2003-01 MIRA Ceti sprak met... Carlo Denis


Over het einde van de wereld is al rijkelijk veel inkt gevloeid. Vorig jaar droeg een Luiks hoogleraar, Carlo Denis, samen met een Poolse collega daar een serieus wetenschappelijk steentje toe bij door een artikel te publiceren over het ultieme lot van onze blauwe planeet. Dit artikel vond internationaal de nodige weerklank, en omdat de lezers van MIRA Ceti niet minder goed geïnformeerd hoeven te zijn dan de lezers van het gezaghebbende ‘Nature’, trokken we naar Luik om Carlo Denis zelf aan het woord te laten.

Tot maart 2001 was deze geboren Luxemburger als hoogleraar verbonden aan het ‘Institut d'Astrophysique et de Géophysique’ van de universiteit van Luik, maar met zijn 61 jaar blijft hij ondanks zijn pensionering actief bezig met allerhande wetenschappelijk onderzoek. Zo is hij o.a. wetenschappelijk medewerker aan het ‘European Center for Geodynamics and Seismology’ en toen ik hem half november kon ontmoeten was hij net terug van een werkbezoek aan Krakau en een congres in Luxemburg. Terwijl hij al valiezen aan het pakken was voor een nieuwe reis naar Polen met nadien een korte passage langs Litouwen en een verblijf van enkele maanden in Oekraïne. Schalks voegde hij er aan toe dat hij bij die laatste trip de universiteit van Odessa zou aandoen, niet om er academisch werk te verrichten, maar wel om er met een plaatselijke academica in het huwelijksbootje te stappen! 

 

Carlo DenisDoor dat bewuste artikel in het wetenschappelijk tijdschrift Icarus over het vurige einde van de planeet Aarde wordt u sinds ruim een jaar regelmatig in allerlei astronomische artikels vernoemd, maar toch is sterrenkunde niet echt de hoofdmoot van uw wetenschappelijk werk, professor?

 

Inderdaad. Ik heb tijdens mijn hele carrière wel regelmatig dingen gepubliceerd uit het puur sterrenkundig onderzoeksdomein, maar het is vooral op het vlak van geofysica, geodynamica en rotsmechanica.dat ik het meeste onderzoekswerk heb verricht. En ik ben er trouwens nog steeds mee bezig. Zo bestudeer ik  sinds een aantal jaren voornamelijk de variatie in de lengte van de dagen in de loop van de verschillende geologische perioden. En in alle bescheidenheid mag ik toch wel stellen dat ik internationaal erkend wordt als een specialist inzake de globale vervormingen van de Aarde. Samen met mijn goede vriend Rafal Rybicki, wetenschappelijk directeur aan het Instituut voor Geofysica van de Poolse Academie voor Wetenschappen in Warschau, heb ik net een studie voltooid die weldra zal verschijnen in het tijdschrift Physics of the Earth and Planetary Interiors. Het gaat over de effecten van de kristallisatie van de binnenkern van de Aarde op de variatie van de lengte van de dagen. Onze conclusie is dat dit effect momenteel neerkomt op een relatieve vermindering van ongeveer 3 microseconden per eeuw. Dit uiteraard naast het dominante effect, veroorzaakt door de wrijving ten gevolge van de getijden, waarbij de dagen per eeuw iets minder dan 2 milliseconden langer worden. Op zich is dat niet veel, maar in de loop van miljoenen jaren loopt dat serieus op: zo’n 400 miljoen jaar geleden b.v. duurde een dag ongeveer 21 à 22 uur.

 

Zijn er ook materiële sporen te vinden dat in vroeger tijden de dagen effectief een stuk korter waren dan nu?

 

Daarvoor beschikken we over fossiele horloges: net zoals de jaarringen van een boom ons heel wat kunnen vertellen niet alleen over de boom zelf, maar ook over de biotoop waarin die zich ontwikkelde, zo kunnen de kalkafzettinglaagjes waaruit schelpen en koralen zijn opgebouwd dienen als indicatie i.v.m. seizoensvariaties en de opeenvolging van dag en nacht. Er blijkt immers een duidelijk verband te zijn tussen de kalklaagjes en de hoeveelheid licht in de atmosfeer. De invloed van de Maan zorgt voor slechts minieme variaties in de kalkafzettingen per maand, maar toch kunnen paleontologen op basis daarvan, na heel nauwgezet onderzoek, komen tot een precies aantal dagen in één jaar. Ervan uitgaand dat de periode van één jaar gedurende miljarden jaren erg stabiel is gebleven, hetgeen volgens de wetten van de hemelmechanica het geval zou moeten zijn. De oudste waarden die men op basis van fossiele kalkafzettingen heeft kunnen achterhalen voor de daglengte zijn er van 2,5 miljard jaar geleden, het begin van het Proterozoïcum. En dat er evolutie in het aardsysteem zit blijkt b.v. uit het feit dat in het Devoon (ongeveer 400 miljoen jaar geleden) er zoiets als 400 dagen in een jaar waren. Dat is een verschil van zowat tien procent met tegenwoordig, hetgeen toch wel aanzienlijk is, niet?

