Niemand is het erover eens wat het betekent voor een planeet om bewoonbaar te zijn

Artist's concept van Kepler 22b NASA

Iets minder dan een maand geleden maakten wetenschappers bekend dat er waterdamp was waargenomen in de atmosfeer van K2-18b, een exoplaneet op 110 lichtjaar afstand. Cruciaal was dat de planeet zich in de bewoonbare zone van zijn ster bevond (het gebied rond een ster dat gematigd genoeg is voor vloeibaar oppervlaktewater, ook wel de Goudlokje-zone genoemd). Maar het gebruik van die uitdrukking is behoorlijk controversieel. Hoewel mensen zeker niet kunnen leven op K2-18b, is er: bed overeenstemming tussen experts over de vraag of daar een vorm van extreem microbieel leven zou kunnen worden gevonden. Het was misschien in de bewoonbare zone, maar niemand kon het erover eens zijn of K2-18b echt was bewoonbaar of niet t .

Deze onenigheid was deels omdat we geen consensus hadden over wat voor soort planeet K2-18b was, maar het was ook omdat er veel verschillende manieren zijn om bewoonbaarheid te definiëren. Sommige wetenschappers geloven dat een rotsachtig oppervlak essentieel is. Anderen dachten dat microbieel leven misschien een manier zou vinden om in de lucht te bestaan, zoals bacteriën op stof in de wind. Sommigen wilden bewijs van een dik, warm oppervlak, anderen waren er niet zo zeker van dat dat nodig was.

Niets van dit alles was verrassend. Bewoonbaarheid is een vage, jargony term. Als je honderd wetenschappers vraagt ​​om te definiëren wat een planeet bewoonbaar maakt, krijg je honderd verschillende antwoorden.

Veel van de discussie is ingegeven door wat er bekend is en welke technologie we hebben om planeten daadwerkelijk te modelleren, zegt Rory Barnes, een astronoom en astrobioloog bij het Virtual Planet Laboratory van de Universiteit van Washington.

Tot voor kort wisten we niet eens of planeten buiten het zonnestelsel veel voorkomen. Astronomen deden hier en daar een paar ontdekkingen, maar de zaken kwamen pas van de grond toen NASA's Kepler Space Telescope in 2009 werd ingeschakeld, wat een scherpere methode bood voor het identificeren van planeten die voor hun gastheersterren passeren.

De gegevens die deze waarnemingen opleverden, waren uiterst beperkt. In 2007 ontdekten wetenschappers bijvoorbeeld Gliese 581c, de eerste exoplaneet die zowel rotsachtig was als gevonden in de bewoonbare zone. Dat waren destijds de twee vereisten die mensen nodig hadden om 's ochtends uit bed te komen en te denken dat er iets was dat de moeite waard was om op te letten, zegt Barnes.

Water is essentieel voor het leven zoals wij dat kennen, dus aan de ene kant was dit een erg nuttige eerste stap om te bepalen welke nieuwe werelden onze aandacht zouden moeten krijgen. Aan de andere kant negeerde het andere levensbehoeften, zoals een bron van koolstof, een energiebron en essentiële voedingsstoffen, zegt Stephanie Olson, een planetair onderzoeker aan de Universiteit van Chicago.

Een planeet die deze andere dingen niet heeft, is vrijwel net zo onbewoonbaar als Pluto. Bovendien hoeft een planeet niet in de bewoonbare zone te verblijven om bewoonbaar te zijn. De maan Europa van Jupiter en de manen Titan en Enceladus van Saturnus zijn slechts enkele voorbeelden van mogelijke oceaanwerelden die de interesse wekken van astrobiologen, ondanks het feit dat ze ver buiten de bewoonbare zone van de zon liggen.

Een deel van het probleem is dat we deze onderzoeken ten onrechte hebben geïsoleerd van andere wetenschappen. Ik zeg altijd tegen astronomen: als je wilt weten wat bewoonbaarheid is, ga dan gewoon naar de biologie, zegt Abel Méndez, een planetaire astrobioloog en directeur van het Planetary Habitability Laboratory van de Universiteit van Puerto Rico in Arecibo. Velen zijn bezorgd dat astronomen lessen uit de biologie en klimaatwetenschap ongepast toepassen op buitenaardse werelden, en dat dit de oorzaak is van zoveel van deze ruzies.

Omgekeerd bestaat het gevaar om te op de aarde gericht te zijn, zegt Barnes. We begrijpen hoe de aarde heel goed werkt, en we kunnen onszelf voor de gek houden door te denken dat bepaalde handtekeningen automatisch een teken van leven zijn of de mogelijkheid van leven ontkennen. Er zou leven kunnen bestaan ​​op Titan of Europa, of misschien zelfs Venus, in een vorm die we niet willen vinden.

Door onze aanpak te verbeteren hebben we een betere uitwisseling van onderwijs en data tussen verschillende wetenschapsgebieden nodig. Dat brengt ons bij het Virtual Planet Lab, opgericht in 2001 om te begrijpen hoe een bewoonbare planeet zich vormt en evolueert, en hoe we dat proces op een echte exoplaneet kunnen observeren. De faculteit van het lab, die klimaatwetenschappers, atmosferische onderzoekers, computerwetenschappers, biologen, geofysici en astronomen omvat, weerspiegelt de multidisciplinaire benadering die de planetaire wetenschap zou moeten nastreven.

