Zijn wij alleen in de kosmos? – deel 5: Waar is iedereen?

Exoplaneten: check.

Potentieel bewoonbare planeten: check.

Beschikbaarheid van de bouwstenen van leven: check.

Signalen uit de ruimte: negatief.

De Fermiparadox

Zowat 2 miljoen jaar geleden ontstond de species ‘homo’ op Aarde. Daaruit ontstond homo sapiens, die er ruw geschat 250.000 jaar over deed om de kosmos te beginnen exploreren met telescopen, ruimtetuigen en een flinke portie wiskunde. Alles bij elkaar kostte het onze planeet ongeveer 4,5 miljard jaar om wezens voort te brengen die zich kenbaar kunnen maken aan (een deel van) de kosmos en omgekeerd ook signalen uit (een deel van) de kosmos kunnen opvangen en (tot op zekere hoogte) interpreteren.

Er zijn naar schatting 500 miljard exoplaneten in de Melkweg. We verwachten hiertussen grosso modo 10 miljard aardeachtige exemplaren aan te treffen. Een flink deel daarvan moet al heel wat eerder ontstaan zijn dan het zonnestelsel. Onze Zon ontstond immers toen de kosmos er al 9 miljard jaar was. Met uitzondering van de eerste 1 tot 1,5 miljard jaar was de kosmos bovendien via supernova’s voldoende verrijkt met de elementen die je, naast het waterstof dat er van meet af aan was, nodig hebt om (aards) leven te bouwen, met name koolstof, zuurstof, stikstof, zwavel en fosfor.

Stel je nu eens één van die 10 miljard aardachtige exoplaneten uit de Melkweg voor die een vergelijkbaar ontwikkelingstraject volgde als planeet Aarde. We bedoelen daarmee dat hij ook een tijdsspanne van 4,5 miljard jaar nodig heeft om het soort wezens voort te brengen dat de kunst verstaat van het zien en gezien worden in het heelal. Omdat de Zon vrij jong is, mogen we veronderstellen dat hij er enkele miljarden eerder aan kon beginnen.

Maar als je de groei van onze kennis en technisch vernuft enkele miljarden jaren in de toekomst kan extrapoleren, dan zou het voor die exobeschaving toch een koud kunstje moeten zijn om ons even dag te komen zeggen? En toch blijft het oorverdovend stil…

Deze schijnbare tegenstelling staat bekend als de Fermiparadox, vernoemd naar de Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi (1901-1954). De vraag ‘Waar is iedereen?’ of de benaming ‘De Grote Stilte’ drukken deze paradox treffend uit.

Schematische voorstelling van de Fermiparadox: beeld je een aardeachtige planeet in die 8 miljard jaar geleden ontstond.

Maar hoe moeten we dit nu opvatten?

De kracht van de Fermiparadox valt of staat met de veronderstelling dat er exoplaneten bestaan die een evolutie zoals de Aarde hebben ondergaan. Als dat waarschijnlijk is, hebben we inderdaad te maken met een schijnbare tegenstelling die om een oplossing vraagt. In het andere geval valt er helemaal niets op te lossen: de Grote Stilte is uiteraard precies wat we verwachten als we alleen zijn.

Enerzijds…

De inschatting dat de Melkweg wemelt van de exoplaneten die een pad afgelegd hebben dat vergelijkbaar is met onze planeet, maakt gebruik van volgende elementen:

