Wat Een Planeet Nodig Heeft Om Leven Mogelijk Te Maken

"Venus is te heet, Mars is te koud en Aarde is precies goed", zegt planetaire wetenschapper Dave Brain. Maar waarom? In deze leuke, grappige talk verkent Brain de fascinerende wetenschap achter wat een planeet nodig heeft om leven te herbergen -- en waarom de mensheid hier precies op de juiste plaats en op het juiste moment zit als het gaat om de chronologie van planeten waar leven mogelijk is.

"Ik ben echt blij hier te zijn. Ik ben blij dat jullie er zijn, want dat zou een beetje raar zijn. Ik ben blij dat we allemaal hier zijn. En met 'hier' bedoel ik niet hier. Of hier. Maar hier. Ik bedoel Aarde. En met 'we' bedoel ik niet wij hier in deze zaal, maar het leven, al het leven op aarde --

(Gelach)

van complex tot eencellig, van schimmels tot paddestoelen tot vliegende beren.

(Gelach)

Het interessante is dat Aarde de enige plek is waarvan we weten dat er leven is -- 8,7 miljoen soorten. We keken elders, misschien niet zo goed als we hadden gekund, maar we keken en vonden er geen. Aarde is de enige plaats waarvan we weten dat er leven is. Is Aarde speciaal? Op die vraag wilde ik als klein kind al het antwoord kennen en ik vermoed dat 80 procent van jullie hetzelfde dacht en dat ook wilde. Om te begrijpen of er planeten zijn -- in ons zonnestelsel of erbuiten -- die leven kunnen ondersteunen, is de eerste stap begrijpen wat het leven hier vereist.

Het blijkt dat van die 8,7 miljoen soorten, het leven slechts drie dingen nodig heeft. Aan de ene kant heeft alle leven op Aarde energie nodig. Complexe levensvormen zoals wij halen onze energie uit de zon, maar onderaards leven kan zijn energie betrekken uit dingen als chemische reacties. Een aantal verschillende energiebronnen vind je op alle planeten. Aan de andere kant heeft alle leven voedsel nodig. Dit lijkt een hele opgave, vooral als je een sappige tomaat wil.

(Gelach)

In feite ontleent al het leven op aarde zijn voeding aan slechts zes chemische elementen, en deze elementen vind je op elk planetair lichaam in ons zonnestelsel. Blijft nog over dat ding daar in het midden, het ding dat het moeilijkst te bekomen is. Niet elanden, maar water.

(Gelach)

Hoewel elanden wel cool zou zijn.

(Gelach)

En geen bevroren water, geen water in gasvormige toestand, maar vloeibaar water. Dat heeft het leven nodig om in stand te blijven, elk leven. En vele planeten in ons zonnestelsel hebben geen vloeibaar water, en daarom zoeken we daar niet. Andere planeten in ons zonnestelsel zouden veel vloeibaar water hebben, zelfs meer dan Aarde, maar daar zit het gevangen onder een ijzige korst en is dus moeilijk te bereiken. Het is zelfs moeilijk om uit te vinden of er daar überhaupt leven is.

Dat laat maar een paar kandidaten over. Laten we het ons dus wat makkelijker maken. We zoeken alleen naar vloeibaar water op het oppervlak van een planeet. Er zijn slechts drie lichamen in ons zonnestelsel die in aanmerking komen voor vloeibaar oppervlaktewater en op volgorde van afstand tot de zon zijn het: Venus, Aarde en Mars. Voor vloeibaar water heb je een atmosfeer nodig. Je moet heel voorzichtig zijn met die atmosfeer. De atmosfeer mag niet te veel, te dik of te warm zijn, want dan word je uiteindelijk te warm, zoals Venus, en kun je geen vloeibaar water hebben. Maar als je te weinig atmosfeer hebt en hij te dun en te koud is, krijg je uiteindelijk Mars, te koud. Dus Venus is te heet, Mars te koud en Aarde is precies goed. Kijk naar deze beelden achter me en je ziet direct waar in ons zonnestelsel leven kan overleven. Het is een Goudlokje-type probleem, zo eenvoudig dat een kind het zou kunnen begrijpen.

Alhoewel... Ik wil jullie aan twee dingen herinneren over het Goudlokje-verhaal waar we niet zo vaak aan denken, maar waarvan ik denk dat ze hier echt relevant zijn. Nummer een: als de kom van Mama Beer te koud is wanneer Goudlokje binnenkomt, wil dat dan zeggen dat ze altijd te koud is geweest? Of zou ze misschien op een ander moment juist goed zijn geweest? Het moment dat Goudlokje binnenkomt, is bepalend voor het antwoord dat we krijgen in het verhaal. Hetzelfde geldt voor planeten. Het zijn geen statische dingen. Ze veranderen. Ze variëren. Ze evolueren. En atmosferen doen hetzelfde. Ik geef een voorbeeld.

