absorbeerden dan werd verwacht, een anomalie die volgens wetenschappers kon wijzen op de aanwezigheid van rondzwevende microben. Hoewel het fenomeen waarschijnlijk kan worden toegeschreven aan de aanwezigheid van zwavelhoudende bestanddelen, heeft een handvol wetenschappers zich sindsdien verdiept in de mogelijkheid van rondzwevende organismen in de Venusiaanse atmosfeer; daarbij keken ze naar een scenario waarin microben mogelijk zwavelhoudende bestanddelen metaboliseerden, in het immer aanwezige wolkendek in de lucht konden blijven zwevenen zelfs op verschillende hoogten levenscyclussen met latente perioden konden ontwikkelen.

“Toen ik hier voor het eerst over begon te praten, was er veel weerstand, vooral omdat het om zo’n extreem zure omgeving gaat,” zegt Grinspoon, die al sinds halverwege de jaren negentig onderzoek doet naar de mogelijkheid van leven in de wolken van Venus. Maar uit alles wat we over het leven op aarde te weten zijn gekomen, blijkt dat levensvormen zich overal zullen ontwikkelen waar ze dat maar kunnen. Op onze planeet treffen we levende microben aan in extreem corrosieve milieus, zoals heetwaterbronnen en vulkanische schoorstenen. We weten dat microben geregeld meeliften op wolkendeeltjes, en wetenschappers hebben op een hoogte van tien kilometer boven de Caraïbische Zee rondzwevende organismen aangetroffen

Venus 101
Venus is vernoemd naar de Romeinse godin van de schoonheid en staat bekend om haar uitzonderlijke helderheid. Kom meer te weten over de vulkanen op het oppervlak van Venus, de stormen die door haar atmosfeer razen en het verrassende kenmerk van Venus dat elke planeet of ster aan de nachtelijke hemel doet verbleken.

Op aarde zijn wolken tijdelijke formaties, dus is het onwaarschijnlijk dat ze plaats kunnen bieden aan permanente ecosystemen, maar op Venus geldt de weersvoorspelling ‘bewolkt’ voor miljoenen of zelfs miljarden jaren. “Op Venus droogt dat vijvertje nooit op,” zegt Grinspoon. “De wolken zijn er altijd, ze zijn zeer dicht en ze omspannen de hele planeet.”

Hoewel Venus vandaag de dag een zinderend hete wereld is, komt uit waarnemingen naar voren dat er ooit een oceaan van water op de planeet moet hebben geklotst. Gedurende het overgrote deel van zijn geschiedenis kan Venus zelfs net zo levensvatbaar zijn geweest als de aarde – tot ongeveer een miljard jaar geleden, toen de snelle opbouw van broeikasgassen de planeet van een oase in een dodelijke val veranderde. Misschien hebben levensvormen zich door de steeds onleefbaarder omstandigheden aan de oppervlakte geleidelijk aan naar het wolkendek verplaatst om uitsterving te voorkomen.

Elke potentiële levensvorm op Venus is “waarschijnlijk meer een overblijfsel van een veel uitgebreidere biosfeer uit het verleden,” zegt Penelope Boston, een astrobiologe van de NASA die is gespecialiseerd in de studie naar extremofiele microben op aarde. Maar ze is erg sceptisch. “Ik denk dat het daar nu een geblakerde hel is, dus de vraag is hoe dat signaal [van leven] zal standhouden.”

Dodelijk levensgas

In juni 2017 gebruikten Jane Greaves en haar collega’s van de Cardiff University de James Clerk Maxwell Telescope, op de top van de vulkaan Mauna Kea in Hawaï, om Venus in het radiospectrum te bekijken. Ze waren op zoek naar zeldzame gassen of moleculen die een biologische oorsprong konden hebben. Tot de ‘handtekeningen’ die ze waarnamen, behoorden die van fosfine in gasvorm, een piramidevormig molecuul dat bestaat uit drie waterstofatomen en één enkel fosforatoom.

