Verre planeten, vreemde wezens

Diep in het heelal worden steeds meer planeten gevonden. Als daar al intelligent leven mogelijk is, lijkt het vast niet op ons. We moeten eerder denken aan gepantserde, reptielachtige wezens of kilometers grote ballonnen vol waterstof.

door

De bemanningen in Star Trek hebben telkens geluk als ze naar een vreemde planeet worden gestraald. De zwaartekracht is altijd normaal, de temperatuur aangenaam en de atmosfeer bevat voldoende zuurstof. Doorgaans worden ze ook begroet door humanoïden: op mensen lijkende wezens. Oké, soms zijn die blauw of hebben ze een hoornachtig huid. Maar bijna altijd hebben ze twee ogen, twee oren, twee armen en twee benen. Is dat nou, zoals ze in Star Trek zeggen, ‘leven zoals wij dat kennen’? Of is het een wensdroom dat er bewoonde, aarde-achtige planeten in de ruimte zijn?

Romulanen uit Star Trek zijn niet van die lekkere jongens. Evenals wij hebben ze mensachtige trekjes.

Nog niet eens zo lang geleden waren planeten rond andere sterren nog pure science-fiction. Maar sinds Zwitserse astronomen in 1995 de eerste exoplaneet rondom een zonachtige ster ontdekten, werd het speurwerk een serieuze zaak. De ene na de andere ster in onze omgeving bleek schommelingen te vertonen die aan de aantrekkingskracht van een of meer planeten kunnen worden toegeschreven.

Inmiddels zijn we zover dat we van het bestaan weten van ‘hete Jupiters’: reusachtige planeten die in extreem korte tijd en dus ook op zeer geringe afstand rond hun moederster cirkelen. Door die geringe afstand is het er gloeiendheet. En omdat die planeten vermoedelijk steeds dezelfde zijde naar hun ster keren, is die donkere kant kouder, zodat er voortdurend stormen van de ene naar de andere zijde trekken. Dat maakt het erg onwaarschijnlijk dat zich op die planeten leven heeft ontwikkeld.

51 Pegasi b: Een wereld die meer op de hel lijkt dan al het andere dat we ons kunnen voorstellen. De planeet, die 0,6 maal de massa van Jupiter heeft, raast in 4,2 dagen om zijn zonachtige ster, die op 50 lichtjaar van de aarde staat. De temperatuur aan het oppervlak van de planeet wordt geschat op 1200 graden Celsius; sommige metalen zijn dan vloeibaar. Sterke getijdenkrachten verhitten het inwendige van de planeet. Iedere vorm van leven zou dus van bovenaf worden verbrand en van onderaf geroosterd. Een eventuele maan rondom de planeet is al even onherbergzaam; hij wordt gebombardeerd door dodelijke straling van zijn nabije zon en mogelijk ook nog door inslaande ‘boliden’.

Maar er zijn ook ‘gewone’ Jupiters gevonden. Ze liggen op veel grotere afstand van hun sterren, in de ‘bewoonbare zone’, met temperaturen tusen de 0 en 100 graden Celsius, zodat er vloeibaar water voor kan komen. De reusachtige zwaartekracht op zulke grote planeten vormt geen belemmering. Want als ze net als Jupiter gasvormig zijn, bieden ze misschien plaats aan zwevende aliens.

70 Virginis b: Deze planeet heeft een massa van 7,4 maal die van Jupiter en draait rond een zonachtige ster op 59 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Maagd. Het nadeel van de grote planeet is dat hij in een sterk excentrische baan om zijn ster draait, op een afstand variërend van 38,6 tot 90 miljoen kilometer. Misschien dat de reuzenplaneet manen heeft. Doordat de planeet zich juist binnen de ‘bewoonbare zone’ beweegt, komt op zijn manen misschien nog vloeibaar water voor.

“Mijn collega’s aan de Cornell-universiteit en ik zijn dat eens nagegaan,” vertelde de Amerikaanse sterrenkundige Carl Sagan (1934-1996) in zijn televisieserie Cosmos. "Op een reusachtige gasplaneet, met een atmosfeer die rijk is aan waterstof, helium, methaan, water en ammoniak, heb je geen vast oppervlak, maar een dichte dampkring vol wolken waarin de organische moleculen uit de hemel vallen.

