Onzekerheid in de wetenschap is een goede zaak. Want zo werkt het wetenschappelijke model:je observeert een fenomeen, dan een hypothese vormen over waarom dat fenomeen plaatsvindt, test dan de hypothese, waardoor je een nieuwe hypothese ontwikkelt, enzovoort. Dat proces betekent dat het moeilijk kan zijn om ooit iets zeker te weten. In plaats daarvan, wetenschappers proberen de onzekerheid in hun metingen te begrijpen, hun modellen, hun conclusies.

Met andere woorden, in plaats van een beperking te zijn, onzekerheid kan helpen onze kennis van de natuurlijke wereld te verbeteren, en vertel ons welke vragen we vervolgens moeten stellen.

Maar dat comfort met onzekerheid vertaalt zich niet altijd in hoe wetenschappelijke bevindingen worden gecommuniceerd. Vooral met alomtegenwoordige sociale media en snelle doorlooptijden voor journalisten en persbureaus, de nuances of zelfs de belangrijkste beperkingen van een wetenschappelijke ontdekking kunnen moeilijk aan het publiek worden overgebracht. Als resultaat, het is mogelijk dat mensen – heel begrijpelijk – de indruk krijgen dat een nieuwe bevinding robuuster is dan deze in werkelijkheid is.

Neem exoplaneten. Ooit gedacht te worden beperkt tot het rijk van science fiction, er zijn er nu meer dan 4, 000 werelden waarvan bekend is dat ze om andere sterren draaien. En dat aantal stijgt voortdurend. Best spannend, ruimtevaartuigen zoals NASA's TESS-missie zijn steeds beter in staat om kleinere, rotsachtige exoplaneten, inclusief degenen die op de aarde lijken en misschien zelfs bewoonbaar zijn.

Er zijn verschillende methoden waarmee exoplaneten worden gedetecteerd. Vermoedelijke exoplaneten worden "kandidaten" genoemd totdat twee of bij voorkeur meer onafhankelijke benaderingen bevestigen dat ze zijn, in feite, echt. De twee primaire technieken zijn transitfotometrie en de radiale snelheidsmethode.

Transit-fotometrie omvat het observeren van een verre ster door een telescoop (meestal een zeer krachtige) en kijken of de helderheid ervan afneemt. Als, een verklaring voor die verduistering is dat er een planeet tussen de ster en de waarnemer op aarde is gepasseerd. Als een ster regelmatig lijkt te dimmen, dat is goed indirect bewijs dat een planeet die voor de ster kruist de boosdoener is. Doorgangsfotometrie kan zelfs de grootte van een planeet schatten, door te meten hoeveel de planeet zijn ster dimt (omdat een grotere planeet meer licht zal blokkeren dan een kleinere planeet).

Natuurlijk, om deze methode te laten werken, het baanvlak van een exoplaneet moet zodanig zijn dat het de ster kruist zoals gezien door de aarde. En de planeet moet vaak genoeg om zijn ster cirkelen zodat we hem binnen een redelijke hoeveelheid waarnemingstijd kunnen detecteren. Bijvoorbeeld, een planeet die er net zo lang over doet om rond een ster te draaien als Pluto om de zon draait, is niet iets dat we waarschijnlijk zullen detecteren, zelfs als zijn baanvlak aan de rand van de aarde is.

De radiale snelheidsmethode zoekt naar kleine schommelingen in de rotatie van een ster (gemeten aan de hand van variaties in de eigenschappen van het licht dat hij uitstraalt). Zoals het geval is voor transitfotometrie, als dit wiebelen regelmatig voorkomt, dan zouden we redelijkerwijs kunnen concluderen dat de zwaartekracht van een in een baan om de aarde draaiende planeet verantwoordelijk is. En, opnieuw, deze wiebeling moet zich vaak genoeg herhalen zodat we een kans hebben om hem met telescopen op te pikken.

Echter, een groot voordeel van de radiale snelheidsmethode ten opzichte van transitfotometrie is dat een planeet zijn ster niet hoeft te kruisen vanuit het perspectief van een astronoom op aarde. Maar dat is ook waar een grote onzekerheid ligt in het begrijpen van het soort planeet dat we met deze methode zouden kunnen detecteren.

