Leven (4b) - Sterrenwacht Vesta

Leven (4b)
De serie LEVEN heeft in nr 78, 80 en -tot nu toe- in 81 een weinig 'astronomisch gehalte' .
Hierin werd de evolutie (van het leven) op aarde ( en de invloed van de kosmos daarop)
behandeld en in dit nummer de (nog onbeantwoorde) vraag hoe het eerste leven (op aarde) is
ontstaan. Dit is echter vooral gedaan om meer inzicht te hebben op eventueel buitenaards leven.
Meer ...er is al iemand afgehaakt doordat VESTA naar zijn mening sterrenkunde -in de ruimste
zin- te weinig bood. Tja, dat moeten we dus niet (meer) hebben, vandaar nu de -zeerintrigerende vraag :
IS ER (al of niet intelligent) LEVEN IN HET HEELAL (geweest) ???
De resultaten van het onderzoek hiertoe splitsen we in (eventueel) leven 1) BINNEN ons
zonnestelsel: en 2) daar BUITEN.
Is er (ooit) leven geweest in ons zonnestelsel ?
Het is belangrijk te weten aan welke voorwaarden leven moet voldoen. (Daarom was enige
kennis van evolutie en ontstaan van leven op aarde toch wel belangrijk)
Er is gebleken dat leven onder zeer extreme omstandigheden kan ontstaan -en in stand blijven.
Er is leven gevonden bij temperaturen van - 50 tot ± 90 graden, zo ook honderden meters onder
de grond (geen licht en bij grote druk), in zwavelhoudende atmosfeer of bloot staande aan
(krachtige) radioactieve straling. Maar een ding is essentieel: VLOEIBAAR WATER is een
absolute vereiste
Welke -tot ons zonnestelsel behorende- hemellichamen kunnen dus -in principe- leven bevatten
of ... bevat hebben Omstandigheden kunnen zich wijzigen !
Gasreuzen vallen af maar manen daarvan (bv Io -van Jupiter-en Titan -van Saturnus-) zijn niet
uit te sluiten, vandaar ook het Cassini-Huygens project (Zie ook VESTA nr 74, pg 11)
Van de aardachtige planeten vallen ook Mercurius en Venus (o.a. te heet) af.
MARS !
Blijft over
Over deze planeet - en het (tot dan toe geen resultaat opleverend) onderzoek naar leven er op- is
in VESTA nr 73 (augustus 2004) al uitvoerig geschreven. We eindigden met: ' We blijven U op
de hoogte houden !
Van de toen genoemde ruimtevaartuigen zijn de rovers Spirit en Opportunity en de orbiters
Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter en de Mars Express(ESA!) nog steeds actief.
Dat op het oppervlak van Mars geen leven (meer) is, is 'zonne' klaar. Door het ontbreken van
een magneetveld en een ozonlaag bombarderen kosmische en ultraviolette straling de
oppervlakte genadeloos waardoor elke vorm van leven gedood wordt.
4
Maar daaronder ? Uit diverse metingen is gebleken dat onder de oppervlakte ijs aanwezig moet
zijn en waar ijs is zou (ooit) leven zich gevormd kunnen hebben toen dit ijs (heel) vroeger water
geweest is.
Dat er ooit water op het Marsoppervlak geweest is, blijkt uit bepaalde stromingspatronen aan de
oppervlakte en ook uit bv rond afgeslepen keitjes. Maar wanneer is er vloeibaar water op Mars
geweest ?
Uit diverse waarnemingen en (o.a. computer) berekeningen bleek dat het klimaat op Mars in de
beginfase van zijn bestaan, zo'n 3,3 tot 3,9 miljard jaar geleden vergelijkbaar was met dat van
de aarde.