Er is slechts één karakteristieke belemmering voor het leven op zo’n planeet: de dampkring is er in hevige beroering en in de diepten is het zeer heet. Een organisme moet daar dus oppassen dat het niet omlaag gesleurd en geroosterd wordt. Om onder die omstandigheden voort te bestaan, moeten de levensvormen zich voortplanten voordat ze geroosterd worden. De opstijgende luchtstromingen voeren een deel van hun nageslacht terug naar de hogere en koelere lagen van de dampkring.

Dergelijke organismen moeten heel klein zijn. Je zou ze ‘zinkers’ kunnen noemen. Maar je hebt ook ‘zwevers’: een soort grote waterstofballons die helium en zwaardere gassen uit hun inwendige wegpompen en alleen het lichtste gas, waterstof, overhouden. Die zwevers kunnen kilometers groot zijn. Het is zelfs denkbaar dat ze camouflagekleuren hebben. Want ongetwijfeld zijn er jagers: torpedovormige wezens met een inktvisachtige straalaandrijving. Maar misschien zijn de ballonnen niet weerloos, en vechten ze terug met bliksemschichten en klauwen met tentakels die kilometerslange kettingzagen zijn."

Levende maan

Zou het er zo aan toegaan op 47 Ursae Majoris b of een van die vele andere reuzenplaneten die tot nog toe bij andere sterren gevonden zijn? “Het is een speculatie over leven in extreme omstandigheden,” zegt Darren Williams, astrofysicus aan de Pennsylvania State University.

“Ik ga liever uit van ‘normale’ omstandigheden. Die gasvormige reuzenplaneten kunnen heel goed rotsachtige, op de aarde lijkende manen hebben. Denk maar aan de Star Wars-film Return of the Jedi, waarin de Ewoks de soldaten van Darth Vader achtervolgen. Ze leven op de woud-maan van Endor. Die maan, ongeveer zo groot als de aarde, draait ook rond een op Jupiter lijkende planeet.”

Upsilon Andromedae: Dit is een hete, witte ster op 44 lichtjaar afstand, heeft een familie van reuzenplaneten in de buurt. Twee van de drie planeten (b, c, en d genoemd) zijn ‘hete Jupiters’, al kan op hun donkere en koelere achterzijde een soort ‘ijskap’ van hoge waterijswolken ontstaan. Maar er is nog een derde, zware ‘Jupiter’ op een afstand van 220 tot 530 miljoen kilometer van zijn ster. Die beweegt zich binnen de bewoonbare zone en kan levensvatbare manen hebben. Sterrenkundigen breken zich trouwens het hoofd over het feit dat een ster op betrekkelijk korte afstand zoveel reuzenplaneten kan hebben.

Levende wezens op een maan van een planeet? “Als een maan zwaar genoeg is, zeg zo’n 0,23 maal de massa van onze aarde, kan hij een atmosfeer vasthouden met een klimaat dat door een broeikaseffect constant blijft,” vervolgt Williams. "Staat die maan relatief dichtbij de planeet, dan wordt hij door de zwaartekrachtswerking gekneed. De eb- en vloedbeweging wekt dan in de maan hitte op door wrijving in de gesteenten. Zo ontstaat tectonische activiteit, of op zijn minst vulkanisme.

Kijk maar naar de Jupitermanen Io en Europa. De eerste is vergeven van de zwavelvulkanen. De tweede is bedekt met ijs dat door de eb- en vloedbeweging is gescheurd en schotsen heeft gevormd. Omdat je langs de weer dichtgevroren scheuren oranjekleurige smurrie ziet, wordt zelfs vermoed dat zich onder het ijs van Europa een warme oceaan bevindt. De oranje kleur zou kunnen duiden op organische verbindingen en misschien zelfs oceanische levensvormen."

Doordat Europa door de enorme aantrekkingskracht van Jupiter warm wordt ‘gekneed’, kan zich onder het ijsoppervlak een dikke laag modderijs of een vloeibare wateroceaan bevinden. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Om meer over het eventuele leven op Europa te weten te komen, worden nu speciale ruimtevaartmissies ontwikkeld. Zo was er bij de NASA een voorstel voor de Europa Ice Clipper, die het ijs vanuit een lage baan om de maan moest gaan waarnemen. Ook wordt er stevig nagedacht over Icepick, de Europa Ocean Explorer.

