Exoplaneten en buitenaards leven - deel 3

Deze tekst is een vervolg op een eerder artikel op deze website.

 

Belangrijke recente ruimtemissies om exoplaneten te ontdekken

 

COROT

In december 2006 werd, in samenwerking met de ESA, de satelliet COROT in een baan rond de Aarde gelanceerd. De naamgeving COROT staat voor Convection, Rotation and Planetary Transits, maar verwijst tevens naar de bekende Franse schilderJean-Baptiste Corot uit de achttiende eeuw. Al dateert het eerste concept van COROT reeds van 1994, toch kon de satelliet pas in december 2006 vanaf de Baikonoerbasis succesvol gelanceerd worden.

COROT was de eerste satelliet met een dubbele opdracht. Enerzijds moest COROT met aangepaste apparatuur de inwendige structuur van sterren onderzoeken. Ongeveer 120.000 sterren werden onderzocht. Anderzijds moest COROT ook aardachtige exoplaneten opsporen.

De duur van de missie was oorspronkelijk vastgesteld op 2,5 jaar, maar gezien het succes werd deze opdracht verlengd tot 2013. In november 2012 werd helaas een onherstelbaar defect vastgesteld aan het computersysteem. In juni 2013 was men verplicht om de satelliet vroegtijdig buiten werking te stellen. Na het buiten werking stellen werd COROT in een lagere baan om de Aarde gebracht en brandde er na enige tijd op. COROT was de eerste satelliet die op een systematische manier volgens de transitmethode exoplaneten opspoorde. In die zin opende COROT de weg voor de latere opdrachten van de NASA-satellieten Kepler en TESS.

In mei 2007, vier maanden na de lancering, ontdekte COROT reeds een eerste exoplaneet, COROT-1b. Noemenswaardig is ook dat COROT in 2009 de eerste niet gasvormige exoplaneet ontdekte, COROT-7b

 

Kepler Space Observatory

In maart 2009 werd door de NASA het Kepler Space Observatory gelanceerd. Deze satelliet, genoemd naar de beroemde astronoom Johannes Kepler, had als doel op een systematische wijze aan de hemel kleine aardachtige planeten op te sporen. Oorspronkelijk was de lancering acht maanden vroeger gepland, maar om financiële redenen werd die noodgedwongen uitgesteld. Na enkele dagen testen kon de ruimtetelescoop op 12 mei 2009 zijn wetenschappelijk onderzoek effectief aanvatten.

De opdracht van de Kepler-sateliet bestond erin om niet al te ver gelegen exoplaneten op te sporen in een aan de hemel nauwkeurig afgebakende zone van 115² graden gelegen in het sterrenbeeld Zwaan. De afgebakende zone vertegenwoordigt ongeveer 0,25% van het totale hemelgewelf. Van ongeveer 500.000 sterren werden de lichtcurven onderzocht en Kepler ontdekte ruim 2.600 exoplaneten.

Het succes van de Kepler-satelliet was ronduit verbluffend. Na één jaar onderzoek werd bekend gemaakt dat tijdens de eerste zes waarnemingsweken reeds meer dan 750 potentiële planeten bij andere sterren waren ontdekt. In ditzelfde jaar 2010 maakte de American Astronomical Society op een bijeenkomst ook bekend dat men voor het eerst een groep van vijf exoplaneten ontdekt had bij sterren Kepler-4, Kepler-5, Kepler-6, Kepler-7 en Kepler-8. In januari 2015 ontdekte Kepler het tot nu toe oudste bekende meervoudig exoplanetenstelsel in het melkwegstelsel.

De Kepler-satelliet is zonder twijfel uitgegroeid tot de belangrijkste en meest succesvolle exoplanetenontdekker. In maart 2016 had hij al meer dan 1.200 exoplaneten ontdekt. Dankzij Kepler is men meer en meer de mening toegedaan dat planeten in andere zonnestelsels gemeengoed zijn.

