24 planeten zijn superbewoonbaar: beter dan de aarde

We zijn trots op ons vloeibare water, onze zuurstofrijke atmosfeer en de perfecte locatie ten opzichte van onze ster, maar nu heeft een onderzoeksteam het doorgerekend en vastgesteld dat de aarde lang niet de beste plek in het heelal is voor leven.

We zijn trots op ons vloeibare water, onze zuurstofrijke atmosfeer en de perfecte locatie ten opzichte van onze ster, maar nu heeft een onderzoeksteam het doorgerekend en vastgesteld dat de aarde lang niet de beste plek in het heelal is voor leven.

Shutterstock

Een voor een wurmen de astronauten zich verbluft uit het landingsvaartuig.

Waar de groep kosmische kolonisten ook kijkt, het oppervlak wordt bedekt door een jungle van buitenaardse planten in blauwe tinten die gretig het oranje licht van de plaatselijke zon absorberen.

Elke stap is inspannend. Al zijn de astronauten maanden geleden ontwaakt uit hun honderdjarige sluimer, hun spieren zijn nog niet volledig hersteld.

Het helpt ook niet dat het sterkere zwaartekrachtveld van de exoplaneet ervoor zorgt dat zelfs de lichtste astronauten meer dan 100 kilo wegen – maar daar ontkomen ze niet aan als ze dit schitterende scenario willen ondergaan.

Superbeboelige planeter er større end Jorden. Det giver planeterne en stærkere tyngdekraft og dermed en tykkere atmosfære, som tillader mange og større dyr at leve i luften.

© Netflix

Overal kruipen, klimmen en vliegen mysterieuze wezens in alle soorten en maten rond. Zelfs onnatuurlijk grote wezens zweven hoog boven de paarse boomtoppen voorbij.

De wetenschappers die de bestemming van de eerste interstellaire expeditie van de mens kozen, hadden gelijk. Er zijn planeten die veel geschikter zijn voor leven dan de aarde, en dit is er zeker een van.

Superplaneten wemelen van het leven

De aarde is de enige plek in het heelal waarvan we zeker weten dat er leven is. Alleen al in het Amazonegebied leven zeker 3 miljoen soorten. Toch vroegen astrobiologen René Heller en John Armstrong zich in 2013 af wat het leven zou kiezen als het het voor het zeggen had.

Zou de aarde diverser zijn als de borrelende biologische pot niet alleen kookte in de regenwouden van Zuid-Amerika, maar overal op aarde?

Het gedachte-experiment mondde uit in een baanbrekend theoretisch artikel, waarin de aarde werd doorgelicht en alle interessante parameters werden geoptimaliseerd.

In 2020 bracht hoogleraar astronomie Dirk Schulze-Makuch van de TU Berlijn de kwestie aan de orde. Samen met collega René Heller en astronoom Edward F. Guinan bracht hij de ontwikkeling van verre planeten onder in een model en paste hij allerlei parameters aan, zoals het type ster, de grootte van de planeet en de klimatologische omstandigheden.

Op basis van de modellen wees het team 24 mogelijke superbewoonbare planeten aan, die ze bij astronomen onder de aandacht brachten.

Onze kennis over planeten blijft beperkt. Zelfs de buurster van de zon, Proxima Centauri, is 40.208.000.000.000.000 kilometer ver weg, of circa 268.770 keer de afstand aarde-zon. Dat maakt het onmogelijk de planeten rechtstreeks te observeren.

De grootte van de planeten kunnen wetenschappers echter vrij nauwkeurig meten, en wat de 24 planeten gemeen hebben, is dat ze alle groter zijn dan de aarde. Hoe groter een planeet is, hoe groter het oppervlak en hoe krachtiger de zwaartekracht, wat het leven meer voordelen geeft.

Planeten kunnen compleet verschillen van de aarde, maar toch betere omstandigheden voor het ontstaan ​​en de evolutie van leven bieden. Astrobiologen René Heller en John Armstrong

Ten eerste zal dit leven een groter gebied hebben om zich over te verspreiden en zich naar alle kanten kunnen ontwikkelen. Ten tweede houdt een planeet met een sterker zwaartekrachtveld meer van zijn atmosfeer vast. De luchtdruk zal dan veel hoger zijn dan die op aarde, waardoor het draagvermogen toeneemt, zodat grotere en zwaardere wezens in de lucht kunnen blijven.