Die moet een gat door het ijs op Europa boren. Daarin duikt een mini-onderzeeër, die op zoek gaat naar black smokers. Dat zijn vulkanische schachten in de oceaanbodem waaruit warme, mineralen bevattende gassen opborrelen. Op aarde vind je rond black smokers de meest uiteenlopende levensvormen.

Links: Jupitermaan Europa wordt bedekt door aan elkaar vastgevroren ijsschotsen. De randen van de schotsen tonen een mysterieuze, oranje kleur. Rechts: De toekomstige Europa Ocean Explorer boort een gat door de bovenste ijslaag en laat een mini-onderzeeër afdalen.

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Maar het zou natuurlijk helemaal mooi zijn als er echte, aarde-achtige planeten rond andere sterren ontdekt worden. Aan de creativiteit van de onderzoekers zal het niet liggen. In plaats van naar schommelingen van sterren te zoeken, kunnen planeten ook worden opgespoord als ze toevallig voor hun ster langs bewegen. Als de ster even groot is als onze zon, en de planeet zo groot als onze aarde, neemt de helderheid van de ster een paar uur lang een honderdste procent af.

Vanaf de aarde zie je zo’n geringe afwijking niet. Alleen van een reuzenplaneet kon tot nog toe zo’n lichtvermindering worden waargenomen, terwijl onlang ook twee ‘zeer hete Jupiters’ werden ontdekt die het licht van hun ster verduisterden.

Vanuit de ruimte kan het zoeken naar lichtverminderingen door aarde-achtige planeten wel. Om succes te hebben, moeten dan echter duizenden sterren tegelijk worden waargenomen. Want de kans dat een mogelijk planetenstelsel precies van opzij wordt waargenomen, bedraagt statistisch gezien niet meert dan één op tweehonderd.

De speurtocht naar andere planetenstelsels wordt steeds intensiever. De Hubble-ruimtetelescoop (HST) en de Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) zijn al in de ruimte. De vliegende sterrenwacht SOFIA en de Space InfraRed Telescope Facility (SIRTF) vertrekken binnenkort. Kort daarop volgen een ruimteverkenner (ST-3), een interferometer (SIM) en een nieuwe ruimtetelescoop (NGST). De Terrestrial Planet Finder (TPF) gaat rond 2010 op zoek naar aarde-achtige planeten. De Life Finder (LF) zoekt vervolgens naar chemische tekens van leven op die planeten, en de Planet Imager (PI) maakt er opnamen van.

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

De Kepler-ruimtesonde, die astronomen in 2006 willen lanceren, moet vier jaar lang de helderheid van 100.000 sterren meten. “Op die manier hopen we zo’n vijfhonderd aarde-achtige planeten op het spoor te komen,” zegt William Borucki van het Ames Research Center in Californië. "Liggen ze in de bewoonbare zone en hebben ze een geschikte dampkring? Dan gaat de Terrestrial Planet Finder (TPF) van het Jet Propulsion Laboratory ze verder onderzoeken.

TPF is een rond 2010 te lanceren constructie van vier grote spiegels op een rij, die honderd keer scherper gaat zien dan de Hubble-ruimtetelescoop. Je kunt er aarde-achtige planeten mee zien tot op vijftig lichtjaar afstand. Maar nog belangrijker: je kunt er ook de chemische samenstelling van de atmosfeer mee ontrafelen. TPF gaat onder andere snuffelen naar ozon en methaan, gassen die op aarde als gevolg van plantaardig en dierlijk leven in onze dampkring zitten."

TPF, de Terrestrial Planet Finder.

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Maar waar is iedereen?

En toch zit er bij al dat speuren naar buitenaards leven een addertje onder het gras. Want hoeveel exoplaneten we nu ook gevonden hebben en hoe lang we al naar signalen van eventuele buitenaardsen luisteren, nog nooit heeft zich zoiets als een ET bij ons gemeld. Je kunt je dus afvragen: waar is iedereen?

