Waarom De Aarde Er Ooit Uit Zou Kunnen Zien Als Mars

Per minuut ontsnapt er zo'n 180 kilo waterstof en drie kilo helium uit de atmosfeer van de Aarde het heelal in. Astrophysicus Anjali Tripathi bestudeert het fenomeen van deze ontsnapping uit de atmosfeer en in deze fascinerende en toegankelijke talk praat zij over hoe dit proces ooit (over miljarden jaren) onze blauwe planeet rood zou kunnen kleuren.

"Als je 's nachts naar de sterren kijkt, is het verbazingwekkend wat je ziet. Het is mooi. Maar wat nog verbazingwekkender is, is wat je niet ziet. We weten nu dat bij elke ster, of vrijwel elke ster, een planeet zit, en waarschijnlijk meerdere.

Dus wat dit plaatje je niet laat zien, zijn alle planeten die we kennen daar in het heelal. Wanneer we denken aan planeten, denken we snel aan dingen ver weg die erg anders zijn dan wat we hier kennen. Maar hier zijn we op een planeet en er zijn zo veel dingen die verbazingwekkend zijn aan de Aarde dat we oneindig ver zoeken naar dingen die daarop lijken. En tijdens onze zoektocht vinden we verbazingwekkende dingen. Maar ik wil jullie vertellen over iets verbazingwekkends hier op Aarde. En dat is dat per minuut zo'n 180 kilo waterstof en drie kilo helium van de Aarde ontsnappen, het heelal in. Deze gassen verdwijnen en komen nooit meer terug. Waterstof, helium en nog wat dingen vormen samen de atmosfeer van de Aarde. De atmosfeer is niet meer dan gassen die deze dunne blauwe lijn vormen, zoals hier te zien vanaf het International Space Station op een foto gemaakt door astronauten. En deze ijle fineerlaag om onze planeet is waardoor het leven hier goed gedijt. Het beschermt onze planeet tegen al te veel inslagen van meteorieten en dergelijke. En het is zo'n verbazingwekkend fenomeen dat het feit dat het aan het verdwijnen is je zorgen zou moeten baren. Op z'n minst een beetje.

Ik bestudeer dit proces van ontsnapping uit de atmosfeer. Ontsnapping uit de atmosfeer is niet specifiek iets van de Aarde. Het is volgens mij inherent aan planeet-zijn, omdat planeten, niet alleen de Aarde maar overal in het universum, onderhevig kunnen zijn aan ontsnapping uit de atmosfeer. En de manier waarop dat gebeurt, vertelt ons iets over de planeet zelf. Als je denkt aan het zonnestelsel, denk je wellicht aan dit plaatje. En dan zeg je dat er acht planeten zijn, of misschien negen. Voor degenen die zich bij dit plaatje ongemakkelijk voelen, voeg ik wat toe.

(Gelach)

Met dank aan New Horizons tellen we Pluto mee. Voor het doel van deze talk en het fenomeen van ontsnapping uit de atmosfeer is Pluto een planeet, net zoals planeten om andere sterren die we niet kunnen zien ook planeten zijn. Een fundamentele eigenschap van planeten is dat het lichamen zijn die bij elkaar gehouden worden door zwaartekracht. Het is een hoop materiaal aan elkaar geklonterd door deze aantrekkingskracht. Deze lichamen zijn enorm groot en hebben heel veel zwaartekracht. Daardoor zijn ze rond. Als je naar al deze planeten kijkt, inclusief Pluto, dan zijn ze rond.

Je kunt dus zien dat er zwaartekracht is. Een andere eigenschap van planeten kun je hier niet zien. Dat is de ster, de Zon, waar alle planeten in het zonnestelsel omheen draaien. En dat is de oorzaak van ontsnapping uit de atmosfeer. De reden dat sterren ontsnapping uit de atmosfeer veroorzaken, is dat sterren aan planeten deeltjes en licht en warmte bieden die de atmosfeer kunnen laten verdwijnen. Als je denkt aan een heteluchtballon of je kijkt naar deze foto van lantaarns op een festival in Thailand, kun je zien dat warme lucht gassen naar boven laat gaan. En als je genoeg energie en warmte hebt, zoals onze Zon, dan kan het gas, wat erg licht is en alleen gebonden is door zwaartekracht, ontsnappen naar het heelal. Dit is wat ontsnapping uit de atmosfeer veroorzaakt, zowel op Aarde als op andere planeten -- dit samenspel tussen opwarming door de ster en het overwinnen van de zwaartekracht van de planeet.

