Wetenschap
Wat de dodelijke Venus ons kan vertellen over het leven op andere werelden
Hoewel Venus en de Aarde zogenaamde zusterplaneten zijn, zijn ze net zo verschillend als hemel en hel. De aarde is een natuurlijk paradijs waar het leven ondanks meerdere massale uitstervingen onder de azuurblauwe hemel heeft kunnen voortbestaan. Aan de andere kant is Venus een zinderende planeet met wolken zwavelzuur en een atmosferische druk die sterk genoeg is om een mens te verpletteren.
Maar het zusterding zal niet verdwijnen omdat beide werelden ongeveer dezelfde massa en straal hebben en rotsachtige planeten naast elkaar zijn in het binnenste zonnestelsel. Waarom zijn ze zo verschillend? Wat vertellen de verschillen ons over onze zoektocht naar het leven?
De internationale astronomische gemeenschap erkent dat het begrijpen van de bewoonbaarheid van planeten een cruciaal onderdeel is van de ruimtewetenschap en astrobiologie. Zonder een beter begrip van aardse planeten en hun atmosferen, of ze nu bewoonbaar zijn of niet, zullen we niet echt weten wat we zien als we een verre exoplaneet onderzoeken. Als we een exoplaneet vinden die tekenen van leven vertoont, zullen we hem nooit bezoeken, nooit van dichtbij bestuderen en nooit de atmosfeer ervan kunnen proeven.
Dat verschuift de wetenschappelijke focus naar de aardse planeten in ons eigen zonnestelsel. Niet omdat ze bewoonbaar lijken te zijn, maar omdat een compleet model van aardse planeten niet compleet kan zijn zonder er planeten in op te nemen die bijna letterlijk hellegaten zijn, zoals zuster Venus.
Een recent onderzoeksperspectief in Natuurastronomie onderzoekt hoe de twee planeten uiteen gingen en wat de oorzaak van de divergentie zou kunnen zijn geweest. Het heet "Venus als ankerpunt voor de bewoonbaarheid van de planeet."
De hoofdauteur is Stephen Kane, van het Department of Earth and Planetary Sciences, University of California, Riverside. Zijn co-auteur is Paul Byrne van het Department of Earth, Environmental, and Planetary Sciences, Washington University in St. Louis.
"Een belangrijk aandachtspunt van de planetaire wetenschaps- en astrobiologische gemeenschap is het begrijpen van de bewoonbaarheid van planeten, inclusief de talloze factoren die de evolutie en duurzaamheid van gematigde oppervlakteomgevingen zoals die van de aarde bepalen", schrijven Kane en Byrne.
"De weinige substantiële aardse planetaire atmosferen binnen het zonnestelsel dienen als een kritische hulpbron voor het bestuderen van deze bewoonbaarheidsfactoren, op basis waarvan modellen kunnen worden geconstrueerd voor toepassing op planeten buiten het zonnestelsel."
Vanuit hun perspectief bieden de tweelingen van ons zonnestelsel onze beste gelegenheid om te bestuderen hoe soortgelijke planeten zulke uiteenlopende atmosferen kunnen hebben. Hoe meer we dat begrijpen, hoe beter we kunnen begrijpen hoe rotsachtige werelden in de loop van de tijd evolueren en hoe verschillende omstandigheden de bewoonbaarheid ten goede komen of beperken.
De aarde is een uitzondering. Met zijn gematigde klimaat en oppervlaktewater is het al miljarden jaren bewoonbaar, zij het met enkele klimaatepisodes die het leven ernstig beperkten. Maar als we naar Mars kijken, lijkt het erop dat het een tijdje bewoonbaar is geweest en daarna zijn atmosfeer en oppervlaktewater heeft verloren. De situatie op Mars moet vaker voorkomen dan die op aarde.
Het is een enorme uitdaging om een exoplaneet te begrijpen als we niets van zijn geschiedenis weten. We zien het alleen in één tijdperk van zijn klimaat- en atmosferische geschiedenis. Maar de ontdekking van duizenden exoplaneten helpt.
"De ontdekking van duizenden exoplaneten, en de bevestiging dat aardse planeten tot de meest voorkomende typen behoren, biedt een statistisch raamwerk voor het bestuderen van planetaire eigenschappen en hun evolutie in het algemeen", schrijven de auteurs.
Een beperkt aantal eigenschappen maakt het mogelijk dat biochemie ontstaat, en die eigenschappen zullen wellicht niet blijvend zijn. We moeten deze eigenschappen en hun parameters identificeren en een beter begrip van de bewoonbaarheid opbouwen. Vanuit dit perspectief is Venus een schat aan informatie.
Maar Venus is een uitdaging. We kunnen alleen met radar door de dichte wolken heen kijken, en sinds de Sovjet-Unie in de jaren tachtig heeft niemand geprobeerd daar een ruimtevaartuig te landen. De meeste van die pogingen mislukten, en de pogingen die overleefden duurden niet lang. Zonder betere gegevens kunnen we de geschiedenis van Venus niet begrijpen. Het simpele antwoord is dat het dichter bij de zon staat. Maar het is te simpel om behulpzaam te zijn.