De Kepler-satelliet kreeg in 2013 wel af te rekenen met technische moeilijkheden maar, na een jaar werken, slaagde de NASA erin om deze te verhelpen en de satelliet in werking te houden. Op 30 oktober 2018 was de brandstof van het Kepler Space Observatory volledig opgebruikt, en de NASA stelde op 15 november 2018 definitief een einde aan zijn opdracht, een mooie datum want 15 november was ook de 388^ste verjaardag van het overlijden van Johanes Kepler in 1630. 

 

Automated Planet Finder

In 2013, na herhaalde vertragingen, werd een volledig gerobotiseerde telescoop in gebruik genomen, de Automated Planet Finder of APF. Dit is een volledig geautomatiseerde optische telescoop, speciaal ontworpen om vanop Aarde te zoeken naar exoplaneten waarvan de massa binnen de grenzen van vijf tot twintig keer de massa van de Aarde ligt, en dit bij sterren die zich niet verder dan 100 lichtjaar van de Aarde bevinden. Aangezien de waarnemingen vanop Aarde gebeuren en niet met behulp van een satelliet moest wel gezocht worden naar een uitgelezen locatie. Deze werd gevonden in Californië. De telescoop werd gebouwd op het Lick Observatory boven op de Hamiltonberg. De automatische waarnemingen gingen van start op 1 januari 2014.

Het opsporen van exoplaneten zal gebeuren door de kleine bewegingen van sterren te bestuderen die zich, ten gevolge van de aanwezigheid van planeten, voordoen. De gevoelige apparatuur van de APF is in staat stellaire bewegingen te meten die niet groter zijn dan één meter per seconde.

De APF werd ook betrokken bij een groots opgezet SETI-project, het Breakthrough Listen Project, dat in januari 2016 van start is gegaan met de bedoeling om gedurende tien jaar signalen op te sporen van mogelijke buitenaardse intelligentie. Het project werd aangekondigd op 20 juli 2015, net op de verjaardag van de landing van de Apollo 11 op de Maan. Bij deze gelegenheid werd een open brief gepubliceerd die door tal van vooraanstaande wetenschappers werd ondertekend. Onder de ondertekenaars bevond zich onder andere Stephen Hawking. Hij ondertekende de brief met de volgende opmerking "In an infinite Universe, there must be other life. There is no bigger question. It is time to commit to finding the answer."

 

Breakthrough Listen

Het Breakthrough Listen Project zal voor zijn onderzoek zowel van radiogolven als van optische laserstralen gebruik maken. De waarnemingen met radiostralen worden uitgevoerd door twee verschillende observatoria, met name het Green Bank Observatory dat het noordelijk halfrond van de hemel afspeurt en het Parkes Observatory dat het zuidelijk halfrond voor zijn rekening neemt. Maar ook de APF wordt bij het project betrokken en zorgt voor de optische waarnemingen. De APF is in staat zwakke laserstralen waar te nemen tot op een afstand van 4,5 lichtjaar.

Het Breakthrough Listen Project behoort tot de meest ambitieuze die er tot nu toe geweest zijn om buitenaards leven op te sporen. Verwacht wordt dat men in één dag meer data zal ontvangen dan bij vroegere SETI-projecten in één jaar het geval was. In april 2017 werden de eerste resultaten gepubliceerd. Updates zullen om de zes maanden volgen.  

 

TESS

In april 2018 was het de beurt aan de Transiting Exoplanet Survey Satellite, beter gekend als TESS, om gelanceerd te worden. Het is de bedoeling om met deze satelliet systematisch exoplaneten op te sporen die zich dichter bij ons bevinden dan de exoplaneten die door Kepler werden ontdekt. Men hoopt zo van deze exoplaneten meer details te kunnen ontdekken die zouden kunnen wijzen op het mogelijk ontstaan van leven.