 

Wat zijn uw voornaamste bevindingen wat betreft de evolutie van de lengte van de dagen van onze Aarde?

 

Door de gegevens op basis van fossielen i.v.m. het Proterozoïcum (2.500 tot 540 miljoen jaar geleden) en het Paleozoïcum (540 tot 250 miljoen jaar geleden) te vergelijken blijkt dat de Aarde ten tijde van het Proterozoïcum minder snel vertraagde dan verwacht. De Maan stond toen immers veel dichter bij de Aarde, waardoor er sterkere getijden zouden moeten geweest zijn alsook meer wrijving. Dit knelpunt is een belangrijk onderdeel van mijn wetenschappelijk onderzoekswerk.

In het Archaeïcum, de periode vóór het Proterozoïcum, waren er zeker ook al oceanen, maar wellicht waren ze niet erg diep. Toen waren er nog geen continentale platen zoals we ze nu kennen. Het continent vormde één groot geheel, met als gevolg dat de getijden die door de nabijheid van de Maan werden opgewekt heel anders verliepen dan nadien, met minder wrijving en als gevolg dus ook minder vertraging van de aardrotatie.

We hebben getracht ook de intensiteit van het aardmagnetisch veld in dit onderzoek te betrekken, maar het is zeer moeilijk de precieze waarden van het aardmagnetische veld in het verleden te achterhalen. Voor het Devoon blijkt er duidelijk een periode geweest te zijn met een minimum in de sterkte van het aardmagnetische veld, maar bij het zoeken naar dergelijke minima in het Proterozoïcum hebben we niets kunnen vinden.

Wat mogelijks ook heeft bijgedragen tot de veranderende rotatieduur van onze Aarde is de evolutie van de planeetkern. Tijdens het Proterozoïcum was de kern van de Aarde immers aan het groeien omdat het zware element ijzer daar naartoe aan het zakken was. Denk hierbij aan het gekende effect bij de ijsschaatser die tijdens een pirouette zijn uitgestrekte armen naar zich toe beweegt: door behoud van kinetisch moment gaat hij sneller draaien. Dat is precies hetgeen met de Aarde gebeurt wanneer de ijzerkern groeit: het moment van inertie vermindert en zo beïnvloedt ook dit proces de lengte van de aardse dagen.

 

Begin 2001 werd in het wetenschappelijk tijdschrift Icarus het artikel ‘On the Final Destiny of the Earth and the Solar System’ gepubliceerd. Waarom baarde dat artikel dat u samen met Rafal Rybicki geschreven hebt internationaal zoveel opzien?

 

Het onderzoek dat ik een tijdje terug samen met Rafal Rybicki publiceerde over het uiteindelijke lot van de Aarde en het zonnestelsel kan je eigenlijk beschouwen als een pekelzonde van twee geofysici "purs et durs". Wij houden ons in essentie bezig met de fysische processen die op de planeet Aarde inwerken. Vandaar ook onze interesse voor het fenomeen van de getijden. Toen wij dan even een zijsprongetje waagden om eens te berekenen hoe ons zonnestelsel finaal zou evolueren als we terdege rekening houden met dat getijdenfenomeen, kwamen we tot de conclusie dat de Zon, wanneer zij binnen ongeveer zeven miljard jaar een rode reuzenster geworden is, groot genoeg zal zijn om de Aarde te verzwelgen en waarschijnlijk te doen verdampen zoals een sneeuwvlok die in het vuur valt.

En zo kwam dat bewuste artikel tot stand. Na de publicatie ervan in Icarus vond ook Nature het de moeite waard onze bevindingen wereldkundig te maken. En vervolgens gaf ook de internationale pers er de nodige ruchtbaarheid aan, ongetwijfeld omwille van de ‘sensationele’ titel van het artikel.

 

En hoe kwamen jullie tot die bevindingen?

 

Uiteraard wordt het ultieme lot van ons zonnestelsel hoofdzakelijk bepaald door de verdere evolutie van onze Zon.