De ster is de ster

Wanneer wetenschappers naar levende planeten zoeken, kijken ze eerst naar de ster. De lokale zon is beslissend voor de levenskansen.

Gewoonlijk worden verre planeten ontdekt doordat ze de lichtsterkte van hun ster dempen als ze voorlangs trekken, gezien vanaf de aarde. Maar een nieuwe op zwaartekracht gebaseerde techniek, de radiale snelheidsmethode, kan ook andere planeten vinden.

© Lasse Lund-Andersen

De ster slingert

De radiale snelheidsmethode kijkt naar de minuscule draaibeweging waaraan een ster wordt blootgesteld wanneer een planeet er omheen draait. Die beweging beïnvloedt de golflengten van het licht van de ster.

© Lasse Lund-Andersen

Wegtrekkende ster is rood

Als de ster in de kleine draaibeweging van de aarde weg beweegt, worden de golflengten van het licht uitgerekt. Door de langere golflengten wordt het licht van de ster roder.

© Lasse Lund-Andersen

Naderende ster is blauw

Als de ster in de kleine draaibeweging naar de aarde toe beweegt, worden de golflengten in het licht gecomprimeerd. Door de kortere golflengten wordt het licht van de ster blauwer.

Wil een planeet superbewoonbaar zijn, dan moet hij zich op de optimale afstand van zijn ster bevinden, dus ongeveer in het midden van de zogeheten bewoonbare zone. Die wordt bepaald door een maximale en een minimale omloopafstand.

De maximale afstand is waar de atmosfeer zo koud wordt dat het broeikasgas kooldioxide sneeuw vormt en de planeet eindigt als een bevroren ijsklomp in een eeuwigdurende ijstijd. De minimale afstand is waar het broeikaseffect op hol slaat, zodat waterstof en dus water vervliegt naar de ruimte.

In beide scenario’s verliest de planeet zijn vloeibare water, dat volgens astrobiologen centraal staat voor leven. In dit opzicht is de positie van de aarde verre van optimaal, aangezien deze zich zeer dicht bij de binnengrens bevindt ten opzichte van de zon.

Was de diameter van de aardbaan slechts 1 procent kleiner, dan was onze planeet mogelijk geëindigd als Venus, waar het broeikaseffect inderdaad op hol is geslagen.

© Ken Ikeda Madsen

Naast de afstand is de ster zelf verre van optimaal in het geval van de aarde. De zon is een dwergster van het G-type en wetenschappers schatten dat hij niet zo lang zal bestaan dat de planeten eromheen kunnen uitgroeien tot superbewoonbare planeten.

Vanaf het moment waarop een G-ster ontstaat in een kosmische gaswolk totdat hij instort en de binnenste planeten verzwelgt, zit slechts 10 miljard jaar. En slechts de helft van de tijd ondersteunt de ster geavanceerd, meercellig leven op het land.

De zon heeft bijvoorbeeld nog maar 5 miljard jaar voor de boeg, maar door de steeds grotere straling zal de aarde waarschijnlijk al over 1 miljard jaar onbewoonbaar zijn.

Straling roostert het DNA

De 5 of 6 miljard jaar dat het leven uiteindelijk op aarde heeft kunnen evolueren, lijkt misschien veel, maar in de meeste gevallen zal het nauwelijks genoeg tijd zijn. Dit benadrukten de twee natuurkundigen Robert A. Rohde en Richard A. Muller in 2005 in het tijdschrift Nature.

Rohde en Muller verzamelden alle beschikbare paleontologische gegevens om het aantal dierengeslachten op de planeet tijdens de geologische tijdperken te bepalen. En hun conclusie was duidelijk.

Sinds de opkomst van complex, meercellig leven circa 700 miljoen jaar geleden, is de biodiversiteit geëxplodeerd, alleen onderbroken door korte perioden van massasterfte. In feite is de biodiversiteit nu twee keer zo hoog als aan het einde van het krijt 66 miljoen jaar geleden, toen een meteoriet de dinosauriërs wegvaagde.

