Je leest:

Buitenaards leven: de ontdekking

Buitenaards leven: de ontdekking

Auteur: | 22 september 2022
Peter Konig

De mens lijkt vooralsnog alleen te zijn in het universum, maar ooit ontdekken we misschien een beschaving op een verre exoplaneet. Wat voor telescoop hebben we daarvoor nodig en hoe weten we dat we daadwerkelijk met leven te maken hebben? NEMO Kennislink onderzoekt het aan de hand van een toekomstscenario.

Ruimtetelescoop James Webb en de Extremely Large Telescope stellen in de jaren twintig en dertig van de 21e eeuw vast dat er veel planeten rondom andere sterren zijn met een op papier leefbare temperatuur en atmosfeer. Het voedt geruchten dat het wemelt van het leven in het universum. Door zijn technische complexiteit en politieke issues komt de Overwhelmingly Large Telescope pas in de jaren tachtig van de grond. De resultaten zijn overweldigend. Op een afstand van 21 lichtjaar blijkt een planeet rond een ster te draaien met sporen van zuurstof en een enorme hoeveelheid complexe organische stoffen. Is dit de plek waarover we al eeuwen fantaseren? Is hier leven?

Peter Konig

Onderzoekers richten alle (radio)telescopen op Gliese 625, een relatief nabije rode dwergster. Maar hoe enthousiast ze ook blijven proberen, verdere concrete aanwijzingen voor leven blijken er niet te zijn. Pas een 800 kilometer grote ruimtetelescoop brengt een antwoord. De telescoop is zó krachtig dat die het oppervlak van de planeet in kaart kan brengen. Dit blijkt volledig bedekt met complexe vierkante bouwwerken, die in de loop van dagen subtiel, maar onmiskenbaar van vorm veranderen. Verblufte wetenschappers ontkomen niet aan de conclusie: dit is werk van intelligent leven.

Hollywood maakt buitenaards leven sexy. In veel blockbusters zitten aliens, die bijvoorbeeld een kosmische tussenstop maken om ons te vernietigen, of die simpelweg verdwaald zijn en alleen maar naar huis willen bellen. De werkelijke zoektocht naar aliens staat mijlenver af van het beeld dat films en boeken schetsen. Het is jarenlange arbeid zonder ook maar iets van buitenaardse wezens te zien of te horen. Het is echter niet onmogelijk dat we in de toekomst met betere telescopen en ruimtesondes uiteindelijk wel een teken van leven vinden binnen of buiten ons zonnestelsel. Wat zou deze ontdekking teweegbrengen op aarde? Aan de hand van een toekomstscenario waarin we daadwerkelijk buitenaards leven ontdekken, verkent NEMO Kennislink in vier delen de afloop van onze eeuwen durende zoektocht naar buitenaardse compagnons.

Zestig jaar luisteren naar radiosignalen uit ons sterrenstelsel leverde niets op, de talloze ruimtesondes die naar verschillende planeten in het zonnestelsel zijn gestuurd, detecteerden geen leven, en ook telescopen zien vooralsnog een levenloos universum. We geven de zoektocht naar buitenaards leven echter nog niet op: we lanceren nieuwe observatoria, zoals eind vorig jaar ruimtetelescoop James Webb die het universum haarscherp in kaart brengt.

Verwacht van James Webb echter ook geen zwaaiende aliens of radioboodschappen, maar in plaats daarvan spectra van verre werelden, grafieken die aangeven welke kleuren licht er zijn. Daaruit kunnen astronomen de samenstelling van een planeetatmosfeer afleiden, bijvoorbeeld of er water in zit. Wetenschappelijk interessant, maar het is bij lange na geen eenduidig signaal van leven in de kosmos.

Exoplaneten, ofwel planeten rondom andere sterren, vormen een van de focuspunten voor het vinden van buitenaards leven. Niet alleen is het enige leven dat we kennen – wijzelf – woonachtig op een planeet, ook blijkt het rondom andere sterren dan de zon te wemelen van de planeten. Telescopen hebben er inmiddels ruim vijfduizend ontdekt, en dit is waarschijnlijk het topje van de ijsberg. Wetenschappers gaan ervan uit dat rondom vrijwel elke ster een of meerdere planeten draaien. En sommige van die werelden lijken omstandigheden, zoals temperatuur en samenstelling, te hebben die goed zijn voor leven – voor organismen zoals wij die kennen althans.