Zoals men wel weet zal die niet altijd blijven schijnen zoals dat nu het geval is. Wanneer de waterstofvoorraad van de Zon niet meer toereikend is, zwelt de Zon op tot een rode reuzenster. Er komt in eerste instantie een einde aan de kernfusieprocessen waarbij in de kern waterstof werd omgezet in helium. Onder invloed van de zwaartekracht stort de sterkern in elkaar totdat er in het binnenste omstandigheden ontstaan waarbij helium kan gefuseerd worden tot zwaardere elementen. Wanneer de heliumontbranding op gang komt, zal dat gepaard gaan met een krachtige en helle energiestoot waarbij de buitenste gaslagen worden afgestoten. Nadien zullen er nog verscheidene ontbrandingsflitsen volgen, telkens wanneer de nieuwe brandstofvoorraad opgebruikt is en er kernfusieprocessen op gang komen op basis van steeds zwaardere elementen. Tot er uiteindelijk niets meer te fuseren valt en de Zon afkoelt en inkrimpt tot een witte dwergster.

Wat er met de rest van het zonnestelsel gebeurt tijdens deze evolutiefasen van de Zon hangt grotendeels af van waar de verschillende objecten zich bevinden t.o.v. de Zon. Het lot van Mercurius is bezegeld, want deze planeet wordt helemaal verzwolgen door de uitdijende gaslagen van rode reuzenster. En waarschijnlijk wacht Venus hetzelfde lot. Voor Mars en de verder weggelegen planeten zal de opzwellende Zon wel ingrijpende gevolgen hebben, maar niet zodanig dat zij in hun voortbestaan bedreigd worden. Zij zullen de ‘zonnestorm’ wel doorstaan.

 

Met onze Aarde loopt het minder goed af?

 

Er zijn onderzoekers die beweren dat de Zon niet voldoende zal opzwellen om de Aarde te verzwelgen, terwijl andere onderzoekers ervan uitgaan dat dit wel degelijk het geval zal zijn. Het is daarom van groot belang niet alleen rekening te houden met de huidige positie van de Aarde t.o.v. de Zon, maar ook in te calculeren hoe de afstand tussen de Zon en de Aarde zal veranderen wanneer de Zon als rode reuzenster gaslagen afstoot en dus massa verliest. Het gevolg is een verminderende aantrekkingskracht, zodat de planeten zich kunnen verwijderen van de Zon.

Maar planeten die door de buitenste gaslagen van de Zon ingevangen raken of zich in de nabijheid ervan bevinden zullen tezelfdertijd ook een afremmende invloed ondergaan. Met als resultaat dat ze vertragen en naar de Zon toe evolueren. Het zijn Rafal Rybicki en ik die voor het eerst effectief berekend hebben welke de effecten van deze getijdenwerking zou kunnen zijn voor de Aarde en de andere planeten van ons zonnestelsel. Wanneer geen rekening wordt gehouden met dergelijke getijdeneffecten, zien we de Aarde en zelfs Venus geleidelijk weg bewegen van de Zon. Maar wanneer er wel rekening mee gehouden wordt, lijkt de Aarde in eerste instantie wel het rode reuzenstadium te overleven, tot ze te maken krijgt met die opeenvolgende energiestoten wanneer telkens nieuwe kernfusieprocessen op gang komen in het inwendige van de Zon. Waarschijnlijk zal tijdens één ervan de Aarde opgeslokt worden door de daarbij uitgestoten gaslagen, naar binnen getrokken worden en daar verdampen ten gevolge van de verzengende hitte in de Zon. Tenzij deze energiestoten voor slechts relatief korte perioden van uitdijing zorgen, zodanig dat de Aarde wel zwartgeblakerd maar niet naar binnen getrokken wordt en het inferno toch overleeft. En uiteindelijk als een verkoolde sintel rond de witte dwerg die onze Zon geworden is blijft cirkelen.

Wij hebben getracht omzichtig met alle gegevens om te springen, terwijl wij ons ook bewust zijn van het feit dat bepaalde parameters moeilijk precies te voorspellen zijn voor een bepaalde periode in de toekomst, zoals o.a. de afstand tussen Zon en Aarde, die toch wel erg belangrijk is in deze context. Daarom zijn de conclusies waar wij mee naar buiten traden erg voorzichtig geformuleerd. Maar in de media moet nieuws natuurlijk altijd sensationeel zijn en werd met veel poeha en zonder veel reserve gesproken over het vurige einde van onze Aarde. 

 

Alleszins bedankt, professor Denis, voor dit interview.