Ecosystemen blijven zich dus ontwikkelen en zullen dat waarschijnlijk de komende miljoenen jaren blijven doen. En hoe langer de ster schijnt, hoe meer het leven zich zal ontwikkelen.

Maar de kritiek op de zon – of liever de gele dwerg als stertype – houdt niet op bij de korte levensduur. Gele dwergen zenden in hun vroege fase ook te veel röntgenstraling en harde ultraviolette straling uit. Beide maken het het leven moeilijk om zich te vestigen, omdat de zeer energierijke straling complexe moleculen zoals DNA vernietigt.

De straling kan deels verklaren waarom meercellig leven zich pas begon te ontwikkelen toen de aarde 3,7 miljard jaar oud was.

Lang leve de ster

Al bestaat de aarde al 4,2 miljard jaar, het gevorderde kosmische leven moet zo te zien nog voet aan de grond krijgen. Daarom denken de astronomen dat een superbewoonbare planeet in een baan om een ster moet cirkelen met een lange levensduur en een brede bewoonbare zone.

Om de optimale ster te vinden, strepen Dirk Schulze-Makuch en zijn collega’s ook de soorten dwergsterren weg die iets groter zijn dan de zon: type B, A en F. En ook de kleinere M-dwergsterren, rode dwergen geheten, vliegen eruit.

Hier is de bewoonbare zone zo dicht bij de ster dat een planeet veel meer zonnewind te verduren zou krijgen dan de aarde, en de schadelijke deeltjes daarvan zouden op de lange termijn de atmosfeer kunnen beschadigen of tenietdoen.

Wat we overhouden zijn sterren van het K-type, oranje dwergen genaamd, met een massa van 0,5 tot 0,8 keer die van de zon. Net als in het verhaal van Goudlokje zijn oranje dwergen precies zoals ze zouden moeten zijn: stabiel, met weinig problematische energieontladingen en een levensduur tot wel 45 miljard jaar.

Een van de naaste buursterren van de zon, Alfa Centauri, is juist zo’n oranje dwerg, en het stertype komt zelfs drie keer zo vaak voor in ons deel van de Melkweg als gele dwergsterren, zoals de zon.

24 aspiranten dagen de aarde uit

De eis aan de ster was het eerste wat de wetenschappers op basis van hun modellen hadden opgesteld. De volgende stap was om de ruim 4600 exoplaneten na te gaan die de afgelopen 30 jaar zijn ontdekt.

Van sommige planeten zijn de geschatte massa, grootte, samenstelling en afstand tot hun ster bepaald. Voor andere is de meest gedetailleerde informatie simpelweg dat ‘ze waarschijnlijk bestaan’.

Op basis van die informatie werden 24 exoplaneten geselecteerd voor verder onderzoek. Het belangrijkste criterium voor het team was dat de planeten zich in de bewoonbare zone rond een oranje dwergster bevonden.

© Shutterstock

3 planeten zijn heel interessant

Drie van de 24 planeten die door Schulze-Makuch en zijn twee collega’s zijn geselecteerd, voldoen aan bijna alle criteria voor een superbewoonbare planeet.

Daarna keken ze naar de grootte van de planeten. Volgens Schulze-Makuch is een superbewoonbare planeet circa 10 procent groter en daarmee 50 procent zwaarder dan de aarde, en de zwaartekracht moet er 25 procent sterker zijn.

Temperatuur is een andere belangrijke parameter, die voor een flink aantal planeten is bepaald. Hierbij selecteerde het team planeten met een gemiddelde temperatuur van 5 °C hoger dan de aarde, zodat het leven zich over de hele wereld kan ontplooien.

Voor de beste levensomstandigheden moet de atmosfeer 30 procent zuurstof bevatten en niet 21 procent, zoals de aarde nu. Bovendien moeten land en zee zodanig zijn verdeeld dat de planeet veel ondiepe kustgebieden heeft waar de biodiversiteit hoog kan worden, en slechts een paar woestijnen.

Maar met de huidige technologie kunnen astronomen niets zeggen over de atmosfeer van de superplaneten of de bodem.