“Ik geloof dat andere planeten hooguit primitief leven kennen en dat wij de eerste intelligentie zijn in het heelal,” zegt natuurkundige Frank Tipler van de Tulane-universiteit in New Orleans.

“Want hoe lang duurt het voordat een beschaving die tussen de sterren kan reizen de Melkweg heeft gekoloniseerd? Reis je met 90 procent van de lichtsnelheid, dan ligt een ster als Alpha Centauri op 4,3 lichtjaar afstand in vijf jaar binnen handbereik. Je hoeft als beschaving niet eens zelf op weg te gaan. Je kunt ook robots sturen die zichzelf nabouwen, zodat er na honderd jaar telkens twee nieuwe op weg gaan. In dat geval breidt de kolonisatiegolf zich uit met één vijfentwintigste van de lichtsnelheid. De Melkweg, met een diameter van ruwweg 100.000 lichtjaar, is dan binnen drie miljoen jaar gekoloniseerd. Je mag ook gerust uitgaan van de slakkengang van onze huidige raketten. In dat geval heb je binnen 300 miljoen jaar iedere uithoek van de Melkweg van een basis voorzien. De tijd die een beschaving nodig heeft om de Melkweg te koloniseren, valt dus in het niet vergeleken met de leeltijd van ons sterrenstelsel, die zo’n tien miljard jaar bedraagt. Als er intelligente buitenaardse beschavingen bestonden, hadden ze al lang vestigingen in ons zonnestelsel. En aangezien die vestigingen er niet zijn, bestaan die beschavingen niet!”

47 Ursae majoris b: Deze planeet is een veelbelovende plek om naar leven te zoeken. Deze planeet, op 46 lichtjaar afstand van de aarde, draait in iets minder dan drie jaar om een ster die wat heter is dan onze zon. De planeet, die 2,4 maal zo zwaar is als Jupiter, kan interessante manen hebben. Ze zijn niet zo heet als die rond 70 Virginis b, en ook niet zo koud als die om onze planeet Jupiter.

Natuurlijk is lang niet iedereen het daarmee eens. Edward Harrison, sterrenkundige aan de universiteit van Massachusetts, denkt dat Tipler een fundamentele fout maakt met de veronderstelde veroveringsdrang. “Misschien evolueert intelligent leven wel naar een vorm die we ons niet kunnen voorstellen,” meent hij. “Of misschien voeren buitenaardsen in het geval van ontluikende beschavingen wel een non- interventiepolitiek.”

“Dat een buitenaardse beschaving geen expansiedrift zou hebben, is onzin,” reageert Tipler. “Astronomen zoeken ook naar aarde-achtige planeten met water. Dus gaan ze er zelf van uit dat het leven elders zich net zoals op aarde gedraagt. En dat niemand onze ontluikende beschaving wil verstoren, riekt mij te veel naar de politiek van de ‘Federatie van Planeten’ in Star Trek. Ik denk niet dat buitenaardse levensvormen zoiets onderling kunnen afspreken. Iedereen heeft natuurlijk zijn eigen mening.”

“Trouwens: om ons zonnestelsel van de rest van de Melkweg af te sluiten, zou er voortdurend langs de rand moeten worden gepatrouilleerd. Ieder binnendringend communicatiesignaal of zelfs maar verdacht lichtstraaltje van een sterrenschip zou moeten worden gestopt.”

Dus geen angst voor boosaardige aliens of zelfs maar goedwillende ET’s? “We zijn alleen. Maar is dat zo erg?” stelt Tipler. “Want daarmee hebben we een gouden toekomst voor ons. Net zoals de afstammelingen van de allereerste levende cel de aarde overspoelden, kunnen onze nazaten zich over de Melkweg verspreiden. En daarna kunnen we zelfs doordringen tot in de uithoeken van het heelal.”

Zoeken we misschien daarom alvast naar sterk op de aarde lijkende planeten? Stel je voor dat Tipler gelijk heeft. Dan wordt Star Trek, met al die humanoïden, straks vanzelf werkelijkheid…

Een kwestie van g’s

Zolang we ze nog niet hebben ontmoet, kan niemand vertellen hoe buitenaardse wezens eruitzien. Maar als we uitgaan van wat we wél weten, dan is het niet eens onlogisch te veronderstellen dat een aarde-achtige planeet, als hij maar oud genoeg is, bewoond kan worden door mensachtige wezens.

