Buitenaards leven en waar het te vinden Understand article

Vertaald door Roland Van Kerschaver Nu ruimtemissies op de manen van Jupiter en Saturnus - en verder - gaan speuren naar de voorwaarden voor leven, vragen we ons af welk buitenaards  leven kan gevonden worden in zulke exotische omgevingen.

We betreden een nieuw tijdperk in de ontdekking van de ruimte. Uiteindelijk kan onthuld worden of we wel of niet alleen zijn in het universum. Een halve eeuw na de eerste landing op de Maan, zullen we in de volgende decade de manen die draaien rond andere planeten in ons zonnestelsel exploreren. Verschillende NASA en ESAw1 missies zijn gepland om een kijkje dichtbij enkele van die manen (zie tekstbox), te nemen. Hoewel tot nu toe nog geen leven gevonden is buiten de aard,  zullen ze zoeken naar de voorwaarden die  toelaten dat er leven ontstaan. Wat zullen deze missies waarschijnlijk  vinden en waar in het zonnestelsel zijn de beste plaatsen om te zoeken naar leven?

Manen en het zoeken naar leven

In het algemeen zijn de andere planeten die draaien rond onze zon vijandig voor leven. Sommige, zoals Mars, missen een dichte atmosfeer. Andere zijn in essentie niets anders zijn dan atmosfeer, zoals de gasreuzen Jupiter en Saturnus. Meest opvallend is dat de andere planeten in ons zonnestelsel geen vloeibaar water hebben. Water is  een noodzakelijk ingrediënt voor leven.

De manen – waarvan men ooit dacht dat het koude, steriele rotsen waren en daarom nogal saai, vanuit het oogpunt van de astrobiologen – blijken nochtans veel meer belovend te zijn bij de zoektocht naar voorwaarden die het leven ondersteunen. Verschillende hebben water, dikwijls onder een dikke laag ijs die beschermt tegen verdamping en straling. In het geval van Ganymedes, de grootste maan van Jupiter, is zijn vloeibare oceaan mogelijk 200 km diep, onder een 50 km ijs.

The icy surface of Jupiter’s moon Europa, photographed by NASA’s Galileo spacecraft. Blue or white areas contain relatively pure water ice.
De ijzige oppervlakte van Europa, een maan van Jupiter, gefotografeerd door het ruimtetuig Galileo van NASA. Blauwe en witte oppervlakken bevatten relatief zuiver ijs van water.
NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

Onlangs ontdekte pluimen waterdamp aan de oppervlakte van die manen suggereren dat ze binnenin warm zijn en een vloeistof, wellicht zout water,  bevatten – niet veel verschillend van de oceanen van de aarde. Te ver weg van de zon om er door opgewarmd te worden, kunnen die manen in plaats daarvan verwarmd worden door radioactief verval in hun kernen of door verwarming gegenereerd door de aantrekking door de gravitatie van hun planeten. Op de bodem van hun oceanen, verwachten wetenschappers dat er hydrothermische openingen kunnen zijn die warmte en mineralen toevoeren aan het water, zo condities crëerend die rijp zijn voor het ontluiken van leven. Inderdaad denken veel wetenschappers dat leven op aarde kan ontstaan zijn in de hydrothermische openingen van de diepzee die zelfs vandaag nog welig tieren met leven, gebruikmakend van energie afkomstig uit het binnenste van de planeet eerder dan van de zon.

De verborgen oceaan van Pluto

Het bewijs is aan het toenemen dat een ander lichaam in ons zonnestelsel een oceaan heeft verborgen onder zijn ijzig oppervlak: de dwergplaneet Pluto. In 2015 onthulde de overvlucht missie van New Horizonsw2 van NASA dat Pluto geologisch complexer en actiever is dan we dachten, met gletjers van ijs van stikstof, bergen van ijs van water en een ijslaag met ongelijke dikte. Deze waarnemingen samen met gegevens over de gravitatie, suggereren dat er vloeibaar water kan zijn onder het oppervlak en dat is verwonderlijk omdat Pluto zo ver ligt van de zon dat het water bevroren zou moeten zijn.