TESS draait in 13,7 dagen in een baan om de Aarde en zal exoplaneten opsporen volgens de klassieke transitmethode. De satelliet heeft hiervoor vier camera's aan boord die voorzien zijn van breedhoeklenzen. Die camera's zullen gedurende een beperkte periode systematisch 26 wel afgebakende sectoren van de hemel onderzoeken. Het eerste jaar van de missie zal het noordelijk halfrond worden onderzocht en het tweede jaar het zuidelijk halfrond. Op die manier zal praktisch het volledige hemelgewelf worden onderzocht.

De TESS-satelliet is niet enkel een verbeterde versie van de Kepler-satelliet, er zijn ook belangrijke verschilpunten. Zo zal TESS het grootste deel van het hemelgewelf onderzoeken, daar waar Kepler zich beperkte tot een klein deel (0,29%) ervan. Een ander belangrijk verschilpunt is nog dat Kepler in zijn zoektocht alle sterren van de onderzochte zone op een permanente wijze voor zijn rekening nam. Dit was nodig omdat veel veraf gelegen exoplaneten een kleinere luminositeit hebben en dus moeilijker waarneembaar zijn. Daarom zal TESS zijn onderzoek richten op meer nabijgelegen sterren met een grotere luminositeit, op afstanden tussen 30 en 300 lichtjaar. Op deze manier hoopt men met TESS bepaalde fysische eigenschappen van exoplaneten te kunnen detecteren die zouden kunnen wijzen op de mogelijke aanwezigheid van leven.

De verwachtingen zijn hooggespannen, want men hoopt met TESS een klein duizendtal aardachtige exoplaneten op het spoor te komen, waarvan verschillende zich dan in een zone rond de ster bevinden waar ontstaan van leven mogelijk moet zijn. Het is de bedoeling om nadien met de James Webb Space Telescope deze exoplaneten aan een grondiger onderzoek te onderwerpen.

 

De benaming van exoplaneten

Wanneer men een lijst van exoplaneten raadpleegt, valt op dat uniformiteit in de naamgeving niet altijd op dezelfde manier gebeurt. Van uniformiteit is er dus geen sprake. 

De meest verspreide methode voor de naamgeving is wel de WMC-methode (Washington Multiplicity Catalog). De exoplaneten uit de tekst van dit artikel werden volgens deze methode benoemd. 

 In de WMC-methode worden de sterren van een bepaald systeem, bijvoorbeeld een binair systeem, al naargelang van hun lichtsterkte geïdentificeerd met hoofdletters, waarbij aan de helderste ster de letter A wordt toegewezen, en vervolgens in dalende mate van hun lichtsterkte de volgende letters B, C, … van het alfabet. Zo men rond één van die sterren een exoplaneet ontdekt, wordt die aangegeven door een gewone letter b toe te voegen aan de benaming van de erbij horende ster. De letter 'a' wordt dus niet gebruikt. Die blijft voorbehouden voor de ster zelf. Zo er nu verschillende exoplaneten rond eenzelfde ster ontdekt worden, dan worden die exoplaneten in de verdere alfabetische volgorde aangeduid, te beginnen bij de exoplaneet die zich het dichtst bij de ster bevindt. Zo wordt de exoplaneet die verbonden is aan de ster 51 Peg A aangeduid als 51 Peg Ab. In een meervoudig planetensysteem zoals dit het geval is rond Trappist I worden de opeenvolgende exoplaneten aangeduid als Trappist I b, c, d, e, f, g en h, zoals te zien op onderstaande figuur.

 

Copyright: NASA

 

Geboekte resultaten

Het moderne tijdperk van de zoektocht naar exoplaneten begon rond de jaren 1990. Sindsdien ging het in een duizelingwekkende evolutie steeds maar crescendo. Op dit ogenblik staat de teller op meer dan vierduizend erkende exoplaneten. Onderstaande grafiek geeft een overzicht van de explosieve evolutie van de ontdekking en officieel erkende exoplaneten. Hun aantal groeit nog dagelijks aan.

Vele waarnemingen wachten trouwens nog op een officiële erkenning. De verfijning van de gebruikte apparatuur en de nieuwe opsporingsmethodes zijn uiteraard niet vreemd aan deze exponentiële trend.

