Claus Lunau/ZARM/Universität Bremen/Lynette Cook & Gemini Observatory/AURA/Adler Planetarium

Planeten ontstaan in Duitsland

Het is bekend dat de aarde miljarden jaren geleden begon als een wolk van deeltjes, maar hoe die samenklonterden wisten we nog niet. Nu hebben wetenschappers het antwoord gevonden door in Duitsland hun eigen ‘babyplaneten’ te maken.

We bevinden ons in het koude, donkere universum. Een stofdeeltje botst tegen een ander. Ze klonteren samen. Dan komt er nog een bij.

En als dit miljarden keren gebeurt, ontstaat er een ‘babyplaneet’. Die botst nu met andere jonkies en wordt groter.

Zo ontstond de aarde. Volgens de theorie zijn alle planeten begonnen als dichte wolken van stof en gas, de restproducten van sterren.

Deze theorie heeft echter één manco: als wetenschappers dit verloop in een laboratorium proberen te herhalen, stoten de deeltjes elkaar af.

Maar daar brengt een 146 meter hoge toren in Bremen nu verandering in. Hier hebben wetenschappers ervoor gezorgd dat bolletjes van glas als een soort microplaneten naar elkaar toe zweven, wat een theoretische doorbraak is. Het experiment bevestigt de theorie over het ontstaan van planeten.

De resultaten kunnen zelfs helpen bij de zoektocht naar leven in andere zonnestelsels.

Wetenschappers maken kleine planeten

Planeten ontstaan uit gigantische wolken minuscule deeltjes die samenklonteren en groter worden. Nu hebben wetenschappers dezelfde omstandigheden nagebootst in de Fallturm Bremen, waar glazen bolletjes in gewichtloze toestand samenklonteren.

Claus Lunau

Glazen bolletjes krijgen lading

Duizenden glasbolletjes met een doorsnede van 0,4 mm worden in een ruimte geplaatst die tien minuten lang geschud wordt, zodat ze tegen elkaar botsen. De bolletjes wisselen elektronen uit, waardoor een deel een positieve, en een ander deel een negatieve lading krijgt.

Claus Lunau

Katapult schiet bolletjes 120 meter omhoog

Met hulp van perslucht wordt een capsule met glazen bolletjes met 168 km/h gelanceerd. De bolletjes belanden in een grotere ruimte waar ze 180 keer per seconde gefotografeerd worden. De hele capsule is 9,3 seconden in vrije val en dus gewichtloos.

Claus Lunau

Bolletjes klonteren samen als planeten

Vanwege hun elektrische lading gedragen de bolletjes zich als magneten. In de gewichtloze ruimte klonteren ze samen in groepen van soms wel 1000 bolletjes. En dat is groot genoeg om zwaartekracht te creëren en andere bolletjes aan te trekken.

Claus Lunau

Planeten ontstaan uit stofwolken

Het ontstaan van planeten is al honderden jaren een raadsel. In 1664 kwam de filosoof en wiskundige René Descartes met zijn theorie: het heelal was ooit gevuld met een wirwar aan deeltjes die zich samenvoegden tot de zon, aarde en de rest van het zonnestelsel.

En dat idee leeft nog steeds. In de loop der jaren zijn theorieën verworpen, verbeterd en vervangen, maar op dit moment overheerst de groeitheorie.

Deze theorie stelt dat sterren ontstaan uit botsende stof- en gasdeeltjes in de wolken rond nieuwe sterren.

Deze groepen van deeltjes worden steeds groter en vormen uiteindelijk een kern met een grootte die afhankelijk is van de afstand tot de ster. Hoe dichter de planeet bij de ster staat, hoe kleiner hij wordt – net als in ons zonnestelsel.

Deense wetenschappers hebben aangetoond dat de aarde is ontstaan uit stofdeeltjes die 5 miljoen jaar lang zijn samengeklonterd, veel sneller dan ze dachten.

© StarPlan/Globe Institute/University of Copenhagen

Deze simpele uitleg kan het ontstaan van planeten verklaren. Als de stofdeeltjes kleiner zijn dan 1 millimeter, klonteren ze samen door een fenomeen dat adhesie heet: door de lading van verschillende moleculen ontstaat er aantrekkingskracht tussen materialen.

Adhesie is bijvoorbeeld de kracht die zorgt voor de stofnesten in de hoek van je huis of onder je bed.

Als de klonten groot genoeg zijn geworden – meestal een doorsnede van een paar kilometer – trekken ze vanwege hun zwaartekracht naar elkaar toe, waardoor ze snel groeien.

Maar deze groeitheorie heeft één nadeel. Uit onderzoek en simulaties blijkt dat de klonten van deeltjes elkaar afstoten zodra ze een doorsnede van 1 millimeter bereiken.