  • Fysische en chemische processen hebben een universeel karakter: de Zon is in geen enkel opzicht bijzonder, haar ontstaan en evolutie volgt algemeen geldende wetten.
  • Planeetvorming is veeleer regel dan uitzondering: theoretisch verschijnt het als bijproduct van stervorming, empirisch zijn er op korte tijd reeds enkele duizenden ontdekt.
  • Het heelal is dermate groot en bestaat al dermate lang dat zowat elke interessante configuratie van parameters van exoplaneten (en exomanen) ooit al wel eens ergens gerealiseerd moet zijn.
  • De eerste levensvormen op Aarde ontstonden reeds snel na het ontstaan van onze planeet.
  • Zelfs op de meest onherbergzame plaatsen op Aarde (extreme temperatuur, extreme druk, hoogenergetische straling, gebrek aan zuurstof en water, …) blijken levensvormen voor te komen, met het beerdiertje wellicht als strafste overlever. Momenteel leven naar schatting ruim 9 miljoen verschillende soorten op onze planeet. Er bestaan bovendien aanwijzingen dat het leven meerdere keren ontstaan is op Aarde.
Het beerdiertje, een niemendalletje van nauwelijks 0.5 mm, maar wel kampioen in het overleven in de meest extreme omstandigheden

Anderzijds…

Wie sceptisch staat tegenover het bestaan van exobeschavingen, of zelfs exoleven, laat zich veeleer leiden tot volgende beschouwingen:

  • Eén van de bouwstenen van leven, fosfor, is niet zo alomtegenwoordig in het heelal.
  • Om leven toe te laten moet een exoplaneet (zie ook Deel 3):
    • In het Goudlokjegebied liggen om vloeibaar water te hebben.
    • Een straal en massa hebben die een rotsachtige structuur mogelijk maakt.
    • Over een atmosfeer beschikken.
    • Een flink beschermingspakketje aanbieden: tegen hoogenergetische straling, tegen inslaande meteorieten, tegen een instabiele planeetconfiguratie, tegen disruptieve verschijnselen in de buurt (supernovae, zwarte gaten, sterke stralingsbronnen, …), dit alles dank zij onder meer een gunstige galactische locatie, een beschermend magneetveld, een geschikte atmosfeer, een meervoudig planeetsysteem.
  • Rode dwergen behoren tot het meest voorkomend type sterren. Twee factoren spelen in dit geval in het nadeel van leven zoals wij dat kennen:
    • Deze langlevende sterren zijn veel kouder dan de Zon, waardoor het Goudlokjegebied veel dichter bij de ster ligt. Dat maakt potentieel bewoonbare exoplaneten vatbaar voor de soms hevige en hoogenergetische steekvlammen van rode dwergen.
    • Exoplaneten rond rode dwergen draaien naar verwachting synchroon met de dwergster (zoals de Maan ten opzichte van de Aarde), waardoor steeds dezelfde kant naar de ster kijkt. Dat zorgt voor grote temperatuurverschillen tussen de kant die naar de ster kijkt en de kant die ervan weg kijkt, wat de leefbaarheid niet meteen ten goede komt.

De Grote Filter

We kunnen de Fermiparadox wat zorgvuldiger analyseren door beroep te doen op de vergelijking van Drake, die we in Deel 4 introduceerden. Elke parameter in het rechterlid van die vergelijking kan in principe de waarde nul aannemen en daardoor het pad afsnijden dat naar exobeschavingen leidt.

Intussen hebben we voldoende kennis vergaard om de eerste drie hordes – er moeten sterren gevormd worden waarrond exoplaneten voorkomen die leven toelaten – gezwind te nemen.

De resterende stadia in de mogelijke evolutie van levenloze planeet naar exobeschaving zijn dan: levenloos – eencellig leven – complexe levensvormen – intelligentie vergelijkbaar met de mens – hoogtechnologische superbeschaving. Elke overgang tussen twee opeenvolgende stadia is potentieel onoverkomelijk.

1. Abiogenese, de overgang van dode materie naar leven

Het blijft onduidelijk hoe het leven ontstaan is op Aarde. Ook al bestaat er geen sluitende definitie, leven vereist de aanwezigheid van functies als metabolisme, voortplanting, groei, evolutie via aanpassing aan de omgeving en reactie op prikkels.

Er bestaan aanwijzingen dat ultraviolet licht vereist is om eenvoudige moleculen om te vormen tot de moleculen die je nodig hebt voor leven. Maar te veel ultraviolet licht schiet leven dan weer stuk, al zijn er wel aanwijzingen dat de eerste levensvormen op aarde, zowat 4 miljard jaar geleden, hoge dosissen ultraviolette straling doorstaan hebben.