Het licht van planeten

Wetenschappers van nu kunnen alleen maar dromen van foto’s van exoplaneten. James Webb is in veel opzichten de beste telescoop ooit, maar zelfs dit observatorium heeft niet de vereiste nauwkeurigheid om levenstekenen te vinden op een aardachtige planeet die draait om een andere ster. Als je echt een wetenschappelijke doorbraak op het gebied van exoplaneten en buitenaards leven wilt forceren, dan heb je een observatorium nodig dat exclusief kijkt naar exoplaneten en instrumenten aan boord heeft die geoptimaliseerd zijn voor onderzoek aan het klimaat en mogelijk leven op die werelden.

Daphne Stam is universitair hoofddocent Planetaire Wetenschappen aan de Technische Universiteit Delft en schreef onlangs mee aan een voorstel voor zo’n telescoop. LUVOIR, de werknaam van de telescoop, is een observatorium met een spiegel van vier meter en met sensoren die sterlicht analyseren dat door een planeetatmosfeer is gegaan of door een planeetoppervlak is gereflecteerd. De ruimtetelescoop krijgt een speciaal zonnescherm, of beter gezegd een sterrenscherm, dat het directe licht van een ster blokkeert, zodat alleen het licht van een planeet in de telescoop belandt. Dit bloemvormige scherm hangt op een afstand van zo’n 80 duizend kilometer van de telescoop in de ruimte. Als het plan wordt goedgekeurd is de geplande lanceerdatum eind jaren veertig.

Impressie van een ruimtetelescoop (op de voorgrond) met een zogenoemd sterrenscherm. Dit bloemvormige scherm hangt op een grote afstand van de telescoop in de ruimte en blokkeert het licht van een ster. Dit maakt de planeten zichtbaar die om de ster heen draaien. In werkelijkheid staan het scherm en het planetensysteem veel verder weg.

LUVOIR gaat evenmin gedetailleerde plaatjes maken van planeten. De wetenschappers verwachten hooguit lichtpuntjes te observeren en er na een grondige analyse verrassend veel informatie uit te halen over de wereld die erachter zit. Sterlicht dat door een planeet is gereflecteerd, vertelt iets over het oppervlak (bijvoorbeeld of er een oceaan is of land) en over de atmosfeer (de samenstelling en de aanwezigheid van wolken). Kijk je over een langere tijd naar zo’n stipje, dan is het zelfs mogelijk om seizoenseffecten (groeiende en smeltende ijskappen) of weerpatronen te zien. Continenten die door de draaiing van de planeet steeds op gezette tijden voorbijkomen, behoren ook tot de mogelijkheden. Uiteindelijk hopen de wetenschappers natuurlijk op een teken van leven, misschien in de vorm van een stof, zoals zuurstof in de atmosfeer, of aanwijzingen voor vegetatie op het oppervlak.

Overigens wordt het een hele klus om al die informatie uit dat ene lichtpuntje te destilleren. Alle signalen – die van seizoensinvloeden, het weer en de verandering door de draaiing van de planeet – lopen door elkaar heen. Stam laat weten dat ze nu al proeven doen met computeralgoritmes die worden getraind om allerlei eigenschappen uit toekomstige planeetsignalen te trekken.

Zwerm van kleine ruimtespiegels

Met de telescoop waarop Stam en collega’s hopen, ruimtetelescoop James Webb en de op aarde in aanbouw zijnde Extremely Large Telescope blijft ons beeld van exoplaneten beperkt tot hoogstens een (veranderlijk) lichtpuntje in de nacht. En in veel gevallen is zelfs dát al onmogelijk. Er zijn vooralsnog maar een handvol exoplaneten direct op de foto gezet, vaak grote en hete exemplaren die relatief eenvoudig zijn te observeren. Met de huidige technologie is het onmogelijk een aardachtige planeet rondom een buurster vast te leggen. Zo’n begeleidende ster schijnt zo fel dat hij de telescoop bij het observeren van de relatief zwakke planeet ‘verblindt’.

Exoplaneet 2M1207b (links in rood) draait om de rode dwergster 2M1207 (midden). In 2004 was dit de eerste direct gefotografeerde planeet die om een andere ster dan de zon draait. Dat was mogelijk doordat dit type ster veel minder helder straalt dan bijvoorbeeld de zon.

Kunnen we nog beter? Mogen we dromen van meer dan een puntje licht, van misschien wel een echte foto van een exoplaneet? Wel als je het de Franse wetenschapper Antoine Labeyrie vraagt. In een vallei in de Franse Alpen bouwt de 79-jarige astronoom, eerder als hoogleraar werkzaam aan onderzoeksinstituut Collège de France, met een klein team aan wat het begin kan zijn van de grootste telescoop die de mens ooit zag. Eentje die groot genoeg is om een foto mét details te maken van een planeet die rondom een andere ster draait.