In 2019, suggereerde een gezamenlijke studie van wetenschappers van verschillende japanse universiteiten en de Universiteit van Californië, in Santa Cruz, dat een  isolerende laag onder het ijzige oppervlak van Pluto een diepere laag water vloeibaar kon houden. Als dit waar is, kan dit betekenen dat andere veraf gelegen hemellichamen ook vloeibaar water zouden kunnen hebben en dat er nog veel meer oceanen in het universum kunnen zijn dan vroeger gedacht, en dat zou het bestaan van buitenaards leven nog meer aannemelijk maken. “Als je vloeibaar water hebt dat daar al 4 miljard jaar zit, zal het misschien iets klaargemaakt hebben intussen”, zegt Seth Shostak, senior astronoom aan het SETI Instituut  in Californië, VSA. “En als Pluto iets kan klaarmaken kan dat ook op veel andere plaatsen.”

Image of Pluto’s surface, showing mountains thought to be made of water ice, from NASA’s New Horizons fly-by mission
Afbeelding van overvlucht missie van New Horizons van NASA van oppervlakte van Pluto met bergen waarvan gedacht wordt dat ze bestaan uit ijs van water
Laboratory/Southwest Research Institute

Verder dan het zonnestelsel

Pluto, aarde en de manen van ons zonnestelsel zijn niet de enige plaatsen met oceanen. Van vloeibaar water, eens beschouwd als een schaars bestanddeel dat onze planeet bijzonder maakte, wordt nu gedacht dat het nogal veel voorkomt op exoplaneten – planeten in andere zonnestelsels. “H2O tref je overal aan”, zegt Shostak, er aan toevoegend dat er  “heel weinig reden is om te denken dat de aarde uitzonderlijk is” in dit opzicht.

Studies van exoplaneten suggereren dat sommige  ‘water werelden’ kunnen zijn – echte blauwe knikkers met nog meer water dan onze eigen blauwe planeet. Volgens sommige modelen zijn er exoplaneten die bestaan uit meer dan 50% massa water, heel veel vergeleken met de amper 0.02% voor de aarde.  Van sommige exoplaneten wordt gedacht dat ze volledig bedekt zijn met water, met de oceaan als enige beschikbare leefwereld – zodat het enig mogelijk leven daar marien zou zijn.

Artist’s image of exoplanet K2-18b, which is known to have water and temperatures that could support life
Afbeelding van een kunstenaar van de exoplaneet K2-18b, waarvan geweten is dat deze water heeft en temperaturen die leven kunnen in stand houden
ESA/Hubble, M. Kornmesser, CC BY 4.0

Zelfs exoplaneten die geen echte waterwerelden zijn, in de zin dat ze volledig bedekt zijn met een oceaan, kunnen nog altijd waterrijk zijn. Bijvoorbeeld schijnen verschillende van de exoplaneten ontdekt  in het  TRAPPIST-1 planetenstelsel, gelegen op 39 lichtjaren, rotsachtige werelden te zijn met tot 5% van hun massa bestaande uit water. Sommige van deze planeten wentelen rond hun ster in de bewoonbare zone, waar de temperaturen toelaten dat er vloeibaar water bestaat, eventueel leven toelatend –  alhoewel de condities van het oppervlak anderszins zeer ongastvrij kunnen zijn.

De film van het leven wordt terug afgespeeld

Als er enig leven is in de buitenaardse oceanen in ons zonnestelsel of verder, hoe zou het er dan kunnen uitzien? Zou de evolutie de film van het leven terug kunnen afgespeeld worden en organismen voortbrengen zoals deze die we kennen op aarde, of zou alles er totaal anders uitzien?

