Het kan zijn dat er leven op andere planeten op de loer ligt. Maar vast hier op aarde, hoe kunnen we het ooit zeker weten? Een goede plek om te beginnen is door te zoeken naar de verbindingen op andere werelden die bekend staan ​​als de belangrijkste ingrediënten van het leven zoals wij dat kennen.

Het detecteren van deze zogenaamde biosignaturen, verbindingen waarvan bekend is dat ze door levende organismen worden geproduceerd, zou een sterk bewijs zijn dat werelden leven kunnen bevatten. Maar chemicaliën oppikken uit zulke verre werelden, en het kiezen van de juiste verbindingen om naar te zoeken, het is ingewikkeld.

Professor Ignas Snellen van de Universiteit Leiden in Nederland heeft technieken verfijnd die gegevens van de grootste telescopen op de grond combineren met beeldvorming met hoog contrast die vage objecten zoals planeten kunnen onthullen. De telescopen gebruiken zeer nauwkeurige spectroscopie om de verschillende golflengten van het licht dat ze vanuit de ruimte waarnemen te onderzoeken.

"Je wilt het werkelijke sterlicht zoveel mogelijk wegfilteren om alle informatie die je van de exoplaneet kunt krijgen zichtbaar te maken, " zei prof. Snellen.

Door het sterlicht te onderzoeken dat door de atmosfeer van een planeet filtert en ons op aarde bereikt, het is mogelijk om de soorten gassen die aanwezig zijn af te leiden.

Hoewel telescopen nog niet groot genoeg zijn om de spectra van planeten ter grootte van de aarde te onderzoeken, wetenschappers scherpen hun methoden aan op grotere exoplaneten, zogenaamde hete Jupiters, die veel te heet zijn om het leven zoals wij dat kennen te ondersteunen. Dit zijn gasreuzen exoplaneten die heel dicht bij hun moederster cirkelen. zo nauw, in feite, dat ze netjes op slot zitten, zoals onze maan, waarbij de exoplaneet slechts één keer ronddraait met elke baan rond zijn ster.

Met de ene kant van zulke planeten altijd in het licht en de andere altijd in het donker, de lichte kant wordt zo heet dat de atmosfeer kan verdampen, het creëren van een wind van materie die van de planeet stroomt, een beetje zoals de staart van een komeet.

In het EXOPLANETBIO-project, Prof. Snellen en zijn team gebruikten voor het eerst zeer nauwkeurige spectroscopie om de hoeveelheid helium in de hete Jupiter-atmosfeer te bevestigen met behulp van telescopen op de grond. die kan onthullen hoe ver dit proces is gegaan.

"Dat was een doorbraak voor deze hete Jupiters, "zei hij. "Dit soort exosferische staarten waren bekend, maar ze zijn erg moeilijk waar te nemen omdat de enige manier om ze te zien was door waterstof te detecteren, die niet kan worden gedetecteerd door de atmosfeer van de aarde, met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop.

"Nutsvoorzieningen, met de sterkere heliumlijn kunnen we dat heel goed vanaf de grond met telescopen."

Begrijpen of een hete Jupiter uit zijn atmosfeer kan bloeden, en hoe lang het kan duren, kan verklaren hoe de atmosfeer van alle exoplaneten in de loop van de tijd verandert.

"Dit soort atmosferische ontsnappingsprocessen zijn nu niet erg belangrijk, maar in het vroege zonnestelsel waren ze, omdat de zon veel actiever was, " zei prof. Snellen.

exoplaneet klimaat

Door gebruik te maken van deze nieuwe technieken, zijn team heeft ook nog een primeur weten te behalen, het detecteren van de spinsnelheid - hoe snel een planeet draait - en de baansnelheid van exoplaneten.

"De spinsnelheden op hete Jupiters zijn over het algemeen vrij laag, aangezien ze over het algemeen getijde vergrendeld zijn, " hij zei.

Dat kan iets onthullen over het klimaat en het bijbehorende weer op de exoplaneet.

"Als een planeet snel draait, het krijgt bands als Jupiter. De aarde draait langzamer en heeft enkele banden, maar het wordt nog steeds voornamelijk gedomineerd door lagedruksystemen. Nutsvoorzieningen, als je een hete Jupiter hebt die nog langzamer draait, je zou geen gestreepte structuur krijgen. Je krijgt heel verschillende weersystemen, " hij zei.