Impressie van de Extremely Large Telescope.

De regel is simpel: hoe groter je telescoop, hoe kleiner de details die je ermee kunt waarnemen. In een artikel rekent Labeyrie voor hoe groot de spiegel van een telescoop moet zijn om continenten op een aardachtige planeet rondom een ‘buurster’ te kunnen zien: 150 kilometer. Dat is bijna vierduizend keer groter dan de grootste optische telescoop die we nu bouwen: de Extremely Large Telescope heeft een spiegel van 39 meter. Zoiets op aarde bouwen is vrijwel onmogelijk, maar Labeyrie denkt dat dit wel in de ruimte lukt. Zijn idee is om een zwerm van kleine spiegels te lanceren en die nauwkeurig te positioneren, zodat ze als het ware samenwerken als één grote spiegeltelescoop die het beeld van een verre wereld uitvergroot. Hij noemt dit concept een hypertelescoop.

Het systeem staat in de kinderschoenen en Labeyrie moet het naar eigen zeggen doen met een bescheiden budget van enkele duizenden euro’s per jaar. Maar na tien jaar werken concludeert Labeyrie aan de hand van tests met twee spiegels dat het principe werkt. Wat je hebt aan een plaatje van een exoplaneet in de zoektocht naar buitenaards leven? Misschien zie je sporen van vegetatie, of zoals Labeyrie in zijn artikel schrijft, lasercommunicatie of lichtvervuiling van steden. Hij heeft naar eigen zeggen voorstellen gedaan aan ruimtevaartorganisaties, maar heeft daar nog geen reactie op gehad.

Stam van de TU Delft stelt dat het realiseren van een hypertelescoop in de ruimte technisch enorm lastig is, maar dat het in principe werkt. Astronoom en schrijver van het boek Planetenjagers Lucas Ellerbroek denkt dat het realiseren van een telescoop op deze schaal ‘supercomplex’ is. Toch vindt hij het wel een interessant idee. “Dit is wat we nu op aarde al doen met radiotelescopen die we met elkaar verbinden om zo een observatorium te maken dat zo groot is als de aarde zelf”, zegt Ellerbroek. De afgelopen jaren lukte het daarmee om afbeeldingen te maken van zwarte gaten.

Technisch obstakel

Hoe realistisch is de 800 kilometer grote ruimtetelescoop voor zichtbaar licht uit het toekomstscenario aan het begin van dit artikel? Het lanceren van duizenden spiegels lijkt het probleem niet, ruimtevaartbedrijven zoals SpaceX lanceren aan de lopende band satellieten. Het grootste technische obstakel voor deze telescoop is het nauwkeurig afstemmen van de spiegels in de ruimte, zeggen zowel ruimtevaartdeskundige Erik Laan en ingenieur voor diverse grote telescoopprojecten Fred Kamphues desgevraagd. Ze wijzen op een eerder project van ruimtevaartorganisatie ESA, Darwin genaamd, waarin werd onderzocht of een ruimtetelescoop op basis van vier of vijf satellieten mogelijk was.

Het project werd stopgezet, omdat de technische haalbaarheid niet voldoende was aangetoond. “Het in formatie vliegen van meerdere spiegels tot op een paar nanometer nauwkeurig is geen sinecure”, zegt Kamphues. “Dit was één van de redenen waarom het bij een serieus concept is gebleven. Zoals bij alles zal voortschrijdende techniek deze bezwaren uiteindelijk kunnen wegnemen. Wie weet wat er de komende paar honderd jaar mogelijk is.” Wel wijst hij nog op de hoge kosten voor het lanceren van zo veel satellieten.

Chemische vingerafdrukken van leven

Detailfoto’s maken van verre wereld is toekomstmuziek. Moderne telescopen, zoals James Webb, analyseren de atmosfeer van exoplaneten door naar sterlicht te kijken dat door de dampkring van die planeet heen is gekomen. Dat gebeurt wanneer de planeet vanaf de aarde gezien voor de ster langs beweegt. Stoffen laten in het sterlicht als het ware een vingerafdruk achter. Maar wat betekent het eigenlijk als je water of methaan vindt in de atmosfeer van een verre exoplaneet? Deze wereld is te ver weg om te bezoeken met een ruimtesonde die kan checken of er misschien leven is. De planeten in ons eigen zonnestelsel kunnen hierbij helpen. Wetenschappers gebruiken ‘onze’ planeten om een vertaalslag maken van stoffen in de atmosfeer naar de natuurkundige, chemische en biologische processen op de planeet.