Volgens een in 2013 gepubliceerde studie (Proceedings of the National Academy of Sciences), zou het aantal planeten in ons Melkwegstelsel, die op onze Aarde gelijken, kunnen geraamd worden op acht à negen miljard. Maar die studie dateert van 2013 en we moeten er ons van bewust zijn dat het steeds ruwe ramingen blijven.

Het zou zinloos zijn om hier een volledige lijst af te drukken van alle gekende exoplaneten. Hierna volgen wel enkele belangrijke ontdekkingen.

# In 1995 werd officieel de eerste exoplaneet ontdekt rond de ster 51 Pegasi. Voordien waren er wel al enkele andere exoplaneten ontdekt, maar die draaiden niet rond een gewone ster maar rond een pulsar. De exoplaneet wordt geïdentificeerd als 51 Pegasi b. Het was een belangrijke ontdekking omdat Pegasi 51 zich 'maar' op vijftig lichtjaar van de Zon bevindt, en daarbij ook nog in vele opzichten op onze Zon gelijkt. De exoplaneet zelf bevindt zich op ongeveer 7,5 miljoen km van de ster en draait eromheen in 4,2 dagen.

# In 1996 werd in het drievoudig stersysteem 16 Cygni een andere belangrijke exoplaneet ontdekt. Dit stersysteem omvat twee gele dwergsterren, 16 Cygni A en B. Beide sterren hebben veel weg van onze Zon. Bij het systeem hoort nog een derde rode dwergster, 16 Cygni C. Er werd een exoplaneet ontdekt rond de ster 16 Cygni B, die men als 16 Cygni Bb aanduidt. De exoplaneet heeft een massa die gelijk is aan 1,68 keer de massa van Jupiter en een omlooptijd rond haar ster van +/- 800 dagen. Op 24 mei 1999 werd een radiosignaal naar het 16 Cygni-stelsel gezonden, met de naam 'Cosmic Call 1', voor het geval daar intelligent leven voorkomt. Het signaal zal daar aankomen in november 2069.

# Meer recent, in 2016, werd zeer dicht bij ons een planeet ontdekt rond de rode dwergster Proxima Centauri. Proxima Centauri werd in 1915 ontdekt. Het is een ster die zich op 4,22 lichtjaar het dichtst bij ons zonnestelsel bevindt. Proxima Centauri vormt met de dubbelster α-Centauri samen een drievoudig stelsel. In 2016 werd rond Proxima Centauri een planeet ontdekt, Proxima Centauri b. Deze ontdekking is zeer belangrijk omdat de exoplaneet zich in een zone rond haar ster bevindt waar men denkt dat leven moet mogelijk zijn. Prox Cent b wordt algemeen beschouwd als een ernstige kanshebber om leven voort te brengen. De massa van de planeet bedraagt 1,3 keer de massa van de Aarde en de planeet heeft een omlooptijd rond de ster van 11,2 dagen. Helaas is niet alles zo positief. Men heeft ontdekt dat er op deze planeet niet voldoende fosfor zou zijn om leven voort te brengen en dat de radioactiviteit er ook aan de hoge kant ligt. Mocht er leven zijn ontstaan, dan is het best mogelijk dat het zich op een volledig andere manier heeft ontwikkeld.

# In 2016 en 2017 ontdekte een groep vorsers onder leiding van de Luikse prof. Michaël Gillon (je kan een MIRA-interview met prof. Gillon lezen via deze link) zeven exoplaneten rond de dwergster Trappist 1, die op ongeveer veertig lichtjaar van de Aarde gelegen is, dit is naar astronomische normen wel heel dichtbij. De planeten werden respectievelijk Trappist I b, c, d, e, f, g en h genoemd (zie eerdere figuur in dit artikel). Deze wel heel specifieke benaming van de dwergster is een duidelijke verwijzing naar de rol die de Belgische vorsers in deze ontdekking hadden. Drie van die exoplaneten, Trappist I e, f en g, zouden zich qua temperatuur en aanwezigheid van water in een bewoonbare zone bevinden. Nooit eerder werd zo’n groot aantal planeten ontdekt waarbij de nodige elementen aanwezig zijn om leven te laten ontstaan. Ze worden in de toekomst dan ook zeker een belangrijk doelwit voor verder onderzoek.