"Het evolutionaire pad van Venus naar haar huidige op hol geslagen broeikastoestand is een kwestie van discussie, omdat het traditioneel wordt toegeschreven aan de dichtere nabijheid van de zon", leggen Kane en Byrne uit.
Maar wanneer wetenschappers Venus en de Aarde nader bekijken, ontdekken ze veel fundamentele verschillen tussen hen, buiten hun afstanden tot de zon. Ze hebben verschillende rotatiesnelheden, verschillende hellingshoeken en verschillende magnetische velden, om er maar een paar te noemen. Dat betekent dat we het precieze effect van grotere zonnestraling op de planeet niet precies kunnen meten.
Dit is het belangrijkste punt van de auteurs. De verschillen tussen de aarde en Venus maken Venus tot een krachtig onderdeel van het begrip van de bewoonbaarheid van rotsachtige exoplaneten. "Venus biedt ons dus een cruciaal ankerpunt in het discours over de bewoonbaarheid van planeten, omdat het evolutionaire verhaal ervan een alternatief pad vertegenwoordigt ten opzichte van het op aarde gebaseerde verhaal - ook al zijn de oorsprongen van beide werelden vermoedelijk vergelijkbaar", schrijven ze.
De auteurs wijzen erop dat oppervlaktewater de basisvoorwaarde voor leven is. Maar de grotere vraag is welke factoren bepalen hoe lang oppervlaktewater kan blijven bestaan. “Door deze maatregel kan het onderzoek naar de bewoonbaarheid van planeten zich richten op de omstandigheden die het mogelijk maken dat vloeibaar oppervlaktewater gedurende de geologische tijd in stand blijft”, schrijven ze.
De aarde en Venus bevinden zich aan tegenovergestelde uiteinden van het spectrum van bewoonbaarheid van rotsachtige planeten. Dat is een belangrijke les die we kunnen leren van ons eigen zonnestelsel. Om die reden "is het begrijpen van de weg naar een Venus-scenario net zo belangrijk als het begrijpen van de weg naar bewoonbaarheid die de aarde kenmerkt", schrijven de auteurs.
Het tweetal onderzoekers stelde een lijst samen van enkele factoren die de bewoonbaarheid op aarde en Venus bepalen.
Er is zoveel dat we niet weten over Venus. Hoe groot is zijn kern? Heeft het ooit water gehad? Sommige onderzoeken tonen aan dat toen de planeet zijn water verloor en volledig bewoonbaar werd, er veel zuurstof in de atmosfeer zat. Als we dezelfde hoeveelheid zuurstof op een verre exoplaneet zouden zien, zouden we dit kunnen interpreteren als een teken van leven. Grote fout. "Venus fungeert dus als een waarschuwend verhaal voor interpretaties van ogenschijnlijk zuurstofrijke atmosferen", schrijven de auteurs.
Het onderzoeksperspectief van Kane en Byrne is een oproep tot actie. Het weerspiegelt wat recente Decadal Surveys hebben gezegd. "De recente tienjarige onderzoeken in de astronomie en astrofysica, en de planetaire wetenschap en astrobiologie benadrukken beide de noodzaak van een beter begrip van de bewoonbaarheid van planeten als een essentieel doel binnen de context van de astrobiologie", schrijven ze. Voor de auteurs kan Venus de inspanning verankeren.
Maar voordat het als anker kan dienen, hebben wetenschappers antwoorden op veel vragen nodig. Ze moeten de atmosfeer op alle hoogten grondiger bestuderen. Ze moeten het interieur bestuderen en de aard en omvang van de kern bepalen. Cruciaal is dat ze een ruimtevaartuig naar het oppervlak moeten brengen en de geologie van dichtbij moeten onderzoeken. Kortom, we moeten bij Venus doen wat we bij Mars hebben gedaan.
Dat is een uitdaging, gezien de vijandige omgeving van Venus. Maar er worden missies voorbereid om Venus in meer detail te verkennen. VERITAS, DAVINCI en EnVision zijn allemaal Venus-missies gepland voor de jaren 2030. Deze missies zullen wetenschappers de antwoorden gaan geven die we nodig hebben.
Naarmate we meer over Venus leren, moeten we ook meer over exo-Venussen leren. "Een parallelle benadering van het bestuderen van de intrinsieke eigenschappen van Venus is de statistische analyse van de enorme (en nog steeds snelgroeiende) inventaris van terrestrische exoplaneten", schrijven de auteurs.
We leven in een tijdperk van ontdekkingen van exoplaneten. We hebben meer dan 5.000 bevestigde exoplaneten ontdekt, en het aantal blijft groeien. We lanceren ruimtevaartuigen om de meest interessante te bestuderen. Maar op een gegeven moment zullen de zaken veranderen. Hoeveel daarvan moeten we catalogiseren? Is 10.000 genoeg? 20.000? 100.000?
Het is allemaal nieuw op dit moment en het enthousiasme om meer exoplaneten te vinden, vooral rotsachtige planeten in bewoonbare zones, is begrijpelijk. Maar uiteindelijk zullen we een soort drempel van afnemende opbrengsten bereiken. Om ze te begrijpen zouden we onze inspanningen misschien verstandiger kunnen besteden aan het bestuderen van Venus en hoe deze zo anders evolueerde.
Precies zoals Kane en Byrne suggereren.