Niet lang daarna nam Greaves contact op met Sousa-Silva, die haar postdoctorale opleiding had gewijd aan het onderzoeken van de vraag of fosfine een plausibel buitenaards ‘biosignatuur’ kon zijn. Ze kwam tot de slotsom dat fosfine een van deze bakens van leven kon zijn, ook al is het paradoxaal genoeg een dodelijke substantie voor al het leven op aarde dat zuurstof nodig heeft. “Ik raakte echt gefascineerd door de macabere aard van fosfine hier op aarde,” zegt zij. “Het is een echte killer (...) en als biosignatuur bijna romantisch, omdat het ook zo’n dodelijk aura heeft.”

In 2019 besloten Greaves, Sousa-Silva en hun collega’s de oorspronkelijke waarneming van fosfine aan te vullen met nader onderzoek. Daarbij maakten ze gebruik van ALMA, een cluster van telescopen op een hooggelegen bergplateau in Chili. ALMA is veel gevoeliger dan de James Clerk Maxwell op Hawaï, kan de nachthemel eveneens in radiogolven observeren en ook de energie oppikken die door rondtollende fosfinemoleculen in de atmosfeer van Venus wordt uitgezonden en geabsorbeerd.

Opnieuw detecteerde het team fosfine. Ditmaal konden ze het signaal van het molecuul herleiden tot de regio rond de evenaar van Venus en tot een hoogte van vijftig tot zestig kilometer in het wolkendek, waar de temperatuur en luchtdruk niet al te extreem zijn voor leven zoals wij dat kennen. Op basis van dit signaal berekende het team dat er ongeveer twintig ppb (deeltjes per miljard, parts per billion) aan fosfine in dit deel van de Venusiaanse atmosfeer aanwezig was, minstens duizendmaal meer dan we op aarde aantreffen.

“Venus is feitelijk een zeer onbekende planeet. Er zijn daar nog veel dingen die we niet begrijpen.”

door DIRK SCHULZE-MAKUCH, TECHNICAL UNIVERSITY BERLIN

In het buitenste zonnestelsel ontstaat fosfine in de diepste krochten van Jupiter en Saturnus. In de buurt van de kernen van deze gasreuzen zijn de temperatuur en druk zó extreem hoog dat ook dit molecuul er wordt geproduceerd, waarna het naar de oppervlakte drijft. Maar wetenschappers weten niet bij welke reactie fosfine kan ontstaan op rotsachtige planeten als de aarde en Venus, waar de omstandigheden veel minder extreem zijn en waar simpelweg niet genoeg energie voorhanden is om het fosfinemolecuul te smeden – tenzij er levensvormen bij betrokken zijn. 

Kortom, als de onderzoekers inderdaad fosfine op Venus hebben waargenomen, moet er iets op onze buurplaneet aanwezig zijn dat de concentratie van dit molecuul in de Venusiaanse atmosfeer voortdurend aanvult. “Leven is het enige dat de energie kan leveren om deze moleculen te maken,” zegt Sousa-Silva. “Elders in het universum ontstaat fosfine alleen als de energetische omstandigheden daarvoor aanwezig zijn.”

Ook astrobioloog Dirk Schulze-Makuch van de Technische Universität Berlin, die zich heeft beziggehouden met de mogelijkheid van levensvormen in de wolken van Venus, vindt dat een biologische oorsprong van fosfine denkbaar is, maar hij vermoedt dat er geologische of chemische reacties onder invloed van licht mogelijk zijn die we nog niet kennen. “Venus is feitelijk een zeer onbekende planeet,” zegt hij. “Er zijn daar nog veel dingen die we niet begrijpen.”

Het team deed nader onderzoek naar de mogelijkheid dat het waargenomen fosfine op Venus zonder tussenkomst van biologische processen was ontstaan. Tot de scenario’s die ze bestudeerden, waren gassen van vulkanische oorsprong, intense bliksemschichten, tektonische platen die langs elkaar schuiven, regens van het element bismut en kosmisch stof. Maar op grond van hun berekeningen was geen van deze processen krachtig genoeg om zo’n hoge dichtheid aan fosfinemoleculen te produceren. “Of het om levensvormen gaat of niet, het moet om een zeer exotisch mechanisme gaan,” zegt Sousa-Silva. “Er is daar iets raars aan de gang.”

