Zijn er, behalve de zon, nog sterren die planeten bezitten ? Zijn zonnestelsels zeldzaam, of krioelt het heelal ervan ? Op zoek naar leven op een andere wereld : een verkenning van het buitenaardse.
Een van de mooiste en meest raadselachtige sterrenbeelden is Orion. Het siert de hemel alleen maar in de winter. Van begin november tot einde maart is Orion zichtbaar rond elf uur ’s avonds : eerst in het oosten en naarmate het seizoen vordert, verschuift het beeld geleidelijk over het zuiden naar het westen. Orion neemt de vorm aan van een spoel, met links boven de rode ster Betelgeuze en rechts onder de blauwe Rigel twee superreuzen met een verblindende lichtkracht, respectievelijk 22.900 en 75.850 keer krachtiger dan onze zon. Zelfs van hieruit gezien, op een afstand van 652 en 1.076 lichtjaar, fonkelen ze als juwelen.
In het midden van de spoel bevindt zich een gordel van drie sterren, ook ?de Jaccobsstaf? of ?de drie gezusters? genoemd. Onder deze gordel kan bij een heldere, maanloze nacht, een wazig vlekje waargenomen worden. Dat is de Orionnevel, met een doorsnee van 100 lichtjaar en 1.700 lichtjaar ver. Wie daar naar kijkt, ziet eigenlijk een geboorte. In deze kolkende wolk van stof en gas balt materie zich op verschillende plaatsen samen tot nieuwe sterren.
In 1992 richtte een ploeg astronomen van de universiteit van Texas de ruimtetelescoop Hubble op dit kosmische kraambed. Toen bleek dat er zich in de Orionnevel al vijftien protoplanetaire schijven vormden niet te verwarren met planetaire nevels, want die hebben niets te maken met planeten. Vijftien planetenstelsels in wording ! Daarmee werd voor de eerste keer bewezen dat een door planeten begeleide ster een natuurlijk en veel voorkomend proces is in het heelal.
Maar een volgroeid planetenstelsel buiten onze eigen Melkweg hadden we toen nog niet gevonden. Planeten stralen geen licht uit zoals sterren. En het zonlicht dat ze weerkaatsen, is veel te zwak. Dat valt met onze huidige apparatuur over interstellaire afstanden niet waar te nemen. Althans niet rechtstreeks.
De Amerikaanse astronoom van Nederlandse afkomst, Peter van de Kamp, bedacht dat planeten rond een ster, kleine afwijkingen in de baan van zo’n ster moeten veroorzaken. Sterren beschrijven immers ook banen rondom het centrum van een galaxie. De afstanden zijn echter zo enorm, dat het de tijd van meerdere generaties mensen vergt, vooraleer de hemelkaart zich noemenswaardig wijzigt. Bij meer nabije sterren echter doet zich in de loop van decennia al een lichte verplaatsing voor. Vanaf de jaren veertig richtte Peter van de Kamp zijn kijker op drie buursterren van onze zon : Tau Ceti, Uspilon Eridani en Barnard’s ster, op een afstand van zes lichtjaar onze één namelijk Alfa Centauri na naaste buur. Uit afwijkingen in Barnard’s baan leidde de astronoom af dat er rond de ster twee planeten moesten wentelen met een massa van 0,7 en 0,5 keer die van Jupiter.
Van de Kamp vergiste zich. De vermeende afwijkingen van Barnard bleken slechts afwijkingen in de gebruikte telescoop.
Het was nochtans een goed idee om het bestaan van planeten astrometrisch af te leiden. Alleen beschikte Van de Kamp toen nog niet over de verfijnde apparatuur, waarmee zijn werk nu met meer succes wordt overgedaan. De wetenschap zet de grote telescoop van het European Southern Observatory (ESO) in Chili in, en natuurlijk de ruimtetelescoop Hubble. Ook Europa’s astrometrische kunstmaan Hipparcos toont zich zeer behulpzaam omdat ze nauwkeurig afstanden en de ?eigenbewegingen? van sterren kan bepalen. Het meten van gebeurlijke variaties in de eigenbeweging van sterren vereist echter nog altijd jaren geduld en heeft alleen zin bij relatief nabije sterren.
