‘We zoeken een gas dat er niet hoort te zijn’

Het was een wat ongebruikelijke setting voor een wetenschappelijke bijeenkomst: de Dam in Amsterdam, normaal domein van toeristen en straatartiesten, was afgezet met hekken. Marechaussee voor de ingang van het Koninklijk Paleis begroette strak saluerend onwennige gasten uit de wereld van de ruimtevaart en astronomie. Ontvangende partij waren dan ook koning Willem-Alexander en prinses Beatrix, vaste toehoorders bij het regelmatig georganiseerde paleissymposium, deze keer over de speurtocht naar buitenaards leven.

Een van de hoofdsprekers was Sara Seager, astrofysicus en hoogleraar aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), expert in het detecteren van sporen van buitenaards leven, voorzover je daar expert in kunt zijn.

Vóór haar lezing sprak NRC de Amerikaanse astrofysicus over haar onderzoek in het chique hotel The Grand. Seager, strak formulerend en luisterend met een intense blik, is voor de gelegenheid gestoken in een feloranje leren jasje. Geroutineerd vertelt ze over hoe ze hemel afzoekt naar gassen die kunnen wijzen op biologische activiteit in de atmosfeer van planeten buiten ons zonnestelsel.Tot nu toe is dat nog zonder resultaat.

Verwacht u snel iets te vinden?

„Nee, daarvan zijn we nog heel ver weg. Maar ik zou het liever zo formuleren: voor het eerst hebben we überhaupt de mogelijkheid om sporen van buitenaards leven te kunnen vinden in de atmosfeer van een exoplaneet.”

Even terugspoelen: In 1995 werd de eerste planeet om een andere ster dan de zon ontdekt, waarna er duizenden exoplaneten volgden. Aanvankelijk waren dat vooral Hete Jupiters: reuzenplaneten die vooral bestaan uit gas, vlak bij de moederster. Maar inmiddels zijn er ook rotsachtige kleinere planeten die meer lijken op de aarde.

De teller staat per 2 juni op 5.438 exoplaneten, vooral dankzij telescopen die de transit detecteren: de kleine tijdelijke afname in de helderheid van een ster als het schijfje van een planeet er voor langs schuift. Het blijkt dat bijna alle sterren planeten hebben, vaak zelfs meerdere. De vraag of daar ook leven is, laat staan intelligent leven, is veel lastiger.

Seager: „We zoeken naar sporen van een gas dat er niet hoort: een gas dat ver uit chemisch evenwicht is. Op aarde hebben we bijvoorbeeld zuurstof, dat 20 procent van de atmosfeer uitmaakt. Dat is afkomstig van fotosynthese door planten en micro-organismen. Dat is eigenlijk een heel onstabiele situatie. Zuurstof is extreem reactief, dat blijkt bij elke brand. Het zou er niet zijn als er hier geen leven was.”

Seager, die haar promotie-onderzoek begon toen net de eerste exoplaneet ontdekt was, bedacht de techniek om zulke gassen te detecteren: als een planeet met een dikke atmosfeer een transit maakt, zal ook de atmosfeer een deel het sterlicht absorberen. Tenminste: voor bepaalde golflengten, afhankelijk van de samenstelling van de atmosfeer. Door de diepte van de transit-dip uit te zetten tegen de golflengte, is dus een soort vingerafdruk te maken van de gassen in de atmosfeer. Zo publiceerde NASA in 2022 de ontdekking van CO₂ in de atmosfeer van de hete Jupiter WASP-39b, met hulp van de James Webb-ruimtetelescoop.

Seager: „De James Webb-ruimtetelescoop begint nu serieus te leveren. Het is een infrarood-telescoop, en gassen zijn goed herkenbaar aan hun infrarood-profiel. We hebben een lange lijst van gassen die zouden kunnen wijzen op een afwijking van het chemisch evenwicht, van stikstofoxiden en methaan tot fosfine, dat trouwens misschien ook voorkomt in de atmosfeer van Venus. Met Webb gaan we gouden tijden tegemoet voor exoplaneet-atmosfeeronderzoek, tenminste voor grotere planeten.”

Hoezo alleen grotere planeten?

„Er is ook een nadeel: met deze techniek kunnen we de atmosfeer van een kleinere, rotsachtige tweeling van de aarde nooit detecteren. De atmosfeer is daar gewoon te klein voor: het is het vliesje van een ui, tegenover de een enorme achtergrond van de ster.

„Een mogelijke oplossing is project Star Shade, een uitklapbare schijf van tientallen meters doorsnede. Die zou je naar de ruimte brengen en precies voor een ster schuiven, zodat het sterlicht geblokkeerd wordt. Met een ruimtetelescoop op duizenden kilometers afstand zou je dan de planeten kunnen zien die eromheen bewegen. Concrete plannen voor een lancering zijn er jammer genoeg nog niet.”

En als het dan zo ver is?

„Het eerste waar we naar zoeken is alleen maar waterdamp in de atmosfeer van een kleine, rotsachtige planeet als de aarde. Dat betekent namelijk dat de planeet net als de aarde, een oceaan heeft en een waterkringloop. Voor zover we weten heeft al het leven dat we kennen water nodig. Dus als er vloeibaar water is, betekent dat niet dat er per se leven is, maar wel dat er potentieel voor is.”

U noemde ook de atmosfeer van Venus?

„Ja, we vonden in telescoopbeelden een mogelijke aanwijzing voor het bestaan van fosfine. Dat is een gas dat op aarde door sommige bacteriën geproduceerd wordt, en waarvoor in de Venus-atmosfeer geen goede verklaring is.

„Het was een piepklein signaal temidden van heel veel ruis, en we hebben de nodige slagen om de arm gehouden bij de publicatie in Nature Astronomy in 2020. We hebben nooit gezegd dat het een bewijs van leven was. Maar het heeft mensen heel boos gemaakt, en het is nog steeds een heel controversieel resultaat.”

Venus lijkt op het eerste gezicht inderdaad niet heel gastvrij voor leven: de temperatuur op het oppervlak is 467 graden Celsius, de druk 93 bar, en het wolkendek bestaat uit zwavelzuur.

Maar op 12 juni verscheen er een artikel in het vakblad PNAS van Seagers onderzoeksgroep, waaruit blijkt dat verschillende basisstoffen voor het leven, zoals de basen van dna, stabiel zijn in de omstandigheden in Venuswolken. „Complexe organische chemie kan stabiel zijn in geconcentreerd zwavelzuur”, concludeert het artikel.

Een verrassend resultaat, maar nog lang geen bewijs. Hoe groot schat u de kans dat er ooit bewijs voor buitenaards leven wordt gevonden?

„Dat is zo’n enorm moeilijke vraag. Ik weet het gewoon niet. Het enige dat ik kan zeggen is: het gaat gebeuren, or I’ll die trying.”