Ondertussen heeft Michaël Gillon reeds een nieuw project in de stijgers, het 'Speculoos'-project. Hier weer een leuke verwijzing naar een typisch Belgisch product. Het is de bedoeling om met vier telescopen, die zich op de Paranal-sterrenwacht in Chili  bevinden, andere exoplaneten op te sporen rond koele sterren. Bij deze sterren werd tot nu toe weinig onderzoek verricht naar exoplaneten.

Michaël Gillon kreeg intussen voor zijn pionierswerk op het gebied van de exobiologie reeds verschillende prijzen. In november 2018 ontving hij de prestigieuze Balzan-onderscheiding, zowat de Italiaans-Zwitserse Nobelprijs. Door Time Magazine werd hij uitgeroepen tot één van de honderd invloedrijkste mensen op de planeet.

 

Is een menselijke reis naar de verre ruimte mogelijk?

Zullen we ooit exoplaneten kunnen bezoeken? Zullen we ooit verre planeten van ons eigen zonnestelsel kunnen bereiken? Enkele decennia geleden vertrokken mensen naar de Maan, maar de Maan is in onze spreekwoordelijke achtertuin. Hoe kan een mens, die gemaakt is om op de Aarde te leven, ook op een andere planeet overleven?  

De problemen die zich hierbij stellen zijn niet min. Het overwinnen van tijd en afstanden zullen zeker een groot probleem zijn. Men zal zeker moeten leren zeer vlug te reizen. Maar het zijn niet de enige problemen die zich stellen. Welke energie zal men voor die verre reizen gebruiken? Alleen nog maar om naar de Maan te gaan was de gebruikte raket reeds voor 90% van haar gewicht met brandstof geladen. Dus onbruikbaar voor verre interstellaire reizen. Maar door wat moet men dergelijke raketten dan vervangen?

Bij een langdurig verblijf in de ruimte stelt zich ook de vraag hoe een mens zal reageren op zo een lang verblijf in een toestand van gewichtsloosheid? Men zal verplicht zijn om op een of andere manier ter plaatse een artificiële zwaartekracht te ontwikkelen. Na een maandenlang verblijf in het International Space Station (ISS) heeft men vastgesteld dat  astronauten last ondervonden van verschillende deficiënties zoals verminderde spiermassa, bloedarmoede of minder beendermassa. Men zal zich niet alleen moeten voorzien van voedsel, maar vooral ook van voedsel dat aangepast is aan de omstandigheden. Zeker is: het zal onmogelijk zijn om voedsel in voldoende mate aan boord mee te nemen. Zal men het dan aan boord moeten produceren? En dit geldt niet alleen voor voedsel: ook andere stoffen zoals water en zuurstof zullen in voldoende mate beschikbaar moeten zijn.    

Nog iets anders. Zullen mensen wel in staat zijn om gedurende een zeer lange reis met elkaar om te gaan in een kleine ruimte? Of hoe zal men een botsing met meteoren en andere hemelse objecten kunnen vermijden? Allemaal vragen waar nog geen afdoend antwoord op is. Maar deze en nog andere problemen zullen moeten opgelost zijn vóór men aan een dergelijk avontuur kan beginnen. 

Maar, zoals Stephen Hawking ooit zei: emigreren naar een andere planeet is op termijn wellicht de enige kans om te overleven. De moeilijkheid is wel dat de Aarde nu eenmaal onze cocon is, en dat wij voor een lange reis in een vijandige omgeving een andere artificiële cocon zullen moeten creëren.

En… hopelijk moeten wij niet emigreren naar een andere planeet omdat wij de onze hebben verprutst...

 

Tekst: Emile Beyens, 24/08/2019