PLANETEN EN BRUINE DWERGEN
De aanwezigheid van planeten kan echter ook worden afgeleid uit het sterrenspectrum. Een planeet veroorzaakt in het sterrenspectrum een weliswaar zeer geringe maar toch nog meetbare Doppler-verschuiving. Ook rechtstreekse visuele opnamen met de nieuwste telescopen willen op dat gebied als eens resultaat opleveren. Sinds eind 1995 volgen de ontdekkingen van extrasolaire planeten elkaar dan ook in snel tempo op. Eerder, in januari ’95, al toonde een opname met de telescoop van ESO in Chili een schijf van stof rond de ster Bêta Pictoris. De vorm van de schijf leek aan te wijzen dat er zich rond de ster een planeet bevindt van de orde van grootte van Uranus. Nadien volgden nog duidelijker aanwijzingen. Sedert eind ’95 werden er zes extrasolaire planeten ontdekt, planeten rond andere sterren dan onze zon.
In oktober 1995 nam het Observatorium van Genève geringe Dopplerverschuivingen waar van de ster 51 Pegasi, die onmiskenbaar de aanwezigheid van een begeleider signaleerden. 51 Pegasi ligt 42 lichtjaar ver, is een G5-ster uit de hoofdreeks en gelijkt dus sterk op onze zon. De massa van de vermeende planeet werd aanvankelijk geschat op minstens de helft van Jupiter en ze zou zich op zeven miljoen kilometer van de ster bevinden. Dat is verschroeiend dicht (in ons stelsel cirkelt Mercurius op 58 miljoen kilometer van de zon) en de temperatuur aan het oppervlak moet bijgevolg in de buurt van duizend graden Celsius komen. Hoogstwaarschijnlijk bezit de planeet geen atmosfeer en bestaat ze uit ijzer en rots, en vermoedelijk is ze permanent met één zijde naar 51 Pegasi gericht.
Alleszins is 51 Pegasi niet het soort ?planeet?, waarop leven kan gedijen. Planeet tussen aanhalingstekens, omdat de donkere begeleider van 51 Pegasus, naar later bleek, meer dan vijfhonderd Jupitermassa’s zwaar is of de helft van de massa van onze zon. Daardoor gelijkt ze meer op een te kleine ster dan op een te grote planeet.
De ontdekking werd afgelopen jaar bevestigd door Geoffrey W. Marcy van de staatsuniversiteit in San Francisco en Paul Butler van de universiteit van Californië in Berkeley. Ze rapporteerden meteen twee nieuwe donkere begeleiders rond de sterren 47 Ursa Majoris (afstand : 46 lichtjaar) en 7O Virginis (op 59 lichtjaar van ons). De begeleider van 47 Ursa Majoris kan niet kleiner dan 7 en niet groter dan 22 Jupitermassa’s zijn. De schatting van de massa helpt om te achterhalen of het om een planeet dan wel een ster gaat. Een hemellichaam tussen 17 en 80 Jupitermassa’s wordt een ?bruine dwerg? genoemd, dat is een donkere ster. Metingen met Hipparcos laten echter uitschemeren dat de begeleider veeleer lichter uitvalt dan 17 Jupitermassa’s. Bijgevolg : toch een planeet. De begeleider van 70 Virginis vertegenwoordigt 65 Jupitermassa’s : een bruine dwerg.
Voorts ontdekten dezelfde astronomen vorige zomer rond de ster HD 114762 een planeet met een minimum massa van zowat 11 Jupiters. En vonden ze een vijfde ?planeet? rond Rho’ Cancri. Deze planeet beweegt zich op zo’n 18 miljoen kilometer van de ster met een record omlooptijd van 14,76 dagen. Dat is alweer ongewoon dichtbij naar de normen van ons zonnestelsel. De massa van Rho Cancri’s begeleider zou 87 procent van die van Jupiter bedragen en een oppervlaktetemperatuur van minstens 700 graden Celsius hebben. Conclusie : een geschikt formaat, maar de afstand tot de ster is te kort en de temperatuur te hoog.
Ook al vormen sterren met planeten dus geen zeldzaamheid in het heelal, de ?planetenstelsels? die we tot nu toe waarnamen, gelijken weinig op het onze.
Marcy en Butler willen nu bij 120 sterren zoals onze zon nagaan of ze planeten rond zich hebben. Met de huidige apparatuur kunnen ze alleen planeten vinden met een massa zoals die van Jupiter en op hooguit twee astronomische eenheden van hun ster. Een astronomische eenheid is de afstand aarde-zon of 150 miljoen kilometer. De twee willen wel proberen om deze beperking te doorbreken.