Net als het Goudlokjegebied, kan je dan een abiogenesegebied afbakenen: de zone met niet te veel en niet te weinig ultraviolette straling. Leven vereist dan minstens een overlap tussen het Goudlokjegebied en het abiogenesegebied, met als bijkomende vereiste dat de exoplaneet rotsvormig is.

Van de 4000 exoplaneten die we tot dusver ontdekt hebben, is er slechts 1 die vermoedelijk rotsachtig is en zowel in het Goudlokjegebied als het abiogenesebegied ligt. Het gaat om Kepler-452b. En zelfs deze ene kandidaat is een twijfelgeval. Doorgaans geldt een straal van 1,7 keer de straal van de Aarde als drempelwaarde tussen rotsvormig en gasvormig. De straal van Kepler-452b bedraagt 1,63 keer die van de Aarde. Bovendien zijn er na de bevestiging van Kepler-452b als exoplaneet toch twijfels gerezen over de betrouwbaarheid van de detectie.

Artistieke impressie van Kepler 452b, kandidaat-Aarde 2.0, die al 1,5 miljard jaar langer bestaat dan de Aarde.

Van de twee planeten waarvan we zeker weten dat ze én in het Goudlokjegebied én in de abiogenesezone liggen én rotsvormig zijn, Mars en Aarde, bevat er bovendien slechts één leven (voor zover bekend).

Als de overgang van niet-leven naar leven uitzonderlijk is, zijn we echt (nagenoeg) uniek in een zo goed als levenloos universum.

2. De overgang van eencelligen naar complexe levensvormen

Terwijl de eerste levensvormen op Aarde reeds vrij snel ontstonden, nam de stap van eencellig leven naar complexe levensvormen heel veel tijd in beslag. Misschien is deze stap uitzonderlijk en bulkt het heelal van de bacteriën, schimmels en algen.

3. De overgang van complexe levensvormen naar (menselijke) intelligentie

Zowat 500 miljoen jaar geleden zorgde de Cambrische explosie voor een veelheid aan complexe levensvormen. Van de miljoenen levensvormen op Aarde is er (tot dusver) slechts één die de kosmos probeert te begrijpen en op zoek gaat naar exoburen. Misschien zwemmen zeewezens vrolijk rond op exowaterplaneten, zonder zich ooit te bekommeren om hun plaats in het heelal. Terzijde valt op te merken dat niet iedereen zonder slag of stoot aanneemt dat onze beschaving de enige is die onze planeet gekend heeft. Een bepaald type onderzoek zoomt in op de mogelijkheid dat er miljoenen jaren geleden al technologische beschavingen bestaan hebben op Aarde, maar dat hun sporen de tand des tijds niet doorstaan hebben. Maar in afwezigheid van empirisch bewijsmateriaal kunnen we hier weinig meer mee aanvangen dan het als een theoretische mogelijkheid beschouwen.

4. De overgang van menselijke intelligentie naar een hoogtechnologische superbeschaving

Misschien is (zelf)destructie eigen aan een wezen dat zich verder ontwikkelt voorbij de menselijke intelligentie. Verkeerd gebruik van technologie, onleefbaarheid van de planeet, ongecontroleerde nanotechnologie, genetische manipulatie die tot een superbacterie leidt, evolutie naar informatieverwerkende machines met een bijhorend verpletterend gevoel van zinloosheid en doelloosheid, je hoeft niet zo ver te extrapoleren om mogelijke vormen van zelfvernietiging te vinden. Als dit klopt, is het weinig opbeurend nieuws voor de mens: ons evolutionair pad zou zich dan in de laatste rechte lijn richting afgrond bevinden.