Bij gebrek aan gegevens kunnen wetenschappers wel verder theoretiseren en wijzen op nog meer aspecten die een planeet superbewoonbaar maken, zoals een sterk magnetisch veld.

Platentektoniek is beslissend voor een hoge mate van bewoonbaarheid. Schulze-Makuch, Heller en Guinan, Astrobiology, 2020

Het aardmagnetisch veld wordt gecreëerd door een ijzerhoudende kern, die ontstond doordat de planeet tijdens het ontstaan heet en vloeibaar genoeg was om de elementen te scheiden in een ijzerrijke kern en een silicaatrijke mantel en korst. Een superbewoonbare planeet zal onder vergelijkbare omstandigheden moeten zijn gevormd.

De indeling in lagen draagt ook bij aan misschien wel de belangrijkste parameter voor een superbewoonbare planeet: platentektoniek. Voordat een planeet tot leven kan komen, moet de aardkorst constant verrijzen en vergaan.

De aarde is nog steeds uniek

Op aarde bewegen de platen op de stroperige mantel tussen de korst en de kern. Door het schuiven van de aardplaten ontstaan de grootste diepten van de zee, de hoogste bergen en alles daartussenin.

Door de platentektoniek zijn er duizenden unieke habitats, elk met hun eigen temperatuur, vochtigheid en bodem, zodat het leven zich in talloze richtingen kan ontwikkelen.

Bovendien is platentektoniek de motor van de zogeheten koolstofkringloop, waarbij koolstofhoudende mineralen in de mantel zakken en weer omhoog komen door vulkanische activiteit. Deze kringloop brengt het gehalte aan kooldioxide in de atmosfeer en daarmee het klimaat gedurende miljoenen jaren in balans. Zonder deze ingebouwde thermostaat kan een planeet niet superbewoonbaar zijn.

Een groot aantal ruimtetelescopen staat op het punt de 24 potentieel superbewoonbare planeten te verkennen. In de jaren 2030 zal het zelfs mogelijk zijn om aardeachtige exoplaneten rechtstreeks te observeren en in te zoomen op de bodem.

© Shutterstock

Gigant speurt naar water

De ruimtetelescoop James Webb wordt gelanceerd in 2021 en zijn spiegel van 6,5 meter doorsnee kan warmtestraling van planeten opvangen. Analyses van licht dat door de atmosfeer van de planeten valt, kunnen uitwijzen of ze water bevatten.

©

Onderdeurtje kijkt uit naar nieuwe aarde

De PLATO, die in 2026 wordt gelanceerd, zal bestaan uit 34 kleine telescopen die een groot deel van de hemel kunnen bestuderen. Het doel is om meer dan 1000 planeten te vinden die net zo groot als of iets groter zijn dan de aarde en daarom geschikt zijn voor leven.

©

Gigantische spiegel zoekt naar levenschemie

Met een spiegel van 15 m is de resolutie van de ruimtetelescoop LUVOIR 24 keer zo goed als die van de Hubble. De LUVOIR moet planeten tot 160 lichtjaar afstand rechtstreeks observeren en zoeken naar chemische tekenen van leven. De telescoop wordt gelanceerd in de jaren 2030.

Hoewel de 24 geselecteerde planeten op papier zelfs geschikter zijn voor leven dan de aarde, kunnen ze morsdood blijken te zijn. Dit komt vooral doordat biologen nog niet precies weten onder welke omstandigheden leven kan ontstaan.

Als astronomen de planeten superbewoonbaar noemen, bedoelen ze dat het leven er optimaal zal gedijen áls het er is, maar niet dat het leven zich daar zeker heeft ontwikkeld.

De 24 planeten zijn ook slechts de eerste en voorlopige kandidaten. De komende jaren verwachten astronomen dat gegevens van een hele reeks nieuwe telescopen over zowel bekende als nieuwe exoplaneten zullen binnenstromen.

Daarmee wordt de lijst met superbewoonbare planeten dus niet alleen langer, maar ook veel gedetailleerder. Wetenschappers benadrukken echter één ding: de superbewoonbare planeten zijn misschien geschikter voor leven, maar nooit voor het leven zoals wij dat kennen. De aarde zal dus altijd uniek zijn.