Maar .. uit laboratoriumonderzoek waarbij de vroegere Marsomgeving werd nagebootst en via
computermodellen bleek dat in die tijd de omstandigheden zeer levensvijandig waren: eerst te
zuur en daarna juist zeer zout. Ook zou de periode van vloeibaar water (veel) te kort zijn
geweest, (slechts enkele miljoenen jaren) om leven te kunnen laten ontstaan. Niet bemoedigend
allemaal maar .. het onderzoek naar leven gaat toch door ! Onder de Noordpool van Mars blijkt
onder het oppervlak zich veel ijs te bevinden.
Daarom is 4 augustus 2007 de Phoenix (NASA) gelanceerd met een robotarm die een halve
meter diep kan graven. De bodemmonsters worden in analyse-apparatuur gebracht waar het in
ovens verhit en doorgelicht wordt. 25 mei jl vond (onder groot gejuich) een (zeer geslaagde)
landing plaats met behulp van remraketten! Van de elf landingen daarvoor waren er al zes
mislukt ! De eerste boringen hebben inmiddels plaats gevonden maar aanvankelijk bleken de
monsters te klonterig om de deurtjes van de ovens te passeren. Dit is nu toch gelukt. Er is
inderdaad ijs onder het oppervlak : Wit opgeschept 'spul' bleek te verdwijnen - door sublimatie
van ijs-, maar .. van dat ijs wisten we eigenlijk al.
Kortom, de vraag naar (vroeger) leven binnen ons zonnestelsel is nog steeds onbeantwoord !
En nu de vraag:
Is er (al of niet intelligent) leven in het heelal buiten ons zonnestelsel ?
Deze vraag is al aan de orde gekomen in VESTA nr 79 van augustus vorig jaar.
Hierin werd de zoektocht naar zg exo-planeten (planeten buiten ons zonnestelsel) behandeld.
Drie methode's staan ons ter beschikking:
1) Variatie in radiële snelheid (m.b.v. van dopplereffect),
2) Lichtafname t.g.v. een exoplaneet die er voor langs draait.
3) Variatie van lichtsterkte van een ster doordat een andere ster -met exoplaneet) er voor langs
beweegt (microlenseffect).
NB: Methode 2) geldt -uiteraard- voor een beperkt aantal exoplaneten, 2% van de exoplaneten
draait voor de ster langs. Geval 3) is nog zeldzamer, 7 exoplaneten zijn zo gevonden
Het aantal gevonden exoplaneten staat dit jaar al op 271 (jan.'08). Veruit de meesten daarvan
zijn Jupiterachtige (gas)planeten (grote massa en omvang), vaak (heel) dicht om de ster
draaiend, z.g. 'hete Jupiters'. De dichtstbijzijnde draait in slechts 10 uur om de moederster, de
heetste heeft een temperatuur van 2400 K,
5
De meest nabije staat op 10,7 lichtjaar, de oudste is 13 miljard jaar, de ster met de meeste ep's
heeft er 5, de lichtste heeft een massa van 3x de aarde. Uiteraard zijn dit records tot nu toe.
Leuk en aardig om dit te weten maar ... wat kopen we ervoor ?
Veruit de meesten van de gevonden exo-planeten zijn totaal ongeschikt voor leven: veel te heet
of ..te koud.
De lichtste -tot nu toe gevonden- exoplaneet (in juni van dit jaar!) met een massa 3x Aarde,
draait om een moederster die een zo'n lage temperatuur heeft (een rode of bruine dwerg) dat op
de planeet een temperatuur heerst gelijk die aan Pluto !
Een ander probleem is: hoe ontdekken we of er op planeten met een eventueel bewoonbare
zone, d.w.z. met temperaturen waarbij vloeibaar water mogelijk is, ook leven is ? Door de
atmosfeer van deze planeet te onderzoeken ! Zuurstof, gevormd op aarde door het
koolzuurassimilatieproces of methaan, gevormd door bacteriën, kunnen een aanwijzing zijn.