Het zou een probleem kunnen zijn dat buitenaardse levensvormen zo  exotisch zouden zijn dat we ze niet zouden identificeren als leven. “Voor het meeste van de dingen die waarschijnlijk zullen aangetroffen worden, zal het moeilijk zijn te bewijzen dat het leeft. Ik ben zelfs niet zeker of we dat zullen kunnen zeggen”, zegt Casey Brinkman, een astronoom van de Universiteit van Hawaï in Manoa, VSA. “Hoe definieer je leven? Er is geen echte eenduidige definitie”, zegt ze. Naast  het probleem van het definiëren van het leven op een manier die aanvaardbaar is voor wetenschappers van verschillende disciplines, wijst  Brinkman erop dat zelfs op aarde er verschillende mogelijkheden zijn voor diverse levensvormen die er niet veel uitzien als herkenbare wezens  – van mariene organismen die op planten lijken tot statische structuren zoals koraalriffen.

Coral reef in French Polynesia – an exotic life form on Earth
Koraalrif in Frans Polynesië– een exotische levensvorm op aarde.
Adam Reeder/Flickr, CC BY-NC.2.0

Maar sommige wetenschappers beweren dat dezelfde fysische en geologische beperkingen gevonden op verschillende planeten die op elkaar lijken, omwille van de wetten van fysica en chemie, ertoe leiden dat verschillende levensvormen en levenslijnen samenlopen in dezelfde oplossingen, resulterend in organismen evoluerend om op gelijkaardige manier eruit te zien en te handelen. In water, bijvoorbeeld, resulteerde de noodzaak om te zwemmen en de weerstand te verminderen er op aarde in een gelijkaardig gestroomlijnde lichaamsvorm voor zo diverse dieren als vissen en dolfijnen.

“Evolutie herhaalt zichzelf soms, maar dikwijls doet ze het niet”, schrijft de evolutionaire bioloog Jonathan Losos in. zijn boek Improbable Destinies: Fate, Chance, and the Future of Evolution  (Losos 2018). “Niettegenstaande het voorkomen van enkele gevallen van convergentie, zou ik verwachten dat buitenaards leven voor het merendeel zeer verschillend zal zijn van wat we hier zien op aarde”, zegt hij. “Een buitenaards wezen kan zelfs een samenraapsel zijn, op de manier van een vogelbekdier, van veel verschillende onderdelen ontleend aan verschillende bewoners van de aarde.” Befaamd is het vogelbekdier van  Australië die een snavel heeft zoals een eend, een staart zoals een bever, de gevliesde poten van een otter, een waterdichte vacht als van een zeeotter,  elektroreceptie zoals een paling en een giftig uitsteeksel op zijn enkel zoals van de giftand van een ratelslang.

We kunnen verwachten om deze soort van  evolutionair samenraapsel op de meeste op de aarde gelijkende exoplaneten en manen aan te treffen, maar ze kunnen er nog vreemder uitzien op plaatsen met een meer exotische chemie – zoals op Titaan, een maan van Saturnus, waar de zeeën  bestaan uit vloeibaar methaan in plaats van uit water. De Cassini-Huygens missie deed een sonde landen op Titaan in 2005, die een landschap liet zien dat leek op de aarde met zeer onaardse toestanden: een wereld die zo koud is dat water gemengd met rotsen heuvels en vaste grond vormt en de wolken, regen, rivieren en zeeën  gemaakt zijn uit methaan en ethaan, die gassen zijn op aarde. In zulke buitenaardse omgevingen, betekent de noodzaak van levensvormen om zich aan te passen aan de lokale condities dat ze heelwat verschillender kunnen zijn dan gelijk wat op aarde.

Bedenkend welke levensvormen zouden kunnen bestaan buiten de aarde voert dat ons te ver weg in het rijk van de speculaties, maar dat heeft verlichte geesten als biotechnologist Craig Venter en physici Michio Kaku en Stephen Hawking er niet van weerhouden te dromen over de mogelijkheden. En gegeven de eindeloze creatieve vormen die de evolutie op onze planeet heeft voortgebracht schijnt het redelijk te denken dat er veel vreemdere dingen ergens anders nog wachten op hun ontdekking.