Hier is een van mijn favoriete foto's van Mars. Niet de hoogste beeldresolutie, niet het meest sexy beeld en niet de meest recente foto, maar het toont rivierbeddingen uitgesneden in het oppervlak van de planeet. Rivierbeddingen uitgekerfd door stromend vloeibaar water, rivierbeddingen waarvoor honderden, duizenden of tienduizenden jaren nodig zijn om ze te vormen. Dat kan nu niet meer op Mars. De atmosfeer van Mars is vandaag te ijl en te koud om vloeibaar water te hebben. Deze afbeelding laat zien dat de atmosfeer van Mars veranderde, en wel heel erg veranderde. Hij veranderde van een toestand die wij als bewoonbaar zouden definiëren, omdat de drie vereisten voor leven lang geleden aanwezig waren. Waar is die atmosfeer gebleven die vloeibaar water aan de oppervlakte mogelijk maakte?

Mogelijk verdween hij naar de ruimte. Atmosferische deeltjes kregen genoeg energie om te ontsnappen aan de zwaartekracht van de planeet, ontsnapten naar de ruimte om nooit meer terug te keren. Dit gebeurt met alle lichamen met atmosferen. Kometen hebben staarten, zeer zichtbare herinneringen van ontsnappende atmosfeer. Maar Venus heeft ook een atmosfeer die geleidelijk ontsnapt en Mars en Aarde ook. Het is gewoon een kwestie van mate en van schaal. We willen dus graag weten hoeveel er ontsnapte in de loop van de tijd teneinde deze overgang te kunnen verklaren.

Hoe krijgen atmosferen hun energie om te ontsnappen? Hoe krijgen deeltjes genoeg energie om te ontsnappen? Kort gezegd: op twee manieren. Nummer één: zonlicht. Licht van de zon wordt opgenomen door atmosferische deeltjes, wat die deeltjes opwarmt. Ja, ik dans, maar ze --

(Gelach)

Oh mijn God, zelfs niet op mijn bruiloft.

(Gelach)

Ze krijgen genoeg energie om te ontsnappen aan de zwaartekracht van de planeet, simpelweg door op te warmen. Een tweede manier om energie te krijgen, is door de zonnewind. Dat zijn deeltjes, massa, materiaal, uitgestoten door de zon, ze scheuren door het zonnestelsel met 400 kilometer per seconde en soms nog sneller tijdens zonnestormen. Ze suizen door de interplanetaire ruimte naar planeten en hun atmosferen, en kunnen energie overdragen aan atmosferische deeltjes om ook te ontsnappen.

Dit is iets dat mij interesseert, omdat het betrekking heeft op bewoonbaarheid. Ik zei dat er twee dingen waren uit het Goudlokjeverhaal waar ik jullie aan wilde herinneren. Het tweede is een beetje subtieler. Als de kom van Papa Beer te warm is en die van Mama Beer te koud, zou dan de kom van Baby Beer zelfs niet nog kouder moeten zijn als we de trend volgen? Je hebt dit je hele leven al geaccepteerd, maar als je er een beetje over nadenkt, is het misschien niet zo eenvoudig. Natuurlijk bepaalt de afstand van een planeet tot de zon de temperatuur. Dit moet een rol spelen voor de bewoonbaarheid. Maar misschien zijn er andere dingen waaraan we moeten denken. Misschien aan de kommen zelf die ook een rol spelen in de afloop van het verhaal, over wat precies goed is.

Ik zou het kunnen hebben over de kenmerken van deze drie planeten die de bewoonbaarheid kunnen beïnvloeden, maar om egoïstische redenen die verband houden met mijn eigen onderzoek en het feit dat ik hier de klikker vastheb en jullie niet --

(Gelach)

wil ik graag nog wat zeggen over magnetische velden. De aarde heeft er een, maar Venus en Mars niet. Magnetische velden worden opgewekt in het diepe inwendige van een planeet door ronddraaiend, elektrisch geleidend, vloeibaar materiaal wat dit grote oude magnetische veld rondom de aarde veroorzaakt. Als je een kompas hebt, weet je waar het noorden is. Venus en Mars hebben dat niet. Met een een kompas op Venus en Mars, gefeliciteerd, loop je verloren.

(Gelach)

Beïnvloedt dit de bewoonbaarheid? Nou, hoe dan? Veel wetenschappers denken dat een magnetisch veld dient als schild voor de atmosfeer, door zonnewinddeeltjes rond de planeet af te buigen met een soort krachtveldeffect dat te maken heeft met de elektrische lading van de deeltjes. Ik vind het net de niesbescherming van een saladebar, maar dan voor planeten.

(Gelach)

Mijn collega's zullen zich later realiseren dat dit de eerste keer in de geschiedenis van onze gemeenschap is dat zonnewind vergeleken werd met neusslijm.