Het atmosfeeronderzoek is echter geen sinecure. Bij planeten die voor de ster langs draaien kan
de atmosfeer onderzocht worden door het sterlicht te meten als de planeet er niet voor langs
gaat en het licht te onderzoeken als deze er wel voor langs draait. Het verschil wordt bepaald
door de absorptie door de atmosfeer van de planeet. NB: Deze absorptie is het grootst in het IR
(en op die golflengte wordt dus gemeten. Ook kan men het strooilicht van de planeet
onderzoeken. Heel lastig want dit strooilicht wordt verre overstraald door het licht van de ster
zelf. Daartoe tracht men zoveel mogelijk sterlicht zelf te elimineren. Zuurstof en methaan zijn
intussen wel aangetoond maar dit was dan van 'niet bewoonbare' planeten !
De middelen tot opsporing en onderzoek van exoplaneten zullen we -voor de liefhebbers!- in
een aparte bijlage -hieronder- behandelen.
Bijlage middelen/apparatuur i.v.m. onderzoek exo-planeten.
Onderzoek gebeurt zowel vanaf de grond (telescopen) met voordeel van veel grotere en
nauwkeuriger apparatuur als vanuit de ruimte (satellieten) met als voordeel dat er geen
absorptie/verstrooiing door de atmosfeer kan plaats vinden.
Onderzoek vanaf het aardoppervlak.
Zowel TrES (Trans Atlantic Exoplanet Survey) als HATNet (Hungarian-made Autmatic
Telescoop) bestaan uit een netwerk van (betrekkelijk kleine, 10cm) automatisch werkende
telescopen (bij TrES in Californië, Arizona en de Canarische eilanden, bij HATNet in Arizona
en Hawaii) die lichtverzwakkingen (t.g.v. planeetovergang) meten. De op deze manier
gevonden exoplaneten bij deze sterren laat men door telescopen (op aarde) zoals de 10m Keck
telescoop), bevestigen.
Met het Super WASP (Wide Angle Search for Planets) programma worden m.b.v.
groothoeklenzen miljoenen sterren tegelijk gefotografeerd Computers maken automatisch
lichtkrommen om de sterren met een lichtdip (tot 1%) t.g.v. een planeetovergang op te sporen.
Eventuele kandidaten worden nader onderzocht door SOPHIE, een in 2006 gereed gekomen
(Frans) instrument van de sterrenwacht Haut-Provence waarmee spectra (met zeer hoog
6
oplossend vermogen) worden opgenomen om dopplerverschuivingen op te sporen waaruit de
massa berekend wordt. Uit de lichtkromme wordt de diameter van de planeet afgeleid.
Onderzoek in Chili:
De ESA heeft (in Chili) de FLAMES spectrograaf, verbonden aan de 8,2m Kuyen spiegel en de
HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), verbonden aan een 3,6 m telescoop,
beide zeer nauwkeurige spectrografen die dopplersnelheden met een precisie van minder dan
1m/s kunnen meten .
De in april van vorig jaar -door HARPS gevonden- exoplaneet van 5 aardmassa's zwaar -de
lichtste tot dan toe-bij de rode dwergster Gliese 581 wekte de nodige opwinding: Eindelijk een
aardachtige planeet in bewoonbare zone aangetoond ! Kranten stonden er bol van, Jan Voet
repte erover in zijn speech op de slotavond en ook in 'VESTA' [ nr 79 augustus 2007 pag. 9]
werd ze genoemd. Maar helaas, uit nieuwe berekeningen bleek de planeet zo dicht bij de ster te
liggen dat de temperatuur er veel te hoog is
Een andere planeet bij Gliese (581d), 8 maal zo zwaar als de aarde staat wat verder weg maar
deze planeet keert altijd dezelfde kant naar de ster (zoals de maan bij de aarde). Door het grote
temperatuurverschil tussen dag- en nachtzijde zullen er krachtige winden heersen en door de
grote afstand is het zwakke sterlicht er zeer gering.