In augustus lanceerde de sterrenwacht van Allegheny in het Amerikaanse Pittsburgh, Pennsylvania een ander nieuwsje : ook de ster Lalande 21185, in de Grote Beer, bezit planeten. Deze rode dwergster ligt op slechts 8,25 lichtjaar van de aarde, hoewel ze te lichtzwak is om ze met het blote oog te kunnen onderscheiden. Lalande 21185 is onze op drie na naaste buur, na het drievoudig sterrensysteem Alfa Centauri (4,3 lichtjaar), de ster van Barnard (6 lichtjaar) en Wolf 359 (7,7 lichtjaar). Uit de gedurende vijf decennia gemeten baanafwijkingen van Lalande 21185 kan worden afgeleid dat rond deze ster een planeet draait met een massa van 1,1 maal Jupiter en op een afstand van 11 astronomische eenheden. Een planeet van het formaat van Jupiter dus, maar ze bevindt zich twee keer zo ver van haar zon als onze Jupiter, zelfs een heel klein beetje verder dan onze Saturnus, maar al bij al nog binnen de regio waar in ons zonnestelsel de grote planeten bewegen. Ze draait rond haar zon in 35 tot 50 jaar. Bij ons doet Saturnus daar een kleine 30 jaar over.
Acht jaar metingen met de veelkanalige astrometrische fotometer suggereren trouwens het bestaan van nog een tweede planeet rond Lalande 21185 : met een massa van 0,9 maal die van Jupiter en op een afstand van 2,2 astronomische eenheden, zowat de afstand van de planetoïdenring tussen Mars en Jupiter in ons zonnestelsel. Dit begint er dus al meer op te gelijken. Anderzijds laat Lalande 21185 zich dan weer niet kennen als een even energierijke ster als de zon.
EEN WINNENDE GETALLENREEKS
Planeten van het formaat van de aarde zouden al meer hoop geven op het bestaan van buitenaardse levensvormen. Zulke planeten zijn echter te klein om ze met onze huidige astronomische methoden te vinden. De astronomie overweegt nu andere middelen om buitenaards leven op te sporen. Als een planeet een atmosfeer bezit, kan alvast de eventuele aanwezigheid van ozon in het infrarood worden waargenomen. Ozon is een nevenproduct van zuurstofgas. En zuurstofgas is een resultaat van leven zoals we dat op aarde kennen.
Niets wijst er op dat wij de enige levensvorm zijn in een heelal van pakweg honderd miljard galaxieën met elk zo’n honderd tot tweehonderd miljard sterren. Het lijkt bijna absurd om zoiets te denken. De gedachte steekt vol van antropocentrische eigenwaan. En toch spreekt niets de absurde veronderstelling tegen dat door een samenloop van een oneindig aantal toevalsfactoren hier, en uitsluitend hier op dit randverschijnsel in één doorsnee-galaxie uit miljarden , leven ontstond en zich ontplooide tot intelligentie. Denken dat er elders in het heelal nog mensen bestaan of iets wat daarvoor kan doorgaan, is mettertijd even absurd geworden als de omgekeerde redenering. Bevat eenzelfde dosis antropocentrische eigenwaan.
Ofwel zijn we een intelligente soort onder talloze andere in het heelal, ofwel zijn we een rariteit, een ongevalletje, een winnende getallenreeks in een lotto met een kansberekening van één op honderd miljard maal tweehonderd miljard.
Welke van beide veronderstellingen is de juiste ? Als de eerste de juiste is, blijft het moeilijk dit te bewijzen, maar bestaat er niettemin een kleine kans dat we het ooit te weten komen. Als de tweede de juiste is, dan kunnen we ons te pletter zoeken tot het einde der tijden, we zullen het nooit weten. Een bestaand iets kan ooit worden bewezen. Een niet bestaand iets (een niets, in feite) kan nooit bewezen worden.
Er is nog een derde mogelijkheid. Als het ontstaan van leven en bewustzijn in het heelal een natuurlijk verloop van de zaken volgt, dan moet het ergens op één plek voor het eerst zijn begonnen. Hier, bijvoorbeeld. Een buitenissige veronderstelling, maar nooit helemaal uitgesloten.