Hij heeft winden kunnen waarnemen hoog in de atmosfeer van zulke planeten, als energie van het warmere, de zijde van de eeuwige dag wordt gedraaid naar de koelere nachtzijde.

Prof. Snellen is ervan overtuigd dat een upgrade naar het CRIRES-instrument (CRyogene hoge-resolutie InfraRed Echelle Spectrograph), volgend jaar online op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory (ESO), zullen ze verbindingen zoals methaan op koelere planeten laten vinden. Methaan kan een onderdeel van het leven zijn als het wordt aangetroffen in planeten ter grootte van de aarde.

"Ik zie dit als een soort speelterrein. We leren nu de methoden die we op een dag kunnen toepassen op aardachtige planeten. De (ESO's) Extreem Grote Telescoop zou in 2026 klaar moeten zijn, en daarmee kunnen we aardachtige planeten gaan onderzoeken."

Teken van leven

Maar zelfs als je goede monsters hebt van Rocky, Planeten ter grootte van de aarde, hoe weet je of een verbinding echt een teken van leven is?

"Geologie is erg goed in het produceren van dingen die op leven lijken, zoals methaan. Het kan van koeien komen of het kan van rotsen komen, " zei professor Kevin Heng, een professor aan de Universiteit van Bern in Zwitserland.

"Als je denkt aan biohandtekeningen, ze moeten aan verschillende voorwaarden voldoen. Ze moeten niet worden nagebootst door de geologie, ze moeten lange tijd in de atmosfeer aanwezig zijn, wat betekent dat ze erg stabiel zijn of op de een of andere manier worden aangevuld, en ze moeten detecteerbaar zijn."

Als onderdeel van het EXOKLEIN-project, Prof. Heng werkt eraan om te bepalen of dergelijke verbindingen, zoals methylchloride en ammoniak, kan lang genoeg duren in exoplanetaire atmosferen om te studeren, door kleine planeten rond dwergsterren te modelleren. Het is een bijzondere uitdaging voor planeten ter grootte van de aarde, waarvan de atmosfeer in de loop van de tijd kan veranderen.

"Als je naar een planeet als Jupiter kijkt... ze lijken een beetje op de zon. Ze zijn gemaakt van waterstof, ze hebben sporenelementen van metalen enzovoort. Op basis van verschillen tussen de planeet en de ster kan ik achterhalen hoe deze is ontstaan. Het zou een fossielenbestand bijhouden van hoe het gevormd is, " zei prof. Heng.

Maar voor kleinere planeten, hun atmosfeer is in de loop van de tijd aanzienlijk veranderd door processen zoals de koolstofcyclus.

"We hebben de afgelopen acht tot tien jaar uitgezocht hoe we klimaatmodellen kunnen gebruiken die zijn ontworpen voor de aarde (op exoplaneten), en hoe je ze kunt aanpassen en aanpassen."

Die modellen zullen worden gebruikt om mogelijke verklaringen te geven voor gegevens die worden verzameld wanneer instrumenten in staat zijn om kleinere planeten op leven te onderzoeken, om te begrijpen of verbindingen echt biosignaturen zijn of kunnen worden weggeredeneerd als geologisch.

"Buitengewone claims vereisen buitengewone bewijsnormen, dus als iets consistent is met het niet nodig hebben van biologie, Ik zou zeggen dat er geen biologie is, " zei prof. Heng.

Hij modelleert ook planeten die mogelijk een dramatischer lot hebben gehad. Voor kleine planeten rond rode sterren om leven te ondersteunen, ze zouden een zeer strakke baan moeten hebben, waardoor ze netjes opgesloten zitten als hete Jupiters.

"Dit betekent dat de nachtzijde echt koud is, en misschien zo koud dat de gassen in de atmosfeer in ijs zouden condenseren. Dus, je krijgt een op hol geslagen condensatie en je hebt geen atmosfeer - atmosferische ineenstorting, " zei hij. Zo'n ineenstorting zou planeten koud en levenloos achterlaten, zoals Mars.

Hoewel het werk nu slechts theoretisch is, aankomende missies zoals de CHEOPS-satelliet van de European Space Agency en NASA's James Webb Space Telescope zouden gegevens moeten opleveren die hij kan vergelijken met zijn theorieën.

"Wanneer Webb wordt gelanceerd (in 2021), er zal een kwantumsprong zijn in de kwaliteit van gegevens. Het kan gebeuren dat de ineenstorting van de atmosfeer zo wijdverbreid is dat de helft van de kleine planeten rond rode sterren geen atmosfeer heeft."