Het lab is onlangs onthuld VPlanet , open software die de evolutie van een planeet over miljarden jaren simuleert, voornamelijk (maar niet uitsluitend) om te beoordelen of die planeet potentieel bewoonbaar is of ooit was en vloeibaar water op het oppervlak zou kunnen ondersteunen.

De modellen van VPlanet houden rekening met een groot aantal verschillende dynamieken, waaronder interne en geologische processen, evolutie van magnetische velden, klimaat, atmosferische ontsnapping, rotatie-effecten, getijdenkrachten, banen, stervorming en evolutie, ongebruikelijke omstandigheden zoals dubbelstersystemen en zwaartekrachtverstoringen van passerende lichamen. Andere onderzoekers kunnen nieuwe modules schrijven die andere fysieke processen benaderen en in de software pluggen.

Een tool als VPlanet is bedoeld om te helpen bepalen welke planeten in de bewoonbare zone (en andere goede kandidaten) het meest de moeite waard zijn om diepgaand te bestuderen met bestaande instrumenten en nieuwe die binnenkort online komen. Maar zijn pogingen om de geschiedenis van een planeet te karakteriseren, kunnen ons er ook toe aanzetten om naar enkele exoplaneten te kijken die we normaal gesproken zouden afschrijven. We hebben de neiging om de geschiedenis van de aarde te zien als een wilde evolutionaire rit, maar Barnes suggereert dat het eigenlijk best tam kan zijn in vergelijking met de ervaring van vele andere exoplaneten die we nu identificeren.

Voor planeten die rond sterren met een lage massa, zoals Proxima b, draaien, hebben ze waarschijnlijk een aanzienlijke evolutie doorgemaakt, zegt Barnes. De helderheid van hun gastheersterren is veel sneller afgenomen, ze zenden meer hoogwaardige straling uit die schadelijk is voor atmosferen, en ze veroorzaken meer getijdeneffecten op planeten in een baan om de aarde - slechts een paar dingen die de calculus drastisch zouden kunnen veranderen of een planeet leven zou kunnen ondersteunen .

Andere modellen kunnen ons helpen andere soorten dynamiek te herkennen die het leven kunnen bevorderen of belemmeren. Sommigen hebben herzien van de bewoonbare zones grenzen op basis van scherpere klimaatwetenschap. Olson is onlangs co-auteur van een papier die onderzocht wat voor soort oceaandynamiek van cruciaal belang zou kunnen zijn voor het bevorderen van een nutriëntenkringloop die gunstig is voor het leven. De loutere aanwezigheid van een oceaan, stelt ze, bepaalt niet of een nieuwe wereld bewoonbaar is of niet. Zonder, laten we zeggen, voldoende rotatiekracht of een dikke atmosfeer, zal een oceaan niet zinvol zijn om de vooruitzichten op bewoonbaarheid te vergroten.

Wat we uiteindelijk nodig hebben, is de weergave van biologie in dit soort modellen te verbeteren, zegt Olson. De biologen hebben hun modellen, de klimaatwetenschappers hebben hun speelgoed en dan zijn er de astronomen. We moeten manieren vinden om de gegevens te koppelen.

Maar modellen zijn slechts een deel van de vergelijking. We moeten deze werelden ook beter observeren. We willen zien of een planeet een dikke atmosfeer heeft die is samengesteld uit de soorten elementen die belangrijk zijn voor het leven. We willen op zoek gaan naar de aanwezigheid van biosignaturen zoals methaan die worden geproduceerd door biologische processen. Instrumenten zoals de Hubble- en Kepler-ruimtetelescopen van NASA hebben een enorme impact gehad, maar hun mogelijkheden zijn al tot het uiterste opgerekt (Kepler ging vorig jaar met pensioen en Hubble loopt op zijn laatste benen).

Hubble's opvolger, de James Webb Space Telescope, is klaar om ons begrip van deze exoplaneten naar nieuwe hoogten te brengen. Dankzij de ongeëvenaarde optica en het vermogen om ongeëvenaarde waarnemingen in infrarood te doen, zou het in staat moeten zijn om de atmosferen van verre exoplaneten met weinig moeite te karakteriseren. ESA's ARIEL-ruimtetelescoop, die in 2029 wordt gelanceerd, is speciaal ontworpen om de chemische en thermische structuren van exoplaneetatmosferen te observeren.

Méndez vindt het ook verstandig om open te staan ​​voor opsporing van technohandtekeningen als we denken aan bewoonbaarheid, misschien in de vorm van radio-emissies, lichten of chemicaliën van industriële productie. Er zijn andere manieren om naar een systeem te kijken en enkele aanwijzingen van leven te zien, zegt hij.

Maar het is een feit dat de enige echte manier om te bepalen of een plek bewoonbaar is, niet is om deze verschillende variabelen te meten, maar om leven te vinden, zegt Méndez. In de biologie is dat het laatste antwoord. Er is geen andere manier om het te doen. Schuw daarvoor, alles is slechts een benadering - een evaluatie van potentieel bewoonbaarheid. Dus voorlopig gaan de discussies gewoon door.

zich verstoppen