Zwitserland heeft zijn 1,2m Leonard Eulertelescoop (op La Sila Chili) met een spectrograaf die
radiële snelheden tot 7m/s meet. [Onderzoek programma heet CORALIE]
De Poolse telescoop op sterrenwacht van Las Campas zoekt -met zijn OGLE survey naar
mini-gravitatielenzen..In 2004 waren er al 150.000 sterren onderzocht (waarvan 2 daarvan met
een begeleider)
De zich in New South Wales bevindende 3,9m Anglo Australian Telescope onderzoekt -vanaf
1998, 200 z.g. Gliese-sterren. Dit is een lijst, opgesteld door Gliese hier niet zover vandaan.(
ontdekte in 2000 3 ep's).
De Lick Sterrenwacht heeft zijn 3m Shane telescoop voor exo-planeetonderzoek.
Op La Palma heeft de 60cm KVA telescoop de omvang van de atmosfeer van een exo-planeet
vastgesteld.
Japan heeft op Hawaii zijn Subaru-telescoop waarmee vanaf de aarde voor het eerst de
dampkring van een exo-planeet is waargenomen.
Onderzoek met behulp van ruimte satellieten.
Omdat Infrarood licht -t.g.v. van de absorptie door de aardatmosfeer- niet vanaf het
aardoppervlak kan worden waargenomen, werd in 2005 de Infrarood ruimtesatelliet SPITZER
gelanceerd.
Strooilicht van exoplaneten (het licht dus van de moederster, door de exoplaneet weerkaatst)
kan zowel in zichtbaar licht (op aarde met telescopen ) als in infrarood licht (vanuit de ruimte) ,
niet (direct) waargenomen worden: Het wordt door het licht van de moederster te sterk
overstraald. Door een 'truc' lukt het SPITZER toch IR licht van een exoplaneet waar te nemen:
7
Ze meet het IR-licht van ster en planeet te zamen en het IR licht van alleen de ster (als de
planeet zich achter de ster bevindt). Door het licht van alleen de ster af te trekken van het licht
van ster + planeet, vindt men zo het licht van de planeet alleen. Dit lukt wel bij IR en niet bij
zichtbaar licht omdat het aandeel licht van de planeet in IR groter is dan in zichtbaar licht.
Met behulp meting van IR straling van de exoplaneet kan de temperatuur van de exoplaneet
gemeten worden en dus ook temperatuurverschillen die optreden bij planeten die steeds
dezelfde kant naar de ster keren: sterke winden -tot 9600km/h [= 3km/s!] kunnen het gevolg
zijn
.
COROT (satelliet van ESA, Frankrijk en Brazilië) is december 2006 gelanceerd, speciaal ter
detectie van exoplaneten. De lichtintensiteitsmeting -met een 30cm telescoop- is zeer
nauwkeurig: variaties van 0,01% zijn vast te stellen. Hierdoor kunnen overgangen van planeten
(methode 2) -zelfs met een massa van paar keer die van de aarde - bepaald worden.
Ook oscillaties t.g.v. van seismische activiteit van sterren kan de COROT meten. Hieruit zijn de
massa, chemische structuur en de leeftijd van de ster te bepalen.
120.000 sterren worden komende jaren in de gaten gehouden Een vijftal planeten is al
gevonden.
Ook hebben we nog onze Hubble telescoop met zijn NICMOS IR detector a/b. Vanaf 1998
begon Hubble aan het exoplaneet onderzoek. In 2003 vond Hubble in een bolhoop de (tot nu
toe) oudste exoplaneet van 13 miljard jaar ! (dus nog geen miljard jaar na de oerknal). Zoals U
weet, bolhopen bevatten de oudste sterren.
