De exoplaneet K2-18b zou een wateroceaan kunnen herbergen. Credits: Illustratie: NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI), Wetenschap: N. Madhusudhan (Universiteit Cambridge)
Gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben aangetoond dat een exoplaneet rond een ster in het sterrenbeeld Leeuw enkele van de chemische markers heeft die op aarde geassocieerd worden met levende organismen. Maar dit zijn vage aanwijzingen. Dus hoe waarschijnlijk is het dat deze exoplaneet buitenaards leven herbergt?
Exoplaneten zijn werelden die rond andere sterren dan de zon draaien. De planeet in kwestie heet K2-18b. Hij is zo genoemd omdat hij de eerste planeet was die gevonden is rond de rode dwergster K2-18. Er is ook een K2-18c – de tweede planeet die ontdekt is. Er is ook een K2-18c – de tweede ontdekte planeet. De ster zelf is zwakker en koeler dan de zon, wat betekent dat de planeet veel dichter bij zijn ster moet staan dan wij om hetzelfde lichtniveau te krijgen als wij op aarde.
Het systeem is ruwweg 124 lichtjaar van ons verwijderd, wat in astronomische termen dichtbij is. Hoe zijn de omstandigheden op deze exoplaneet? Dat is een moeilijke vraag om te beantwoorden. We hebben telescopen en technieken die krachtig genoeg zijn om ons te vertellen hoe de ster eruit ziet en hoe ver weg de exoplaneet is, maar we kunnen geen directe beelden van de planeet maken. We kunnen echter wel een paar basisprincipes uitwerken.
Uitzoeken hoeveel licht K2-18b raakt is belangrijk om te bepalen of de planeet levensvatbaar is. K2-18b draait dichter om zijn ster dan de aarde: hij bevindt zich op ongeveer 16% van de afstand van de aarde tot de zon. Een andere meting die we nodig hebben is het vermogen van de ster: de totale hoeveelheid energie die hij per seconde uitstraalt. Het vermogen van K2-18 is 2,3% van dat van de zon.
Met behulp van geometrie kunnen we berekenen dat K2-18b ongeveer 1,22 kilowatt (kW) aan zonne-energie per vierkante meter ontvangt. Dit is vergelijkbaar met de 1,36 kW aan invallend licht die wij op aarde ontvangen. Hoewel er minder energie van K2-18 komt, wordt dit gecompenseerd door het feit dat de planeet dichterbij is. Tot zover alles goed. De berekening van het invallende licht houdt echter geen rekening met wolken of hoe reflecterend het oppervlak van de planeet is.
Artist’s impression van de James Webb Space Telescope (JWST).
NASA
Wanneer we leven op andere planeten overwegen, is een populaire term om te gebruiken de bewoonbare zone, wat betekent dat bij een gemiddelde oppervlaktetemperatuur water in vloeibare toestand zal zijn – omdat deze voorwaarde essentieel wordt geacht voor leven. In 2019 stelde de Hubble-ruimtetelescoop vast dat K2-18b tekenen van waterdamp vertoonde, wat suggereert dat er vloeibaar water op het oppervlak aanwezig zou zijn. Momenteel wordt gedacht dat er grote oceanen op de planeet zijn.
Dit veroorzaakte destijds een golf van opwinding, maar zonder verder bewijs was het slechts een interessant resultaat. Nu zijn er berichten dat JWST kooldioxide, methaan en – mogelijk – de stof dimethylsulfide (DMS) in de atmosfeer heeft aangetroffen. De voorlopige detectie van DMS is belangrijk omdat het op aarde alleen door algen wordt geproduceerd. We weten momenteel niet hoe het op natuurlijke wijze kan worden geproduceerd zonder een levensvorm.
Is er leven op K2-18b?
Al deze aanwijzingen lijken erop te wijzen dat K2-18b wel eens de plek zou kunnen zijn om buitenaards leven te vinden. Zo eenvoudig is het echter niet, want we hebben geen idee hoe nauwkeurig de resultaten zijn. De methode die wordt gebruikt om te bepalen wat er in de atmosfeer van een exoplaneet zit, houdt in dat licht van een andere bron (meestal een ster of sterrenstelsel) door de rand van de atmosfeer gaat dat vervolgens door ons wordt waargenomen. Eventuele chemische verbindingen absorberen licht in specifieke golflengten die vervolgens kunnen worden geïdentificeerd.
Stel je voor dat je naar een gloeilamp kijkt door een glazen beker. Je kunt er perfect doorheen kijken als hij leeg is. Als je hem vult met water, kun je er nog steeds vrij goed doorheen kijken, maar er zijn wat optische effecten en kleuren, die het equivalent zijn van waterstof en stofwolken in de ruimte. Stel je nu voor dat je er rode voedingskleurstof ingiet – dit zou het equivalent kunnen zijn van het belangrijkste chemische bestanddeel in de atmosfeer van een planeet.
Maar de meeste atmosferen bestaan uit vele chemische stoffen. Het equivalent van het zoeken naar één van hen zou hetzelfde zijn als het gieten van 50 – waarschijnlijk veel meer – gekleurde voedselkleurstoffen, in verschillende hoeveelheden, in je beker en proberen te identificeren hoeveel er van één bepaalde kleur aanwezig is. Het is een ongelooflijk moeilijke taak met veel ruimte voor subjectieve beoordeling en fouten. Bovendien bevat het licht dat door de atmosfeer gaat een signaal van de chemische bestanddelen van de ster – wat de analyse nog ingewikkelder maakt.
De chemische samenstelling van de atmosfeer van K2-18b.
Credits: Illustratie: NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan (Universiteit Cambridge)
Nog maar enkele jaren geleden was er een golf van interesse in het bestaan van leven op Venus, omdat waarnemingen hadden gewezen op de aanwezigheid van fosforgas, dat kan worden geproduceerd door microben.
Deze bevinding werd later echter met succes weerlegd door verschillende studies. Als er in astronomische termen verwarring kan bestaan over wat er in de atmosfeer zit van een planeet die vlakbij ligt, dan is het gemakkelijk te begrijpen waarom het analyseren van een planeet die vele malen verder weg ligt een moeilijke taak is.
Wat kunnen we hieruit afleiden?
De kans op leven op exoplaneet K2-18b is klein maar niet onmogelijk. Deze resultaten zullen waarschijnlijk niemands mening of geloof over buitenaards leven veranderen. Ze laten wel zien dat we steeds beter in staat zijn om naar werelden te kijken die niet de onze zijn en om meer informatie te vinden.
NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI)
De kracht van JWST ligt niet alleen in het produceren van ongelooflijke foto’s, maar ook in het leveren van meer gedetailleerde en nauwkeurige gegevens over hemellichamen zelf. Als we weten welke exoplaneten water bevatten en welke niet, kunnen we informatie krijgen over hoe de aarde is ontstaan.
Het bestuderen van de atmosferen van gasreuzen-exoplaneten kan informatie opleveren voor de studie van vergelijkbare werelden in het zonnestelsel, zoals Jupiter en Saturnus. En het identificeren van CO2-niveaus geeft aan hoe een extreem broeikaseffect een planeet zou kunnen beïnvloeden. Dit is de echte kracht van het bestuderen van de samenstelling van planeetatmosferen.
Ian Whittaker werkt niet voor, heeft geen adviesfuncties, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel en heeft geen relevante banden buiten zijn academische aanstelling bekendgemaakt.