(Gelach)

Oké, het effect is dat Aarde al miljarden jaren kan zijn beschermd, omdat we een magnetisch veld hebben. De atmosfeer is niet kunnen ontsnappen. Mars is daarentegen onbeschermd door het ontbreken van het magnetisch veld en na miljarden jaren is misschien genoeg atmosfeer weggelekt om te kunnen verklaren waarom een bewoonbare planeet de planeet werd die we vandaag zien.

Andere wetenschappers denken dat magnetische velden meer werken als de zeilen op een schip, waardoor de planeet met meer energie uit de zonnewind kan interageren dan de planeet in staat zou zijn geweest om dat op zichzelf te doen. De zeilen kunnen energie verzamelen uit de zonnewind. Het magnetisch veld kan energie halen uit de zonnewind wat het mogelijk maakt dat nog meer atmosfeer gaat ontsnappen. Het is een idee dat getest moet worden, maar het effect en hoe het werkt, lijkt duidelijk. Dat is omdat we weten dat energie van de zonnewind binnenkomt in onze atmosfeer hier op Aarde. Die energie wordt langs magnetische veldlijnen naar de poolgebieden geleid, wat een ongelooflijk mooie aurora oplevert. Als je ze ooit heb meegemaakt, het is prachtig. We weten dat de energie binnenkomt. We proberen te meten hoeveel deeltjes eruit gaan en of het magnetisch veld dat op enigerlei wijze beïnvloedt.

Ik legde jullie dus een probleem voor, maar heb er nog geen oplossing voor. Wij hebben geen oplossing. Maar we werken eraan. Hoe zijn we er mee bezig? We stuurden ruimtevaartuigen naar alle drie planeten. Sommige draaien er nu rond, waaronder het MAVEN-ruimtevaartuig, momenteel in een baan om Mars. Ik ben erbij betrokken en het wordt van hieruit geleid, vanuit de Universiteit van Colorado. Het meet het ontsnappen van de atmosfeer. We doen soortgelijke metingen voor Venus en Aarde. Zodra we al onze metingen hebben, kunnen we ze met elkaar combineren en begrijpen hoe die drie planeten interageren met hun ruimteomgeving, met hun 'milieu', en beslissen of magnetische velden belangrijk zijn voor bewoonbaarheid of niet.

Als we dat weten, wat heb je er dan aan? Ik bedoel, ik geef er veel om ... Ook wel financieel, maar ook gewoon veel.

(Gelach)

In de eerste plaats zal een antwoord op deze vraag ons meer leren over de drie planeten, Venus, Aarde en Mars. Over de manier waarop ze nu interageren met hun omgeving, maar ook hoe dat miljarden jaren geleden was, of ze lang geleden al dan niet bewoonbaar waren. Het zal ons leren over de ons omringende atmosferen. Maar ook kan deze kennis worden toegepast op alle atmosferen, met inbegrip van de planeten die we nu waarnemen rond andere sterren. Het Kepler-ruimtevaartuig, dat hier in Boulder is gebouwd en van hieruit bediend wordt, bekijkt een gebied aan de hemel zo groot als een postzegel, nu al een paar jaar. Het heeft al duizenden planeten gevonden -- in een gebied aan de hemel zo groot als een postzegel dat representatief is voor eender welk deel van de hemel.

20 jaar geleden kenden we nul planeten buiten ons zonnestelsel en nu kennen we er zoveel dat we niet weten welke eerst te onderzoeken. Elke clou is welkom. Gebaseerd op de waarnemingen van Kepler en soortgelijke waarnemingen, geloven wij nu dat van de 200 miljard sterren in de Melkweg alleen, gemiddeld elke ster ten minste één planeet heeft. De schattingen suggereren ook nog eens dat er ergens tussen de 40 miljard en 100 miljard planeten zijn die wij als bewoonbaar zouden definiëren, in onze Melkweg alleen al.

We hebben waarnemingen van die planeten, maar we weten gewoon nog niet welke bewoonbaar zijn. Het is een beetje alsof je gevangen zit in een rode vlek --

(Gelach)

op een podium en wetende dat er die andere werelden zijn, wil je wanhopig meer over hen weten, hen testen en erachter komen of misschien één of twee ervan een beetje zijn zoals jij. Je kunt dat niet. Je kunt er niet heen, nog niet. En daarom moet je de tools gebruiken die je hebt ontwikkeld voor Venus, Aarde en Mars en moet je ze toepassen op die andere situaties en maar hopen redelijke gevolgtrekkingen te kunnen maken uit die gegevens, zodat je zult kunnen bepalen welke planeten de beste kandidaten zijn voor bewoonbaarheid en welke niet.

Uiteindelijk en in ieder geval voorlopig is dit onze rode vlek, hier. Dit is de enige bewoonbare planeet die we kennen, hoewel we er zeer binnenkort meer kunnen kennen. Maar tot nu toe is dit de enige bewoonbare planeet en onze rode vlek. Ik ben echt blij dat we hier zijn.

Bedankt."

(Applaus)

 

Bron: TED.com