Artist’s impression van de Darwin-missie, ruimteschepen uitgerust met infraroodtelescopen.
FOTO: ESA
Gezocht: onze tweelingbroer
De volgende stap in de zoektocht naar planeten buiten ons zonnestelsel: een aarde-achtige planeet met een aarde-achtige atmosfeer. Een vlootje van ruimteschepen met telescopen moet die op gaan sporen.
DOOR BART BRAUN ‘Een van de grootste stappen die we als mensheid kunnen maken, is het vinden van planeten als de aarde. Het idee dat er in de buurt planeten liggen waarop leven zou moeten zijn, heeft grote mentale en filosofische implicaties’, vertelt professor Huub Röttgering van de Leidse Sterrewacht. ‘We zijn dan niet meer alleen.’
De mensheid zoekt dan ook heel hard naar zulke planeten. Het vinden van planeten buiten ons zonnestelsel krijgen we aardig in de vingers. De eerste zogeheten exoplaneet werd pas in 1995 gespot, maar inmiddels staat de teller op 455 stuks.
De meeste van die exoplaneten zijn vooral leuk voor sterrenkundigen. Enorme bollen gas die dicht bij hun ster staan, zodat ze lekker makkelijk zijn op te sporen. Niet het soort planeten waarop je leven verwacht, en al helemaal geen life as we know it. Dat moet zitten op een planeet die van rotsen is gemaakt, die net als de aarde relatief dicht bij zijn ster zit, en die een atmosfeer heeft.
Om zo’n planeet te vinden, kwam de Europese ruimtevaartorganisatie ESA al in de jaren negentig met een ambitieus plan: Darwin. Het Amerikaanse NASA had een vergelijkbaar idee, en noemde het de Terrestial Planet Finder. Het idee is hetzelfde: je lanceert een vlootje van drie of vier ruimteschepen die elk zijn uitgerust met een krachtige infrarood-telescoop. Je bekijkt honderden sterren. Als er een geschikte planeet bij zit, breng je de atmosfeer in kaart.
De reden dat je in infrarood kijkt, is dat sterren veel minder straling uitzenden dan in het optisch, terwijl planeten juist wat meer licht geven. Planeten zijn daardoor makkelijker te detecteren. Bij normaal licht is het alsof je een gloeivliegje rond een bouwlamp laat zweven: die wordt domweg overstraald. In het infrarood gebeurt dat ook, maar wel minder.
De andere reden dat je met infrarood wil kijken is dat je daarmee iets kunt zeggen over de atmosfeer van de planeet. Met een klein gedeelte van het spectrum kun je al zeggen of er waterdamp, koolstofdioxide en ozon aanwezig is. Ozon (O3) is nauw verwant aan zuurstof (O2), en geeft aan dat er waarschijnlijk ook zuurstof in de atmosfeer zal zitten. ‘Die drie vind je alleen in een atmosfeer met leven’, aldus Röttgering. Op aarde vinden we deze samenstelling omdat alle levende wezens moeten ademen. Tover al het leven weg, en na vier miljoen jaar – in sterrenkundige termen een oogwenk – is alle zuurstof op; weggereageerd met de bodem.
Waarom vier kleine telescopen in plaats van één grote van een paar honderd meter? Omdat je die grote domweg niet gelanceerd zou krijgen. Sterrenkundigen hebben ook op aarde last van het feit dat je telescopen niet oneindig groot kunt maken, en hebben daar een truc voor verzonnen die interferometrie heet. Je neemt allemaal losse telescopen. Als je die héél nauwkeurig op elkaar afstelt, kan je de golven die elke telescoop meet – licht, radio, infrarood, afhankelijk van je telescoop – bij elkaar optellen. Dat is wat Röttgering een groot deel van zijn tijd doet, bijvoorbeeld voor de LOFAR-telescopen waarvoor er 36 antennevelden in Nederland en 8 in landen in Europa gebouwd worden. Je kan golven echter ook zo bij elkaar optellen dat ze elkaar uitdoven. Nulling interferometry, heet het dan. Dat is een precisieklusje: de ruimtevliegtuigjes moeten honderden meters uit elkaar liggen, maar die afstand moet wel tot op de miljoenste meter nauwkeurig zijn. ‘Bij het Jet Propulsion Laboratory van NASA lukt het inmiddels al om zulke nauwkeurigheid te halen op de grond’, vertelt Röttgering. ‘Of het ook in de ruimte kan, moet nog bestudeerd worden.’
Nauwkeurigheid is nooit goedkoop. Zo’n vloot exoplaneetjagers kost naar schatting anderhalf tot twee miljard. Röttgering: ‘Op het moment zit Darwin even in de ijskast, maar het blijft de logische volgende stap in het zoeken naar exoplaneten. Nu zijn er alleen af en toe kleine studies.’ Daar werkt de hoogleraar aan mee: onlangs schreef hij mee aan een themanummer van het vakblad Astrobiology over de planetenjacht.
Het onderzoek richt zich vooral op planeten in de zogeheten habitable zone: het gebiedje in een zonnestelsel waarin planeten genoeg warmte van hun ster opvangen om vloeibaar water te hebben, maar niet zoveel dat al het water wegkookt. Dat ligt voor de hand, maar het is ook wat onbevredigend. Als buitenaards leven anders werkt, exotischer is dan het leven op aarde, zul je het met deze methode waarschijnlijk niet vinden.
Biologen hopen ooit in ons eigen zonnestelsel leven te vinden in de zeeën van Europa en Ganymedes, twee manen van Jupiter. Die liggen allebei buiten de habitable zone, maar hebben vermoedelijk toch vloeibaar water omdat ze net als de aarde een hete kern van gesmolten ijzer hebben.
Röttgering kent de kritiek. ‘Je kunt het daar eindeloos over hebben of speculeren over exotisch leven op basis van silicium in plaats van koolstof. Het grootste probleem is dat niemand weet hoe je dat soort dingen met een telescoop moet aantonen. Het doel van dit onderzoek is helder: zoeken naar een tweeling-aarde. Zoeken naar andere vormen van leven is gewoon lastig.’
Als er ooit echt een aarde-achtige planeet met een aarde-achtige atmosfeer wordt gevonden, heeft hij zijn plan al klaar. ‘Met dezelfde technieken als het Darwin-project kun je in theorie ook beelden van die planeet maken, als je een grote vloot van ruimteschepen lanceert. Daarmee kan je continenten, ijskappen en oceanen zien, als ze er zijn. Dat levert een schat aan informatie op.’