Misschien is het wel een race tegen de kosmische klok: de exobeschaving kan zelfvernietiging enkel afwenden indien ze tijdig de sprong voorbij Kardashev Type II (zie Deel 4) kan maken. Als je daarin slaagt, ben je wellicht ‘gered’ om te blijven bestaan. En om andere exobeschavingen te ontdekken of er minstens zichtbaar voor te zijn.

Waar is iedereen?

Met deze ontwikkelingsstadia in gedachten, kunnen we Fermi’s vraag aanpakken. We vinden geen teken van leven uit de ruimte, omdat

  1. Leven op Aarde uniek is en er zich elders in de ruimte enkel dode materie bevindt.
  2. Leven op exoplaneten onvoldoende ontwikkeld is om te communiceren, zoals geen enkele levensvorm op Aarde in de afgelopen 4,5 miljard jaar in staat was om zich kenbaar te maken.
  3. Leven weliswaar hoogtechnologisch is, maar wij het toch (nog) niet ontdekt hebben.

Deze derde mogelijkheid waaiert uiteen in diverse mogelijke verklaringen:

  1. De exobeschaving is niet in staat om zich kenbaar te maken. Ze is niet of onvoldoende in staat tot interstellair reizen.
  2. De exobeschaving kan zich kenbaar maken aan ons, maar verkiest om dit niet te doen.
  3. De exobeschaving heeft zich reeds kenbaar gemaakt aan ons, maar wij zijn onvoldoende ontwikkeld om ze te herkennen.

Laten we elk van deze mogelijkheden van naderbij bekijken:

1. De exobeschaving zit gekluisterd aan de eigen planeet. Misschien zijn het waterwezens, misschien is hun planeet zo compact dat het te moeilijk is om aan de eigen zwaartekracht te ontsnappen.

Of misschien reizen ze wel door de ruimte, maar krijgen ze de kosmische afstand tot ons (nog) niet overbrugd.

2. De zoo-hypothese stelt dat een exosuperbeschaving naar ons kijkt zoals wij naar andere diersoorten. Misschien vinden ze ons onvoldoende interessant. Misschien willen ze ons in het kader van een galactisch diversiteitsbeleid op eigen tempo verder laten ontwikkelen. Ze wachten tot wij een eerste teken geven. Dat hebben we pas ruwweg 100 jaar geleden voor het eerst gedaan, met de uitzending van radiogolven. Maar dan zouden enkel exo’s binnen een straal van 40 lichtjaar – een schijntje naar kosmische maatstaven – de kans gehad hebben om ons intussen een boodschapje terug te sturen.

Misschien geldt de Dark Forest-theorie: elke soort weet dat elke andere soort wil overleven, dus ten opzichte van een andere beschaving heb je twee mogelijkheden: je verbergen of de andere beschaving uitroeien. De vredelievende exo’s kiezen voor het eerste.

3. Op basis van ons voortschrijdend inzicht in artificiële intelligentie, denken mensen als Elon Musk dat ons leven een illusie is: wij zijn het product van een soort videospelletje van postbiologische aliens. Het is ook mogelijk dat de exo’s regelmatig de stand van zaken in de ruimte opmeten. De laatste keer dat ze naar onze planeet keken, huppelden er bij ons voornamelijk dino’s rond.

Op 20 oktober 2017 zag een telescoop een sigaarvormig object door het zonnestelsel zoeven. Avi Loeb, hoofd van de Afdeling Sterrenkunde van de Harvard University, houdt de mogelijkheid open dat het om een sonde van alienmakelij gaat (al gaat de overgrote meerderheid van sterrenkundigen voor een minder spectaculaire verklaring).

Of misschien zijn buitenaardse wezens gewoon te verschillend van ons om hen als alien te identificeren.

Artistieke impressie van Oumuamua. Wellicht een ‘onschuldig’ ruimteobject, maar volgens sommigen een sonde van aliens.

Tijd brengt raad

In het zesde en laatste deel richten we de blik vooruit: welke antwoorden hoopt de wetenschap te kunnen beantwoorden in de nabije toekomst?