Je leest:

Verstoorde atmosfeer kan duiden op buitenaards leven

Verstoorde atmosfeer kan duiden op buitenaards leven

Zoeken naar ‘onmogelijke’ combinatie van de gassen rond exoplaneten

Auteur: | 29 januari 2018

Hoe kun je bepalen of er leven is op een andere planeet? Kijk naar de combinatie van gassen in de atmosfeer, zeggen Amerikaanse onderzoekers. Klopt die chemisch gezien niet, dan is dat misschien een teken van leven.

De ontdekking van meerdere ‘aardachtige’ planeten buiten ons zonnestelsel betekent een enorme impuls voor het zoeken naar buitenaards leven. De komende jaren gaan verschillende telescopen, zowel in de ruimte als vanaf de aarde, actief op zoek naar zogeheten biosignaturen; tekens van leven. De grote vraag is wat voor tekens dat zouden kunnen zijn. Hoe kunnen we van grote afstand bepalen of op een planeet wellicht leven aanwezig is of is geweest?

Het enige dat we in de nabije toekomst kunnen meten van exoplaneten , planeten buiten ons zonnestelsel, is de aanwezigheid van bepaalde gassen in de atmosfeer. De aandacht gaat dan al snel uit naar zuurstof. Maar toen het allereerste leven op aarde ontstond – waarschijnlijk zo’n vier miljard jaar geleden – was er nog helemaal geen zuurstof in de atmosfeer. Zuurstof is dus geen exclusief teken van leven.

Krissansen totton1hr
Toekomstige telescopen (rechts) kunnen de samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten meten. Als dat voor de aarde zou gebeuren is er een groot verschil tussen de atmosfeer nu (linksboven) en zoals die was toen het eerste leven ontstond (onder).

In het tijdschrift Science Advances stellen onderzoekers van de Universiteit van Washington in Seattle (VS) en het NASA Astrobiologie Instituut voor om te kijken naar de verhouding tussen de verschillende gassen in de atmosfeer van een exoplaneet. Als die verhouding chemisch gezien niet klopt, kan dat betekenen dat er leven is, aldus Joshua Krissansen-Totton en collega’s.

Methaan

Het onmogelijke methaan

Dat er nu methaan (‘aardgas’) aanwezig is onze atmosfeer, terwijl er ook (veel meer) zuurstof is, kan eigenlijk niet. Zuurstof en methaan reageren snel met elkaar tot koolstofdioxide en water. En omdat er veel meer zuurstof dan methaan in de atmosfeer zit, zou je geen vrij methaan moeten aantreffen. De enige verklaring is dat er doorlopend methaan wordt aangevoerd, waardoor het chemisch evenwicht blijvend wordt verstoord.

Want leven heeft een enorme invloed op de omgeving. Levende organismen consumeren gassen en scheiden weer andere uit. Dat zie je terug in de samenstelling van de atmosfeer. Vooral de aanwezigheid van methaan (‘aardgas’) in combinatie met andere gassen (koolstofdioxide of zuurstof) is volgens hen een belangrijk signaal. Methaan heeft een veel kortere levensduur dan de andere atmosferische gassen. Als een gas dat relatief snel verdwijnt, toch aanwezig is, dan moet dat actief worden geproduceerd. Door geologische processen of door levende organismen.

Ze baseren hun biosignatuur op berekeningen van de historische samenstelling van de aardse atmosfeer. In de periode van 4 tot 2,5 miljard jaar geleden, toen het eerste leven ontstond, bestond de atmosfeer uit koolstofdioxide, methaan en stikstof. Bovendien was er vloeibaar water. Die combinatie kan chemisch gezien niet, want deze vier stoffen reageren meteen met elkaar en de omgeving, totdat er een evenwicht ontstaat. Maar dat evenwicht werd verstoord doordat er steeds methaan werd aangevoerd. Door geologische processen, zoals vulkaanuitbarstingen, maar in toenemende ook door de eerste levensvormen die methaan als afvalgas uitscheidden.

Dat verstoorde evenwicht is een blijvend kenmerk geworden. Ook toen de hoeveelheid zuurstof vanaf ongeveer 2,5 miljard jaar geleden sterk toenam, bleef er sprake van een verstoord evenwicht. De onderzoekers laten bovendien zien dat de grootste bijdrage in die verstoring het gevolg is van de aanwezigheid van leven. Want dankzij de ontwikkeling van fotosynthese konden organismen op grote schaal zuurstof produceren.

Disequilibrium krissansen
Een atmosfeer (links) met daarin naast stikstof N2 ook zuurstof O2 en methaan CH4 zou moeten overgaan naar een evenwicht (rechts). Als dit evenwicht niet wordt bereikt, wijst dat erop dat actieve toevoer van gassen zorgt voor het in stand houden van de verstoorde situatie.
Comparison of the sizes of the trappist 1 planets with solar system bodies
Vergelijking tussen de manen van Jupiter, de ‘aardachtige’ exoplaneten rond TRAPPIST-1 en de planeten in ons zonnestelsel. De James Webb Space Telescope die in 2019 wordt gelanceerd gaat onder meer de exoplaneten rond TRAPPIST-1 bestuderen.

Goede timing

Het voorstel om te zoeken naar verstoorde verhouding in de atmosfeer van exoplaneten valt – sorry voor de woordspeling – in goede aarde bij Paul Mason, hoogleraar geochemie aan de Universiteit Utrecht. “Dit is heel belangrijk werk en de timing is ook heel goed. De telescopen zijn of komen op korte termijn beschikbaar om te zoeken naar biosignaturen van exoplaneten en daarom moeten we nu goed bepalen om welke signalen het gaat. Zodat we zinvol onderzoek kunnen doen en niet alleen maar valspositieve resultaten genereren.”

Mason onderschrijft dat alleen kijken naar zuurstof te beperkt is. “Stel dat we een telescoop zouden richten op de aarde van 3,5 miljard jaar geleden en we zouden alleen naar zuurstof kijken, dan was de aarde afgedaan als een levenloze planeet.” Kijken naar meerdere gassen en vooral naar de verhouding is cruciaal. “De aanwezigheid van een gas zegt niet zoveel. Pas als je inzicht krijgt in de verhouding tussen gassen kun je iets concluderen over de processen die plaatsvinden op een planeet.”

Maar hoe weet je dan of die processen te maken hebben met leven? Ook zonder leven worden er gassen geproduceerd op planeten. Mason: “Dat klopt, maar we weten dat de chemische en fysische wetten op exoplaneten dezelfde zijn als op aarde. Dat geeft een solide basis om te bepalen welke processen plaats kunnen vinden en of dat geologische of biologische processen zijn. Die laatste zijn net zo goed gebaseerd op dezelfde chemische en fysische grondslag.” Hij kijkt dan ook vol verwachting uit naar de metingen die de verschillende telescopen de komende jaren gaan uitvoeren. “Als we tekens van leven elders in het heelal vinden, zou dat een van de grootste ontdekkingen van onze tijd zijn.”

Bron:

J. Krissansen-Totton, S. Olson, D.C. Catling, Disequilibrium biosignatures over Earth history and implications for detecting exoplanet life, Science Advances (2018), doi:10.1126/sciadv.aao5747

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 29 januari 2018

Discussieer mee

0

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

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.