Om dit op te lossen hebben wetenschappers van de Duitse Universität Duisburg-Essen een nieuwe hypothese getest: statische elektriciteit kan ervoor zorgen dat de stofdeeltjes als minuscule magneetjes bij elkaar blijven zitten en elkaar niet afstoten.

Onderzoek naar gewichtloze deeltjes

Voor onderzoek naar dingen in gewichtloze toestand kunnen wetenschappers ze naar ISS sturen, vliegtuigen gebruiken die in een boog vliegen, of hun experimenten onderdompelen in de watertanks die gebruikt worden om astronauten te trainen.

Ruimtestation is gewichtloos

Het ruimtestation ISS bevindt zich in een vrije val rond de aarde.

Vliegtuigen creëren vrije val

Vliegtuigen kunnen een vrije val simuleren door in een gebogen baan omhoog en omlaag te vliegen.

Watertanks maken gewichtloos

In een watertank heffen de zwaartekracht en opwaartse kracht elkaar op.

Glazen bolletjes in toren geschoten

Als je met een ballon langs het plafond wrijft, springen er elektronen over. Hierdoor krijgt de ballon een positieve lading en het plafond een negatieve.

Dit fenomeen heet statische elektriciteit en zorgt ervoor dat de ballon aan het plafond blijft hangen.

Dit principe geldt ook in een wolk van kleine deeltjes die elektronen kunnen opnemen en afstoten, waardoor ze een verschillende lading krijgen en samenklonteren als kleine magneetjes.

En hiervan maken Duitse wetenschappers nu gebruik om het ontstaan van planeten na te bootsen. Ze plaatsten glazen bolletjes met een doorsnede van 0,4 millimeter in een ruimte die tien minuten lang heen en weer werd geschud.

Dit gebeurde met behulp van een metalen spoel die om een magneet liep. Toen ze stroom door de spoel stuurden, ontstond er een magnetisch veld dat trillingen veroorzaakte.

Door deze trillingen traden er botsingen op, net als tussen de stofdeeltjes in de eerste jaren van een planeet. Bij deze botsingen ontstond statische elektriciteit. Een deel van de bolletjes kreeg een positieve lading, het andere deel een negatieve.

Perslucht schiet experiment 120 meter omhoog

In de zogenoemde Fallturm Bremen schieten wetenschappers met hulp van perslucht hun experimenten 120 meter de lucht in. Terwijl ze omhoog en omlaag gaan, zijn ze ongeveer 9,3 seconden gewichtloos – net als in de ruimte.

De wetenschappers hadden nu deeltjes met statische elektriciteit, maar om de omstandigheden rondom het ontstaan van een planeet na te bootsen ontbrak er nog één ding: de zwaartekracht moest verdwijnen.

En dat kan in de Fallturm Bremen. Deze toren is 146 meter hoog en bevat een ruimte op 120 meter hoogte die vrijwel volledig vacuüm kan worden gemaakt.

Wetenschappers bouwen hun proefopstelling in 1,6 meter hoge capsules, die naar boven worden gehesen en los worden gelaten – of omhoog worden geschoten en vallen.

Door de versnelling is de zwaartekracht maar een miljoenste deel van normaal, waardoor de experimenten gewichtloos zijn. Het is een beetje alsof je van een duikplank springt met een weegschaal aan je voeten.

Als de luchtweerstand nul is, net als in de vacuüm toren, geeft de weegschaal 0 kilo aan. De Fallturm Bremen bootst de omstandigheden in de ruimte na, waardoor wetenschappers van over de hele wereld naar Bremen komen voor hun experimenten.

Wetenschappers van de Universität Duisburg-Essen gebruiken de katapult van de Fallturm Bremen voor hun experimenten met de glazen bolletjes. En de doorbraak kwam tijdens die 9,3 seconden.

Door statische elektriciteit voegden de gewichtloze bolletjes zich samen tot klonten van meer dan 1000 bolletjes.

En dat is groot genoeg om kleinere deeltjes met hun eigen zwaartekracht naar zich toe te trekken. Zo konden de wetenschappers aantonen dat statische elektriciteit kan verklaren hoe planeten ontstaan.

Experimenten op zoek naar leven

Een Deens team heeft onderzocht hoe lang planeten blijven groeien en ze ontdekten dat ze stof blijven aantrekken, ook al zijn ze al kilometers groot.

Dit is in strijd met de theorie dat planeten zoals de aarde zijn ontstaan uit botsingen tussen babyplaneten.

Hun ontdekking ondersteunt dus de groeitheorie. En nog interessanter: de Deense resultaten suggereren dat het ontstaan van de aarde geen uniek fenomeen was, maar dat er ook in andere zonnestelsels planeten zoals de aarde kunnen voorkomen.

Als planeten op dezelfde manier zijn ontstaan als de aarde, is de kans groot dat er vloeibaar water is. En dat kan weer wijzen op de aanwezigheid van leven.