Volgens astronoom Lucas Ellerbroek is het onderzoeken van planeetatmosferen een relatief langzame, maar de meest ‘duurzame’ manier van zoeken naar buitenaards leven. Want ook toen het leven op aarde nog geen radioschotels bouwde en elektronische signalen de kosmos in stuurde, waren ‘we’ tot ver buiten de aarde herkenbaar aan onze aardatmosfeer. De laatste twee miljard jaar is dat in de vorm van een hoog zuurstofpercentage. De aarde geeft zo een duidelijk signaal af aan het universum: hier is ‘iets’. “Het leven is bijzonder krachtig in het chemisch gezien omvormen van zijn omgeving”, zegt Ellerbroek. “Op aarde bedraagt de totale massa van al het leven minder dan 0,1 procent van de massa van de aardatmosfeer, maar het is toch verantwoordelijk voor de ruim 20 procent zuurstof in de dampkring. Dat is bijzonder en ik denk dat je dit kunt generaliseren voor al het leven in het heelal. We moeten daarom zoeken naar de chemische vingerafdrukken die leven achterlaat.”

Veel mazzel

Gaan we het nog meemaken, het antwoord op de vraag of er buitenaards leven is? Ellerbroek is sceptisch. Althans, over de kans dat wíj de ontdekking van leven nog meemaken. “Zo’n ontdekking zou mij verbazen”, zegt hij. “Ik denk dat we dan veel mazzel moeten hebben met een goed waarneembare planeet in onze buurt. Bovendien moeten we dan een paar relatief snelle technologische sprongen maken, bijvoorbeeld op het gebied van het op grote schaal inventariseren van stoffen in de atmosferen van planeten die kunnen duiden op leven.”

Uitgelicht door de redactie

Sociale Wetenschappen
Spelend(er)wijs

Psychologie
‘Het is maar een spelletje’

Economie
De hoogte in voor nieuwe woningen

De grote hamvraag blijft wel wanneer je zeker weet dat je leven hebt gevonden. Is zuurstof in de atmosfeer een teken van leven? Of moeten we wachten tot we bouwwerken van een buitenaardse beschaving op het oppervlak van een planeet zien staan? En hoe weet je overigens zeker dat die bouwwerken weer een resultaat zijn van intelligente wezens? We gaan de komende jaren met James Webb en daarna met nog krachtiger telescopen aanwijzingen vinden voor ‘gematigde’ planeten waar op zijn minst ‘interessante’ stoffen in de atmosfeer zitten. Zolang je niet alle andere mechanismen, die niets met leven te maken hebben, hebt uitgesloten als verklaring van het signaal, kun je niet zeker zijn dat je naar leven kijkt. Dat is lastig om te bewijzen. Dat zie je al aan de ontdekking van chemisch ‘actieve’ Marsgrond door de Vikinglanders in de jaren zeventig of de sporen van waterstof en koolstofdioxide die in de pluimen van geisers op Saturnusmaan Enceladus werden gevonden.

“Áls het er is, dan is de snelste weg naar het vinden van buitenaards leven die in ons eigen zonnestelsel”, zegt Ellerbroek. “Je kunt het best naar Mars gaan, naar Enceladus of Europa en terugkomen met een friemelende bacterie in een schaaltje. Dat is geen sinecure, maar het is mogelijk en je bent meteen klaar. Dat in tegenstelling tot het kijken naar spectra van verre planeten waarover je eindeloos kunt discussiëren.” Stam heeft overigens wel een manier om zeker te weten dat je aliens hebt gevonden, ook buiten het zonnestelsel: “Misschien kunnen we het uiteindelijk alleen maar zeker weten als we daadwerkelijk communiceren met buitenaards leven.”

Lees ook de andere artikelen van dit vierluik:

Hoe communiceren we met buitenaards leven?

Erica Renckens

Aangenaam kennis te maken, alien!

Roel van der Heijden

Een middelmatige beschaving

Roel van der Heijden
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 september 2022

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

Thema: Oorsprong van Leven

Pxhere (CC0)
Oorsprong van Leven
Waar komen we vandaan en zijn we alleen in het heelal? Het zijn de misschien wel de grootste vragen in de wetenschap, maar ze stellen is een stuk gemakkelijker dan ze beantwoorden. Binnen het thema ‘Oorsprong van Leven’ benaderen we de vragen en het onderzoek vanuit drie verhaallijnen: 'Leven in het heelal', 'Van levenloos naar levend' en 'De stamboom van het leven'. NEMO Kennislink neemt je mee op een fascinerende speurtocht. Ga je mee?
Bekijk het thema
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.