In februari 2004 onderzocht Hubble (van een klein stukje sterrenhemel op 26.000 lichtjaar
afstand) 180.000 sterren. Om 16 daarvan bleek (uit variatie van lichtsterkte) een exoplaneet
(formaat Jupiter) te draaien. Statische berekening leert dat ons melkwegstelsel vermoedelijk 6
miljard 'Jupiters' telt. Gaan we er van uit dat 15 % 'Jupiterachtig' zijn, hoeveel 'rots(aardachtige)
planeten zijn er dan wel niet ?! NB: Bovengenoemde 16 exoplaneten zijn de verst gevonden
ooit. (De sterren stonden op 26.000 lichtjaar afstand).
Vorig jaar onderzocht Hubble (met zijn Advanced Camera for Surveys) de atmosfeer van een
'hete' Jupiter (uit het spectrum van sterlicht dat deze atmosfeer passeerde).
Bovenstaand 'lijkt' een wat uitputtend verslag van het hedendaags exoplaneet onderzoek. Dit is
gedaan om het grote belang te onderstrepen wat het huidig astronomisch onderzoek daaraan
hecht.
'Lijkt', want in feite is het een zeer beperkte weergave van exoplaneetonderzoek.
Toekomstplannen betreffende zoektocht naar buitenaards leven:
Tot nu toe is er nog niet echt een overtuigend 'bewijs' van buitenaards leven geleverd. Maar..
we zitten niet bij de pakken neer. Er zijn plannen voor nog meer geavanceerde apparatuur
waarmee kleinere exoplaneten (zoals onze aarde) opgespoord en de atmosfeer daarvan
onderzocht kan worden.
8
Rond 2013 moet de opvolger van Hubble, de James Webb space telescoop de lucht ingaan en
start NASA met de Keppler-missie en de TPF (Terrestrial Planet Finder).
Ook de Europese Darwin-missie (start 2020?) zal nieuwe stappen zetten bij het zoeken naar
levenstekenen bij kleine rotsplaneten. In Chili zijn plannen voor een 'extremely large telescoop'.
Het is nog maar de vraag in hoeverre deze plannen gerealiseerd zullen worden. Zal er bv
voldoende geld voor beschikbaar zijn ? Als er echt iets bijzonders te melden valt hoort U dat
uiteraard.
En dan is natuurlijk ook nog het SETI (Search for Extra Terrestrial Intelligence) project m.b.v.
de Arecibo-telescoop.. [Zie Vesta 79 pag. 9/10] Ook hier een nieuwe ontwikkeling.
Vanaf eind vorig jaar worden mbv 42 schotelantennes van de ATA (Allen Telescoop Array) in
Calnifornië naar radiosignalen (tussen 1 en 10 Gigaherz) gespeurd. Op termijn moeten dat er
350 schotels (van elk 6m) worden.
Kent U overigens de paradox van Fermi ?: Als intelligent leven in het heelal niet ongewoon is
waarom merken we dat dan niet ? Dit leven zal dan toch ook wel signalen uitzenden, zoals wij
ook doen -in de hoop dat deze opgevangen -en liefst beantwoord zullen worden !
En als er nu - en in de (verre) toekomst- eens geen leven ontdekt wordt ??
Dan gaat ons toch de vraag beklemmen: Zijn wij werkelijk uniek in het heelal en .. moeten we
dan onze gedachten niet eens laten gaan over een eventuele (al dan niet Goddelijke) schepping
:?
Maar daarover meer in ons volgend VESTA nummer.
Geraadpleegde literatuur betreffende buitenaards leven.
Wat betreft de exoplaneten, daarvan is het meeste geput uit ruim 100 (!) artikelen, verschenen in
het Informatieblad (Uitgave Stichting 'De Koepel').
De informatie betreffende telescopen, satellieten en onderzoeksprogramma's verschenen vooral
in artikelen in de NRC, meestal van de hand van George Beekman.
Tijdschrift 'Wetenschap, Natuur & Techniek' besteedde aandacht aan het buitenaards leven.
Jaap Kuyt, juli 2008.
9