Terug naar Venus

Maar John Carpenter, als wetenschapper verbonden aan het ALMA-observatorium, blijft sceptisch over de eigenlijke waarnemingen van het fosfine. Het signaal is zwak en het team moest heel wat software gebruiken om het naar voren te halen uit de grote hoeveelheid gegevens die door de telescopen werden aangeleverd. Die uitgebreide bewerking kan ook een foutief signaal op dezelfde frequenties als het fosfinemolecuul veroorzaken. Hij wijst er ook op dat volgens de standaardprocedure voor het op afstand detecteren van bepaalde moleculen er meerdere handtekeningen van een en hetzelfde molecuul in verschillende golflengten van het elektromagnetische spectrum waargenomen moeten worden. En dat is iets wat het onderzoeksteam in het geval van hun fosfine-waarneming nog niet heeft gedaan.

“Ze hebben de juiste stappen gezet om het signaal te verifiëren, maar ik ben er nog steeds niet van overtuigd dat dit signaal echt is,” zegt Carpenter. “Als het echt is, is het een zeer spannend resultaat, maar het moet nog nader worden onderzocht om het echt plausibel te maken.” Sousa-Silva is het ermee eens dat haar team de fosfine-waarneming nog moet verifiëren door aanvullende handtekeningen in andere golflengten te vinden. Zij en haar collega’s waren van plan om deze observaties uit te voeren met behulp van SOFIA, het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (een telescoop waarmee het heelal vanuit een jumbojet wordt bestudeerd) en met de Infrared Telescope Facility van de NASA op Hawaï. Maar de COVID-19-pandemie gooide roet in het eten. Voorlopig is al het vervolgonderzoek van het team tot nader order uitgesteld. “Het is teleurstellend dat we dat bewijs nog niet hebben,” zegt Sousa-Silva.

Desondanks vindt Sanjay Limaye, planetoloog aan de University of Wisconsin-Madison, dat de ontdekking opwindend genoeg is om de zaak verder te onderzoeken, en dan het liefst van veel dichterbij dan vanaf de aarde. “Het is fascinerend dat er in de atmosfeer van Venus iets vreemds aan de hand is, maar de vraag is: is er sprake van een of andere exotische chemie of van levensvormen?” zegt hij. “We moeten ernaartoe om dat uit te zoeken.”

De voorlopige waarneming van fosfine zal zeker leiden tot nieuwe oproepen om missies naar Venus te ontwikkelen, ook gezien het feit dat onze buurplaneet al sinds 1989 niet meer is bezocht, toen de NASA voor het laatst een sonde naar Venus stuurde. Volgens Schulze-Makuch ligt het volstrekt binnen de mogelijkheden om tijdens een missie monsters van de Venusiaanse atmosfeer te nemen, waarbij een sonde door het wolkendek van de planeet vliegt, daar gas- en andere deeltjes vergaarten ze vervolgens voor nader onderzoek naar de aarde terugbrengt.

Momenteel wordt naar verschillende voorstellen gekeken, waaronder een uitgebreid programma met meerdere ruimtevaartuigen onder leiding van Gilmore van de Wesleyan University. Dit concept zal worden beoordeeld tijdens een evaluatieproces waarin planetologen de prioriteiten voor het onderzoek van het zonnestelsel voor de komende decennia zullen vaststellen. Het concept van Gilmore gaat uit van meerdere orbiters en een luchtballon, waarmee de atmosfeer van Venus nauwkeurig onderzocht en ook naar tekenen van leven gespeurd kan worden. Voor de nabijere toekomst ligt er een voorstel voor een kleinere missie klaar, waarop de atmosfeer van Venus tot op grote diepte bestudeerd zal worden. Dit voorstel, met de aanduiding DAVINCI+, behoort tot de vier finalisten in de Discovery-prijsvraag van de NASA. De eerstvolgende selectie vindt plaats in 2021.

“Venus is zó’n ingewikkeld en wonderbaarlijk systeem en we weten er heel weinig van. En het is ook nog een ‘tweede aarde’. Waarschijnlijk heeft Venus miljarden jaren lang oceanen gehad – en wij wonen er pal naast. We hoeven er alleen maar naartoe te gaan,” zegt Gilmore. “We hebben momenteel de technologie om de atmosfeer van Venus te onderzoeken. Dat kunnen we gewoon doen.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer