Het is het jaar 2100. Vier astronauten zetten in het schemerdonker voet op de stenige grond van een wonderlijke wereld. In de verte doemt een landschap van grillige rotsen op, het enige geluid is het geruis van de zee en boven het viertal gloeit een gigantische rode bol.
Na een zeven jaar durende reis zijn de eerste astronauten aangekomen op de planeet Proxima b.
Het bijzondere van Proxima b is dat hij een rotsplaneet is die om zijn ster draait in de zogeheten bewoonbare zone, waar potentieel water en leven is.
Toen Proxima b in 2016 werd ontdekt met behulp van het La Silla-observatorium in Chili stonden astronomen wereldwijd te juichen.
Bovendien draait de planeet rond de buurster van de zon, de dwergster Proxima Centauri, die zich op een afstand van slechts 4,25 lichtjaar bevindt.
Al komt dat neer op 271.000 keer de afstand van de aarde tot de zon, in kosmische termen is het zo dichtbij dat het niet eens een gek idee is om naar de planeet af te reizen. En voordat baby’s van nu bejaard zijn, kan dat idee zelfs werkelijkheid worden.
Proxima b is gevonden met de telescoop La Silla in Chili.
In 2093: Astronauten zeven jaar onderweg
Als de vier astronauten bepakt en bezakt aan boord gaan van de ruimtecapsule, verheugen ze zich enorm op wat komen gaat. De twee vrouwen en twee mannen vertrekken als eersten naar een ander zonnestelsel.
Zodra het ruimteschip het aardse gravitatieveld verlaat, moet het viertal de grote, opblaasbare modules met sportfaciliteiten, verblijfsruimte en moestuin in elkaar zetten.
De capsule zit bomvol met gevriesdroogd voedsel en water, maar dat is nog lang niet genoeg om de bemanning zeven jaar in leven te houden. Daarom moeten de ruimtepioniers ook zelf aan voedsel en water zien te komen.
In de tuin gaan ze in rekken gewassen kweken met kunstlicht en met hun eigen uitwerpselen als mest. Urine wordt hergebruikt als drinkwater.
Slingerende ster duidt op planeet
Het licht van Proxima b (blauwe bol) is zo zwak dat telescopen hem onmogelijk kunnen zien, maar de planeet brengt zijn ster (gele bol) aan het wankelen. De kleine schommelingen in de lichtgolven (stippellijn) van Proxima Centauri werden al in 2013 door de Finse astronoom Mikko Tuomi ontdekt, maar om zeker van zijn zaak te zijn, observeerde hij de ster in 2016 twee maanden lang vanuit het La Silla-observatorium in Chili.
Een groot deel van de dag is gevuld met trainingen en het verzorgen van de gewassen. Maar de tocht naar Proxima b is lang en al snelt de nieuwe antimaterieraket door het zonnestelsel met een duizelingwekkende 180.000 km/s, het leven wordt onherroepelijk een sleur en het samenzijn valt de astronauten steeds zwaarder.
Als ze hun doel naderen, is de verveling – ondanks hun dagelijkse taken en een elektronische bibliotheek met boeken, films en games – niet meer uit te houden.
Heden: NASA werkt aan antimaterieraket
Of de astronauten echt naar Proxima b kunnen, hangt af van de vraag of onderzoekers een antimaterieraket zullen weten te bouwen. Maar als dat lukt, dan kan een vaartuig in zeven jaar bij de planeet zijn.
Antimaterieraketten zijn nog sciencefiction, maar het concept is zo realistisch dat de ingenieurs van het Institute for Advanced Concepts van NASA er al over nadenken.
Sneller met antimaterieraketten
Met slechts een paar gram antimaterie kan een raket Proxima b bereiken, en de reistijd wordt verkort tot zeven jaar. Zo werkt de raketmotor in theorie:
1. Tank levert antimaterie
Uit de brandstoftank worden positronen bij beetjes tegelijk de motor van de raket in gestuurd.
2. Waterstof wordt verhit
Waterstof loopt naar de motor vanuit een tank via een parallelle buis en wordt daar verhit.
3. Botsing creëert straling
In de motor botsen de positronen op het waterstof. De twee vernietigen elkaar, waarbij gammastraling vrijkomt.
4. Gammastraling verhit gas
De straling verhit de rest van het waterstofgas, dat dan sterk uitzet, en atomen schieten de straalpijp uit.
Antimaterie is de ultieme raketbrandstof, want deze weegt niet veel en kost dus niet veel energie om te vervoeren. Een paar gram is al genoeg om naar Proxima b heen en weer te gaan.
Komen antimaterie en materie met elkaar in contact, dan worden ze vernietigd en omgezet in zeer energierijke gammastraling. Die kan een stuwmiddel verhitten, zoals waterstof, dat dan een straalpijp uit schiet en de raket keihard voortstuwt.
Maar eerst moeten de onderzoekers antimaterie zien te produceren en volkomen geïsoleerd opslaan in een magnetisch vacuüm, zodat deze alleen bij het afvuren in de motor in contact komt met gewone materie.