Ik heb je verteld dat dit gebeurt met een snelheid van 180 kilo per minuut voor waterstof en drie kilo per minuut voor helium. Maar hoe ziet dat er dan uit? Al in de jaren 80 fotografeerden we de Aarde in het ultraviolette spectrum met de Dynamic Explorer-satelliet van NASA. Deze twee foto's van de Aarde laten zien hoe de gloed van ontsnappend waterstof eruitziet. Dat is de rode gloed. Je kunt ook andere dingen zien, zoals zuurstof en stikstof in dat witte schijnsel in de ring met het noorderlicht en ook wat slierten bij de evenaar. Dit zijn foto's die onomstotelijk laten zien dat onze atmosfeer niet alleen gebonden is aan ons hier op Aarde, maar dat het ver het heelal in gaat. En in een alarmerend tempo.

Niet alleen de Aarde heeft last van deze ontsnappingen. Mars, onze directe buur, is veel kleiner dan de Aarde en heeft veel minder zwaartekracht waarmee het de atmosfeer vast kan houden. Mars heeft een atmosfeer, maar die is veel dunner dan die van de Aarde. Kijk maar naar het oppervlak. Je ziet kraters die erop wijzen dat er geen atmosfeer was die de inslagen kon voorkomen. We zien ook dat het de 'rode planeet' is. Ontsnapping uit de atmosfeer heeft er mede toe geleid dat Mars rood is. Dat is omdat we denken dat Mars een natter verleden kent. Wanneer water genoeg energie krijgt, valt het uiteen in waterstof en zuurstof. Waterstof is zo licht dat het naar het heelal ontsnapte en de zuurstof die overbleef, liet de grond oxideren of roesten waardoor we nu de bekende rode kleur hebben.

We kunnen foto's van Mars bekijken en concluderen dat sprake is van ontsnapping uit de atmosfeer, maar NASA heeft nu een sonde op Mars, de MAVEN-satelliet, die de ontsnapping uit de atmosfeer daadwerkelijk onderzoekt. MAVEN staat voor 'Mars Atmosphere and Volatile Evolution'. De eerste foto's zijn vergelijkbaar met wat we op Aarde zien. We weten al lang dat Mars atmosfeer verliest. Toch blijven de foto's indrukwekkend. Hier zie je in het rood de omvang van Mars en in het blauw de waterstof die ontsnapt. De waterstof komt tot tien keer verder dan de grootte van de planeet. Ver genoeg om niet langer gebonden te zijn aan de planeet. Het ontsnapt het heelal in. Dit helpt om vermoedens te bevestigen, bijvoorbeeld waarom Mars rood is door het ontsnapte waterstof. Maar waterstof is niet het enige gas dat ontsnapt. Ik noemde al helium op Aarde, en zuurstof en stikstof. MAVEN laat ons ook het zuurstofverlies op Mars zien. Omdat zuurstof zwaarder is dan waterstof gaat het minder ver weg, maar het ontsnapt wel. Je ziet dat de zuurstof ook buiten de rode cirkel is.

Dat we ontsnapping uit de atmosfeer niet alleen bij onze eigen planeet zien maar ook bij andere planeten, stelt ons in staat om te leren over het verleden van planeten. Maar ook over planeten in het algemeen en over de toekomst van de Aarde. We kunnen leren over de toekomst door planeten te onderzoeken die we niet kunnen zien. Voordat ik daar verder op inga, waarschuw ik jullie dat ik van Pluto niet zulke mooie foto's kan laten zien, simpelweg omdat we die nog niet hebben. Maar de New Horizons-missie bestudeert nu de ontsnapping uit de atmosfeer bij Pluto. Dus hou het in de gaten. De planeten waar ik het over wil hebben, zijn de overgaande exoplaneten.