In overweging nemen dat wij de eerste van alle beschavingen kunnen zijn, is evenwel nogal boud. Er zijn immers tal van oudere sterren dan onze zon, in onze galaxie alleen al. Dus moet het leven al veel eerder meerdere kansen hebben gehad. En, mogelijk, gemist. Want er is veel nodig om leven te laten gedijen.
1. Een ster, die voldoende energie uitstraalt om een planeet miljarden jaren lang warm te houden met betrekkelijk stabiele temperaturen. Een ster zoals onze zon heeft een levensduur van zo’n tien miljard jaar. In minstens één geval volstaan 4,5 miljard jaar om een behoorlijk complexe levensvorm tot stand te laten komen. Sterren met anderhalve keer de massa van onze zon leven hooguit drie miljard jaar : genoeg om leven te schenken maar wellicht te kort om het ook een bloeiende toekomst te garanderen. Sterren met nog zwaardere massa’s barsten van energie maar springen er kwistig mee om. Ze leiden een heftig en kort bestaan van hooguit achthonderd miljoen jaar tot tien of zelfs drie miljoen jaar voor de zwaarste gevallen van respectievelijk twintig en dertig zonnemassa’s. Kortom, leven kan niet bloeien rondom sterren met een massa die veertig procent zwaarder is dan onze zon. Eén procent van de sterren in de galaxie is van dit soort. Sterren met een massa van slechts 65 procent van onze zon zijn daarentegen waarschijnlijk te zwak om leven in stand te houden. En 80 procent van alle sterren behoort daartoe. Waaronder Lalande 21185.
Maar als een planeet daar dan wat dichter bij de ster wentelt ? Dan gaat haar asomwenteling door de getijdenwerking vertragen, zodat ze uiteindelijk, zoals Mercurius bij ons, altijd met dezelfde zijde naar de zon is gekeerd. Eén zijde te heet, één zijde te koud.
2. Een systeem met één centrale ster. Dubbelsterren en meervoudige systemen bezitten waarschijnlijk geen planeten. Juist omdat de oergaswolk van hun stelsel zich van bij het begin samenbalde tot meerdere zware lichamen in de plaats van tot één ster met een stoet van planeten. En mochten er zich toch planeten hebben gevormd, dan zullen die nogal plezante banen volgen, slalommend tussen twee of meer zonnen en met heel ongezonde klimatologische uitersten. Twee op drie sterren in onze galaxie hebben één of meer stellaire begeleiders.
Op basis van de eerste twee criteria blijven er van de zowat 200 miljard sterren in de galaxie nog zo’n 10 tot 20 miljard over.
NIET TE WARM, NIET TE KOUD
3. De planeet moet zich op een geschikte afstand van de geschikte ster bevinden, zodat het klimaat er niet te koud of te heet is. Alleen grote en ingewikkelde moleculen, zoals eiwitten, nucleïnezuren en suikers, kunnen al de informatie opslaan, nodig voor de voortzetting van het leven. Zulke moleculen worden echter bij te hoge temperaturen afgebroken. Honderd graden Celsius is de grens. Het mag ook niet te koud zijn, want dan verlopen de chemische reacties te traag om de vereiste moleculaire verbindingen te vormen.
Levende organismen hebben een aantal chemische producten nodig, zoals vloeibaar water en koolstofhoudende verbindingen. Daartoe moet de planeet een dampkring hebben die niet te ijl is en dus dodelijke kosmische stralingen kan afweren en de nodige druk verschaffen waaronder water in vloeibare toestand kan bestaan.
4. De excentriciteit van de planeetbaan mag niet al te groot zijn, om geen overdreven zware temperatuurschommelingen te krijgen.
5. De planeet moet een asomwenteling hebben, die ervoor zorgt dat de zonnewarmte beurtelings alle regionen koestert. Dit gebeurt bij voorkeur via een schuine draaias, want met een verticale draaias zouden de polen nooit zonnestraling krijgen.
6. Dus moet de planeet waarschijnlijk ook nog eens een relatief grote maan hebben of eigenlijk, zoals ons aarde-maansysteem, een dubbelplaneet vormen. Zonder de maan, zouden kleine zwaartekrachteffecten van de andere planeten onze draaias doen schommelen tussen nul en 85 graden, over perioden van miljoenen jaren. We zouden dan geen seizoenen hebben, maar lange perioden van helse hitte zoals op Venus, afgewisseld met stollende ijstijden zoals op Mars.