Mosaic image of Saturn’s moon Titan, from NASA’s Cassini-Huygens mission, showing (in blue/black) lakes and seas made up of liquid methane and ethane. Land areas appear yellow or white. NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS
Mozaïek afbeelding van de maan Titaan van Saturnus, van de Cassini-Huygens missie van NASA, die (in blauw/zwart) meren en zeeën toont bestaande uit vloeibaar methaan en ethaan. Land oppervlak blijkt geel of wit.
NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS

 

Meer missies naar manen

Verschillende ruimtemissie naar manen in ons zonnestelsel zijn gepland in de volgende tien jaar. Een van hun doelen is te kijken naar bewijzen van buitenaards leven.

  • De JUICE missie van ESA, gepland gelanceerd te worden in 2022, zal de drie ijzige manen bestuderen van Jupiter: Callisto, Europa en Ganymedes. Tussen andere dingen, zal het de oppervlakken van de oceanen van de manen  en de bewoonbaarheid bestuderen en de chemie onderzoeken die essentieel is voor leven.
  • De Europa Clipper missie van NASA, met opstijgdatum in 2023, is gepland om rond Jupiter te draaien en verschillende keren te vliegen over zijn maan  Europa om te onderzoeken of de ijzige maan zou kunnen zorgen voor condities bruikbaar voor leven.
  • De Dragonfly missie van NASA  naar Titaan, de maan van Saturnus,  is gepland gelanceerd te worden  in 2026 en aan te komen op Titaan in 2034. Van bij het landen zal een op een drone gelijkend tuig de veelbelovende locaties onderzoeken en zoeken naar tekens van leven, het kan ook een autonome onderzeëer gebruiker om een van de grootste zeëen van Titaan, Kraken Mare, te bestuderen. De missie kan ook bestaan uit een ‘tunnelbot’ aangedreven met kernenergie om te boren door het ijs en de oceanen beneden te bereiken – en de onderkant van het ijs te onderzoeken op  micrometer dunne biologische lagen.
Artist’s illustration showing NASA’s Dragonfly lander on the surface of Titan
Illustratie van een kunstenaar die de  Dragonfly lander van NASA  op het oppervlak van Titaan toont
NASA/JHU-APL

 

References

  • Losos J (2018) Improbable Destinies: Fate, Chance, and the Future of Evolution. Riverhead Books. ISBN: 9780525534136

Web References

Resources

Author(s)

Mićo Tatalović is de voorzitter van de Association of British Science Writers. Hij heeft gewerkt als editor wetenschappelijk nieuws voor Nature, New Scientist en SciDev.Net. Mićo heeft een BA graad in biologie van de Universiteit van Oxford,VK; een MPhil in zoologie van de Universiteit van Cambridge,VK; en een MSc in wetenschapscommunicatie van het Imperial College London,VK.


Review

Het zoeken naar tekens van leven buiten de aarde of de juiste voorwaarden ervoor, is juist begonnen. We kijken binnen het zonnestelsel (oa. naar Mars missies of zelfs kometen) en naar exoplaneten. Dit artikel speculeert over welke buitenaardse levensvormen – als ze bestaan – kunnen gevonden worden in exotische plaatsen in de ruimte.

Het artikel kan gebruikt worden als een oefening begrijpend lezen en de volgende vragen kunnen gesteld worden:

  • Welke voorwaarden kunnen noodzakelijk zijn voor de omgeving om leven te hebben buiten de aarde?
  • Waarom zou het moeilijk zijn om buitenaardse levensvormen te herkennen als leven?
  • Hoe zou je leven definiëren?
  • Bespreek de mogelijkheden voor leven op Pluto, de dwergplaneet.
  • Sommige ruimtemissies naar manen zijn gepland te starten binnen de volgende tien jaar. Welke zijn die missies en wat hebben ze als doel?

Gerd Vogt, leraar fysica en technologie, Hogere Secundaire School voor Omgeving en Economie, Yspertal, Oostenrijk




License

CC-BY