In 2100: Straling bedreigt de pioniers
Als de vier pioniers na een geslaagde landing eindelijk op Proxima b staan, zijn ze uitgelaten. De zeven jaren van gewichtloosheid hebben diepe sporen nagelaten, ondanks goede trainingsmethoden om de lichamelijke verzwakking tegen te gaan.
Zonder hun hulpmiddelen zouden de astronauten op aarde al geen stap kunnen zetten, laat staan op Proxima b, waar de zwaartekracht zeker 30 keer zo krachtig is. Maar toch springen ze rond, want hun ruimtepakken zijn voorzien van exoskeletten die hun bewegingen ondersteunen.
De rode dwerg Proxima Centauri laat de rotsplaneet Proxima b baden in een roodachtige gloed. In de verte is de dubbelster Alfa Centauri A en B zichtbaar. De straling is intens.
De vreugde over de geslaagde landing is echter maar van korte duur. De dwergster zendt constant grote doses kankerverwekkende röntgenstraling uit, en van tijd tot tijd barst de ster uit.
De röntgenstraling wordt heviger, waarna het geladen deeltjes op de planeet regent. De astronauten kunnen niet lang achter elkaar buiten zijn, dus ze gaan snel naar de basis, die zichzelf in de tussenliggende maanden hopelijk heeft opgebouwd.
Zo niet, dan gaan ze een wisse dood tegemoet.
VIDEO – Kijk waarom kosmische straling dodelijk is:
Heden: Loden pakken wegen wel 50 kilo
Een ruimtepak dat geschikt is voor Proxima b bestaat nu nog niet, maar de onderzoekers zouden er de komende tientallen jaren een moeten kunnen ontwikkelen.
De beste bescherming tegen straling is een zwaar element als lood. Maar als de ruimtepakken over het hele lichaam een loden voering moeten krijgen, zoals de loden schorten op de röntenafdeling van ziekenhuizen, dan wegen ze tegen de 50 kilo.
De onderzoekers hopen daarom dat met de toekomstige nanotechnologie een licht materiaal te maken is dat straling tegenhoudt.
Als dat niet lukt, dan zijn de astronauten met al dat lood en de enorme zwaartekracht aangewezen op speciale exoskeletten, die extra kracht leveren.
Die technologie is er nu al. Zo ontwikkelden onderzoekers in Zuid-Korea exoskeletten die de werknemers van een scheepswerf ondersteunen, zodat ze 100 kilo kunnen tillen.
Exoskeletten versterken het lichaam, waardoor astronauten kunnen rondlopen op planeten met een extreme zwaartekracht, zoals Proxima b.
Gelukkig is de straling op Proxima b voor mensen niet onoverkomelijk. Als de planeet een dikke atmosfeer. heeft, zal die de schadelijke straling remmen, terwijl een krachtig magneetveld de elektrisch geladen protonen en elektronen van de dwergster kan afbuigen, net zoals het aardmagnetisch veld de zonnewind grotendeels rondom de planeet stuurt.
De dikte van de atmosfeer en de kracht van het magneetveld zullen de komende jaren met telescopen worden onderzocht en zijn dus allang bekend als er een bemande missie vertrekt.
Ruimtetelescoop onderzoekt Proxima b
NASA’s nieuwe James Webb-telescoop gaat onderzoeken welke stoffen de atmosfeer van Proxima b precies bevat. Aan de hand daarvan kan worden bepaald of de planeet leefbaar is.
Reusachtige telescoop
De hoofdspiegel van 18 kleine spiegels heeft een diameter van 6,5 meter en een oppervlak van 25 m2. De telescoop meet golflengten van het licht van de ster, dat door de atmosfeer van de planeet gaat.
Licht geeft informatie prijs
De telescoopspiegel kan wisselende golflengten opvangen van het licht van Proxima b, dat wordt gedempt door verschillende moleculen en waterdruppels in de atmosfeer van de planeet. Zo kunnen de observaties aantonen uit welke stoffen de atmosfeer bestaat en bijvoorbeeld of de planeet wordt omhuld door een wolkendek.
Haarscherpe foto’s
Door hitte kan de spiegel vervormd raken. Daarom heeft de telescoop een hitteschild, dat de temperatuur van de spiegel op -233 °C houdt.
In 2100: De basis staat klaar
In het barre landschap lijkt de basis een enorm zandkasteel. In de maanden voor de aankomst van de astronauten heeft een onbemande raket rovers en woonmodules afgezet.
De rovers hebben eerst het gat voor het fundament gegraven. Vervolgens zijn de ronde modules naar het gat gerold door lucht in en uit een aantal airbags aan de buitenkant te pompen. Toen is de hele basis automatisch opgeblazen en hebben de robots hem bedekt met een dikke laag grond, die de pioniers moet beschermen tegen de dodelijke straling van de dwergster.
Op Proxima b is er 400 keer zo veel röntgenstraling als op aarde.
Vol spanning lopen de astronauten door de plastic deur. Het uur der waarheid is aangebroken. Ze kijken meteen de woonruimte, tuin, werkplaats en het lab na. Alles werkt!
Opgelucht bereiden ze een welverdiend feestmaal van gevriesdroogd voedsel uit de voorraad die ook van tevoren is afgezet. Tot slot drinken ze iets wat ze zeven jaar niet hebben gehad: een kop oploskoffie.
Heden: We proberen voedsel te produceren in de ruimte
Voordat we een basis op Proxima b beginnen moeten we in staat zijn om routinematig bases op Mars te bouwen en beheren.
De ruimtevaartorganisaties NASA en ESA plus universiteiten en bedrijven werken momenteel aan de benodigde technologie om water, voedsel en energie op de rode planeet te produceren.
Bij ESA werken wetenschappers aan een systeem waarbij planten en bacteriën de astronauten zuurstof, voedsel en stroom leveren. Het systeem is opgebouwd rond een kas waarin planten en bacteriën kooldioxide omzetten in koolstof, dat gebruikt wordt voor zuurstof en voedingsmiddelen. Zuurstof is in te ademen en gaat een verbinding aan tot water.
VIDEO – Kijk hoe astronauten op het ISS de eerste zelfgekweekte ruimtesla eten:
Als de kolonisten gegeten en gedronken hebben, zetten bacteriën hun urine en ontlasting om in vetzuren, mineralen en ammonium en dan in CO2 en mest, die terug de kas in gaat.
De rest van het afval gaat naar een centrale waar microbiële brandstofcellen stroom opwekken. Zo gaat er niets verloren.
Al lang voor de eerste bemande missie cirkelen er waarschijnlijk kleine chipsatellieten rond Proxima b, die de onbemande landingen kunnen fotograferen en in de gaten houden of het lukt met het bouwen van de basis.
De onderzoekers willen in 2030 micro- of chipsatellieten naar Proxima b sturen, ter grootte van een mobiele telefoon en uitgerust met een zonnezeil van enkele vierkante meters. Hoewel de satellieten ons zonnestelsel met 60.000 km/h verlaten, doen ze er 20 jaar over om de planeet te bereiken.
In 2100: Eerste uitstapje naar de kust
Het is ochtend in schemerland. De ster lijkt enorm als hij opkomt boven de horizon en de rotsen kleurt in bleekrode en oranje tinten. Het is een droge, windstille dag, al is het wel wat bewolkt.
Twee astronauten stappen in de rover terwijl de andere op de basis blijven, waar ze constant radiocontact houden met hun collega’s.
Direct contact met de aarde is onmogelijk, want het duurt ruim vier jaar om berichten met de lichtsnelheid naar huis te sturen en meer dan acht jaar voor er antwoord komt.
Het eerste uitstapje gaat naar de kust op nog geen halve kilometer afstand. Al kan het rupsbandvoertuig goed uit de voeten op het hobbelige terrein, de tocht duurt uren.
In 2024 zullen de onderzoekers met de E-ELT-telescoop in Chili de contouren van de oceanen en de kusten van Proxima b kunnen zien – als er tenminste water is.
Maar als ze er eenmaal zijn, staren de twee ademloos naar de eindeloze zee, terwijl de golven op de rotskust breken. Dan brengen ze hun flesjes naar het water om er monsters van te nemen.
Als de doodvermoeide astronauten weer thuis zijn, is het pikdonker. Alleen de sterren geven licht.
In het lab onderzoeken ze de watermonsters en de analyses geven uitsluitsel over de grote vraag: ja, het water bevat leven! En niet alleen bacteriën, maar ook plankton en diertjes. Geboeid kijken de astronauten door de microscoop.
In 2107: Astronauten keren ziek naar huis terug
Twee maanden nadat de vier astronauten als eerste een vreemd zonnestelsel zijn ingegaan, verlaten ze de basis weer en werpen ze een laatste blik op de hemel.
De twee buursterren Alpha Centauri A en B lijken wel twee schotels die sterker stralen dan alle andere sterren in de onmetelijke ruimte.
De sterren zijn van hetzelfde type als de zon en kunnen planeten in de bewoonbare zone bevatten. De levensomstandigheden daar zouden dan meer op die van de aarde lijken dan op die van Proxima b.
Proxima Centauri (rode cirkel) is een kleine rode dwerg, die weinig licht geeft en die draait om de twee grotere sterren Alfa Centauri A (links) en Alfa Centauri B (rechts).
Terwijl de astronauten nog eens naar de lucht kijken, hopen ze dat hun basis een opstapje wordt voor mensvriendelijker planeten in het Centauristelsel.
De terugtocht duurt weer zeven jaar en bij de landing zijn de astronauten zo verzwakt door de vele jaren van gewichtloosheid dat ze nooit meer zullen kunnen lopen zonder exoskelet. Het risico op kanker als gevolg van de straling tijdens hun verblijf in de capsule en op Proxima b is groot.
Maar de pioniers gaan de geschiedenis in als de grootste ontdekkingsreizigers ooit: de eersten die op een planeet buiten het zonnestelsel waren en het pad hebben geëffend voor de kolonisatie van de ruimte.