Stel je een planeet voor die om zijn ster cirkelt in een baan aan de rand, ten opzichte van de aarde. De schommeling die deze planeet in zijn ster zou veroorzaken, zou vanuit ons perspectief een maximale waarde zijn:de hoeveelheid die de ster zou bewegen is het grootst naar ons toe of van ons af. (Natuurlijk, de hoeveelheid van deze beweging is echt klein, maar iets dat we nog steeds kunnen meten met moderne telescopen.). Anderzijds, als de planeet in een baan om ons heen zou draaien, dat wil zeggen, we zouden de hele baan als een cirkel zien vanuit ons gezichtspunt - dan zouden we helemaal geen wiebelen zien. Al het trekken aan de ster zou in het vlak van de baan zijn, laat geen verandering in de eigenschappen van het licht van de ster voor ons om te detecteren.

Maar wat als, zoals het meest waarschijnlijk is, een planeet draait in een vlak dat niet aan de rand ligt, noch gezicht op, aan ons?

De wiebel die we zouden detecteren zou een deel van de totale wiebel zijn. En aangezien de grootte van de wiebeling verband houdt met de massa van de om de aarde draaiende planeet, we zouden alleen een minimumwaarde kunnen meten voor de massa van die planeet. Dit is van belang, omdat massa gelijk staat aan grootte:een planeet met een lage massa heeft een grotere kans om rotsachtig te zijn dan een planeet met een hoge massa. En hier zijn meerdere detectiemethoden nuttig, want als transitfotometrie de grootte van een planeet kan meten, en radiale snelheidsmetingen geven ons de massa van de planeet, dan kan de dichtheid van de exoplaneet worden berekend.

Een planeet met een hoge dichtheid is veel waarschijnlijker rotsachtig - zoals de aarde of Venus - dan een planeet met een lagere dichtheid, die voornamelijk uit gassen kunnen bestaan, zoals Neptunus en Uranus. Maar voor een exoplaneet gedetecteerd met alleen radiale snelheid, het kan onmogelijk zijn om te weten of de gemeten massawaarde nauwkeurig is, en dus de aard van zo'n planeet, gesteente of gasvormig, is onzeker.

Astronomen weten dit, natuurlijk, en tenzij de hoek van de baan van een planeet ten opzichte van de aarde bekend is (met transitfotometrie, zeggen), ze rapporteren de massa van een exoplaneet die is gevonden met de radiale snelheidsmethode als minimum. Dit is een voorbeeld van waar onzekerheid in de wetenschap volledig wordt erkend. Maar het is ook een voorbeeld van waar die onzekerheid niet per se duidelijk is voor iemand die niet echt bekend is met hoe exoplaneten worden ontdekt.

Bijvoorbeeld, in 2016, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht heeft de ontdekking aangekondigd van een planeet in een baan om de dichtstbijzijnde ster bij de zon, Proxima Centauri. deze planeet, genaamd Proxima b, werd gedetecteerd met de radiale snelheidsmethode en heeft een minimale massa van 1,27 keer die van de aarde, waardoor het een rotsachtige planeet wordt. (Je kunt een artist impression van de planeet bovenaan deze pagina zien.)

Maar het is heel goed mogelijk dat Proxima b nog massiever is, en zou zelfs een mini-Neptunus kunnen zijn - een soort planeet die niet in ons zonnestelsel voorkomt, maar dat schijnt elders gebruikelijk te zijn, met een dikke waterstof-heliumatmosfeer. Een mini-Neptunus lijkt in niets op een rotsachtige wereld zoals de aarde, maar de illustraties bij het nieuws over de ontdekking van Proxima b (zoals die bovenaan deze pagina) konden die onzekerheid niet gemakkelijk weergeven. En dus, hoewel exoplaneten ongelooflijk opwindende dingen zijn om te bestuderen en over te leren, het is de moeite waard om open te staan ​​als er artikelen verschijnen over de mogelijke bewoonbaarheid van planeten die net naast ons liggen. Minstens, totdat we ze daadwerkelijk kunnen bezoeken.