Elke planeet die om een ster draait anders dan onze Zon wordt een exoplaneet genoemd. En de planeten die we 'overgaand' noemen, hebben als kenmerk dat als je naar de ster kijkt, deze knippert. De oorzaak van het knipperen is dat er planeten voorlangs gaan, waardoor die planeten het licht van de ster blokkeren wat wij als knipperen zien. Door de nachtelijke hemel af te speuren op zoek naar knipperende sterren, kunnen we planeten vinden. Op deze manier hebben we al ruim 5.000 planeten ontdekt in onze eigen Melkweg en we weten dat er nog veel meer zijn. Als we kijken naar het licht van deze sterren,

zien we dus niet de planeet zelf, maar wel het wegvallen van licht. Het licht vermindert als de planeet voor de ster staat en dat is het knipperen wat we zojuist zagen. We kunnen niet alleen de planeten opsporen, maar ook de verschillende golflengten van het licht. We kunnen ook naar de Aarde en naar Mars kijken vanuit het ultraviolette spectrum. Als we met de Hubble Space-telescoop kijken naar de overgaande exoplaneten, zien we in het ultraviolette spectrum een veel nadrukkelijker knipperen, veel minder licht van de ster wanneer de planeet er voorlangs gaat. We denken dat dit komt doordat er een vergrote atmosfeer van waterstof om de planeet zit, waardoor deze opgezwollen lijkt en meer licht blokkeert.

Met deze techniek hebben we meerdere overgaande exoplaneten ontdekt die onderhevig zijn aan ontsnapping uit de atmosfeer. Sommige van deze planeten kunnen we hete Jupiters noemen, omdat het gasplaneten zijn zoals Jupiter. Maar ze staan erg dicht bij hun ster, zo'n honderd keer dichterbij dan Jupiter. Omdat er zoveel lichtgewicht gas is dat kan ontsnappen en door de opwarming van de zon, heeft de ontsnapping uit de atmosfeer een rampzalige snelheid. In tegenstelling tot de waterstof die met 180 kilo per minuut ontsnapt aan de Aarde, gaat het bij deze planeten om ruim een half miljard kilo waterstof per minuut.

Je vraagt je misschien af of dat het einde van die planeten betekent. Dat is de vraag die we ons ook stelden toen we naar ons zonnestelsel keken, omdat planeten dicht bij de Zon rotsachtig zijn en planeten verder weg groter zijn en meer gas hebben. Kan een planeet begonnen zijn als Jupiter en al het gas verloren zijn? We denken dat als je iets als een hete Jupiter hebt, dat niet een Mercurius of Aarde wordt. Maar als je begint met iets kleiners, is het mogelijk dat zoveel gas ontsnapt dat je iets heel anders overhoudt.

Dit klinkt allemaal algemeen en het is aardig om na te denken over het zonnestelsel, maar wat heeft het te maken met ons op Aarde? In de verre toekomst wordt de Zon feller. Wanneer dat gebeurt, wordt de warmte die we krijgen van de Zon erg hevig. Op dezelfde manier als dat nu gas wegstroomt van een hete Jupiter, zal gas dan ontsnappen van de Aarde. Waar we dus naar kunnen uitkijken, of ons in ieder geval op kunnen voorbereiden, is het feit dat in de toekomst de Aarde meer op Mars gaat lijken. Onze waterstof, van water dat uiteen valt, zal sneller het heelal in ontsnappen en dan blijven we over met een droge rode planeet.

Wees gerust, dat duurt nog wel een paar miljard jaar, dus we hebben tijd voor voorbereidingen. (Gelach)

Maar ik wil dat je weet wat er aan de hand is. Niet alleen in de toekomst, maar ontsnapping uit de atmosfeer gebeurt nu. Je hoort over indrukwekkende wetenschap die zich afspeelt in het heelal en over planeten heel ver weg. We onderzoeken die planeten om over hun wereld te leren. Maar terwijl we leren over Mars of exoplaneten zoals hete Jupiters, ontdekken we dingen als ontsnapping uit de atmosfeer, die ons veel leren over onze eigen planeet, de Aarde.

Realiseer je dat, wanneer je weer eens denkt dat het heelal ver weg is.

Dankjewel."

(Applaus)

 

Bron: TED.com