Mogelijk heeft onze maan ook nog eens een onrechtstreekse rol gespeeld bij de evolutie van het leven. Eb en vloed kunnen namelijk de migratie van zeewezens naar het land hebben gestimuleerd.
7. De aanwezigheid van grote planeten, zoals bij ons Jupiter en Saturnus met respectievelijk 318 en 95 maal de massa van de aarde. Volgens George W. Wetherill van het Carnegie Instituut in Washington DC hebben deze planeten met hun zwaartekracht miljarden kometen uit het zonnestelsel verdreven. Een computersimulatie met een kleinere Jupiter en Saturnus, van slechts 15 aardmassa’s, gaf aan dat de aarde dan om de 100.000 jaar door een grote komeet zou worden getroffen. In de werkelijkheid komt dit gemiddeld slechts om de 100 miljoen jaar voor. Zo’n crash leidt altijd tot een massale uitroeiing. Zoals 65 miljoen jaar geleden het uitsterven van de sauriërs, wat in ons geval dan weer aan de zoogdieren een kans gaf om zich te ontplooien om uiteindelijk te leiden tot de mensheid. Met een frequentie zoals in de simulatie zouden hogere levensvormen echter nooit de kans krijgen om zich te ontwikkelen.
EEN STER DIE ONTPLOFT
8. De ?levensgordel van Marochnik.? Een supernova is een ontploffende zware ster. Supernovae ontstaan geregeld in de spiraalarmen van onze galaxie. De meeste sterren bewegen zich met betrekkelijk korte tussenpozen door deze spiraalarmen. Een supernova kan dan op eventuele planeten binnen een straal van dertig lichtjaar alle leven doden. Volgens de Russische astronoom L.S. Marochnik is er echter op zo’n 30.000 lichtjaar van het galactisch centrum een ring van sterren die met ongeveer dezelfde snelheid als de spiraalarmen roteert, maar op een veilige afstand daarbuiten blijft. Een overdosis supernovastraling komt daar slechts eens in de tien miljard jaar voor. Dat is lang genoeg om verstandelijk leven tot ontwikkeling te laten komen. Ons zonnestelsel ligt toevallig in die ?levensgordel van Marochnik?. En als Marochnik gelijk heeft, zouden we alleen in deze beperkte gordel leven aantreffen.
Op basis van deze acht voorwaarden voor leven komen we tot het volgende besluit.
Meer dan 99,9 procent van onze galaxie is doodgeboren of uitgestorven. Van de rest, dat is dus 150 miljoen sterren uit de 200 miljard, blijft er dan nog één derde over dat niet tot een meervoudig sterrensysteem behoort. Dat maakt 50 miljoen. Waarvan één procent te zwaar en 80 procent te licht. Rest : 9,5 miljoen zonnen die leven kunnen schenken, op voorwaarde dat ze planeten bezitten van het aardse type. En dit wil zeggen : met een harde korst, een atmosfeer, water in vloeibare toestand, op een comfortabele afstand van de ster, met een niet te excentrische baan, vergezeld van grote planeten die de kometen uit hun buurt houden, en vergezeld van een maan met zo’n 20 procent van de massa van deze planeet , die als een dubbelplaneet van het geschikte soort functioneert rond een enkelvoudige ster van het geschikte soort.
Van de zeven planetenstelsels die we tot nu toe kennen binnen een straal van ruwweg zestig lichtjaar, is er zo één planeet. De aarde. Dat betekent daarom nog niet dat één op zeven de regel zou zijn. Daarvoor weten we nog veel te weinig over extrasolaire planeten in een galaxie met een doorsnede van 100.00 lichtjaar.
Van leven naar intelligentie is dan nog een hele grote sprong. Bovendien leidt intelligentie misschien niet noodzakelijk tot technologie. En zonder technologie : geen communicatie, zoals wij die kennen.
De meest pessimistische gok komt uit op één planeet per galaxie of misschien wel één leven per heelal.
Maar geen enkele natuurwet zegt dat pessimisten gelijk hebben.
Lode Willems
Speuren naar buitenaardse beschavingen.
Antropocentrische eigenwaan : is daar iemand ?
Van de zeven planetenstelsels die we tot nu toe kennen binnen een straal van zestig lichtjaar, is er één planeet waarop met zekerheid leven is. De aarde.