Overal in het heelal kan leven zijn onstaan. Na de ‘Big Bang’ vormden zich de elementen waaruit de eerste sterren ontstonden. In de sterren en in grote stof- en gaswolken in de ruimte vormen zich nog ingewikkelder verbindingen. Uit stofschijven rond pas ontstane sterren klonteren gasvormige en rotsachtige planeten samen. Is een planeet van de juiste samenstelling en niet te warm of te koud, dan komt daarop de chemie van het leven tot ontwikkeling.

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Het prille begin zal in de ruimte overal hetzelfde moeten zijn. De eerste cellen zullen zich ontwikkelen in een oceanische ‘oersoep’ of in de vorm van ‘bijna levende’ moleculen die zich op kometen kunnen vormen en vanuit de ruimte in een vochtige omgeving neerdwarrelen.

Water lijkt daarbij onontbeerlijk, doordat het over een groot temperatuursverloop van 100 graden Celsius vloeibaar kan zijn. Ook ethaan, methaan en ammoniak kunnen als vloeistof dienen, maar bij een geringer temperatuursverloop (18 tot 94 graden) en bovendien bij veel lagere temperaturen. In dat geval verlopen de chemische reacties dus ook veel trager.

En silicium als bouwstof, in plaats van de ons bekende koolstofverbindingen? “Niet waarschijnlijk,” zegt Bruce Jakosky, hoogleraar geologie en schrijver van ‘The search for life on other planets’ (Cambridge University Press). “Silicium kan geen dubbele bindingen aangaan, zoals koolstof. En hoewel siliciumverbindingen kunnen oplossen in water, doen ze dat in zulke geringe hoeveelheden dat ze daarin nauwelijks beschikbaar zijn als voedingsstoffen. Bovendien bestaan er bij normale temperatuur en druk ook geen siliciumgassen.”

Experimenten met een nabootsing van de aardse oersituatie lijken erop te wijzen dat daarin altijd dezelfde ingewikkelde verbindingen ontstaan; onder andere chlorofyl en de rode bloedkleurstof hemoglobine, de belangrijkste kenmerken waardoor planten- en dierenwereld zich van elkaar onderscheiden.

De strijd om het bestaan, die voortdurend de beste aan hun omgeving aangepaste levensvormen uitkiest voor een verdere evolutie, bracht tenslotte de primaten voort (alle aapachtige wezens inclusief de mens). Wij ontwikkelden ons zover omdat we oorspronkelijk boombewoners waren, met grijphanden waarbij de duim tegenover de andere vingers kan worden bewogen.

Zijn er overal primaten? De aarde heeft een zwaartekracht van 1 g. Op planeten met een grotere zwaartekracht zal de atmosfeer dichter worden. Eventueel leven gaat gedrongen vormen aannemen om zich onder die zwaartekracht te handhaven. Zuignappen, om niet omver te worden geblazen, lijken daarbij belangrijker dan grijpwerktuigen voor capriolen in de bomen.

Als er tenminste bomen zijn, want ook het plantaardig leven wordt door de zwaartekracht in zijn groei belemmerd. In ieder geval zal een humanoïde op zo’n planeet zeer zwaar gespierd moeten zijn om zich rechtop te kunnen bewegen.

Een reptielachtig pantser op hoofd en schouders moet bescherming bieden tegen met dodelijke snelheid neerkomende voorwerpen. Hart en dus ook borstkas zijn opvallend groot, evenals de ogen die door een dichte, mistige atmosfeer moeten kunnen kijken.

Bij planeten met minder zwaartekracht kunnen zich zeer ranke en ijle groeisels ontwikkelen; ogenschijnlijk ideaal voor boomdieren en dus voor primaten. Mensachtige wezens zullen daar slanke reuzen zijn met wijde neusgaten en dito longen om de ijle lucht in te ademen. De ijle atmosfeer maakt ook zware oogelden noodzakelijk, en vleermuisachtige oren voor het opvangen van de veel zwakkere geluidstrillingen.

Foto’s en illustraties:

John Whatmough, NASA, Pat Rawlings, JPL, Space Telescope Science Institute