Zijn wij alleen in de kosmos – epiloog: Wat brengt de toekomst?

Tot voor kort wist de wetenschap bitter weinig te vertellen over de mogelijkheid op buitenaards leven. Het onderwerp behoorde exclusief tot de fantasiewereld van sciencefictionschrijvers. De ontdekking van duizenden exoplaneten is bezig hier verandering in te brengen. In dit afsluitend deel werpen we een blik op de nabije toekomst. Welke onderzoeksprogramma’s ontwikkelen wetenschappers en welke vragen hopen ze daarmee te kunnen beantwoorden?

Waar staan we nu?

In Deel 3 en Deel 4 zagen we hoe de ontzaglijke dimensies van het heelal onze verwachting op buitenaards leven sturen. In een waarneembaar heelal met 10^24 sterren zou je volgens de huidige inzichten 10^22 potentieel bewoonbare planeten verwachten. Hoeveel er ook kan fout lopen om leven tot stand te brengen, in zo’n grote trommel kan planeet Aarde toch niet het enige winnende lotje zijn? Dit is de grondgedachte achter de Fermiparadox, dramatisch verwoord met de vraag ‘Waar is iedereen?’. De vergelijking van Drake laat je zelfs toe je rijk aan exobeschavingen te rekenen.

Maar het enige wat wetenschappelijk kan overtuigen, is de concrete waarneming. Onze eerste poging ontstond iets meer dan een halve eeuw geleden. Grote radiotelescopen zijn de oren waarmee we – tot dusver tevergeefs – naar signalen uit de ruimte luisteren. Een tweede optie bouwt voort op speculaties van Kardashev omtrent het energieverbruik van eventuele geavanceerde exobeschavingen. In de veronderstelling dat ze met reusachtige vangnetten – Dysonbollen – de energie van sterren aftappen, zoeken we naar plekken in het heelal waar weinig zichtbaar en veel infrarood licht vandaan komt.

Maar veruit de meeste aandacht gaat uit naar verder doorgedreven waarnemingen van exoplaneten. Omdat we enkel leven op Aarde kennen, zoeken we naar exoplaneten met omstandigheden waaronder aardse levensvormen het best gedijen. We zoeken naar zones rond sterren waarbinnen vloeibaar water mogelijk is (Goudlokjegebied) en waar de hoeveelheid ultravioletlicht de overgang van niet-leven naar leven faciliteert (abiogenesegebied). Omdat we ons weinig kunnen voorstellen bij leven op een gasvormige planeet, verkleinen we de zoekcirkel verder tot rotsplaneten. Van de zowat 4000 reeds ontdekte exoplaneten, is er maar eentje die (waarschijnlijk) aan al deze voorwaarden voldoet, Kepler-452b, maar naarmate we meer exoplaneten ontdekken, moet dit aantal zeker fors de hoogte ingaan.

Kepler-452 met exoplaneet Kepler-452b ten opzichte van ons planetenstelsel. Een andere mogelijke aardachtige planeet, Kepler-186f staat eveneens afgebeeld.

Het beste moet nog komen

Het waarnemen van exoplaneten slaat een drietal wegen in. In de eerste plaats willen we meer van hetzelfde. De huidige lijst van om en bij de 4000 exoplaneten zal in de komende jaren ongetwijfeld fors uitgebreid worden. In het bijzonder mikken we op een flinke uitbreiding van de groep potentieel bewoonbare exoplaneten.

In de tweede plaats willen we andere methodes om exoplaneten te ontdekken beter ontwikkelen. De succesvolle satelliet Kepler, goed voor het merendeel van de ontdekte exoplaneten, maakte gebruik van de transitmethode. Daarbij kijken we naar dipjes in de lichtsterkte van sterren, te wijten aan de doortocht van een exoplaneet tussen ons en de ster. Maar er zijn verschillende andere methodes.

Via optische interferometrie bij voorbeeld kan je een rechtstreekse  waarneming verrichten van een exoplaneet. Het principe is hetzelfde als bij de recente foto van de waarnemingshorizon van het zwart gat in het sterrenstelsel M87. Met behulp van interferometrie kunnen verschillende telescopen gecombineerd worden tot één (virtuele) supertelescoop.

HR8799e, onlangs rechtstreeks waargenomen door de Very Large Telescope Interferometer (VLTI) via optische interferometrie.

Een andere interessante detectiemethode is microlensing. Volgens de relativiteitstheorie vervormt een zwaar object zoals een ster de ruimte rond het object. Dit zien we als de vervorming van licht van sterren uit de achtergrond. Exoplaneten verraden hun bestaan en sommige van hun eigenschappen door hier extra vervorming aan toe te voegen. Met deze techniek zullen we een klasse van exoplaneten kunnen ontdekken die er wat tussenuit valt bij de transitmethode, nl. exoplaneten met lage massa, op afstanden vergelijkbaar met de Aarde.

Detectie van exoplaneten via microlensing. Hiermee zouden we een nieuw klasse van exoplaneten (blauwe punten op de grafiek) kunnen ontsluiten.

Maar de echte doorbraak moet komen van het derde type onderzoek: de studie van de atmosfeer van exoplaneten. De chemische samenstelling ervan kan ons een indicatie geven van mogelijke levensvormen op de exoplaneet. Hiermee verschuift het accent van ontdekking naar verkenning van exoplaneten.

De speeltjes van de sterrenkundigen

Deze drievoudige verwachting – meer exoplaneten volgens de beproefde meetmethodes, complementaire informatie door andere detectievormen en informatie over de chemische samenstelling van de atmosfeer – steunt op nieuwe meetapparatuur op de grond en in de ruimte.

De voornaamste doorbraak op de grond moet komen van de Extremely Large Telescope (ELT). De ELT is momenteel in aanbouw. Vanaf 2024 zou deze telescoop vanuit de Atacamawoestijn in Chili exoatmosferen moeten opmeten.

Zo zou de Extremely Large Telescope er vanaf 2024 moeten uitzien.

Daarnaast zijn er verschillende ruimtesatellieten die naar exoplaneten zullen kijken. De Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) is sinds april 2018 actief en moet vooral het aantal exoplaneten opdrijven. Op 16 april 2019 kondigde de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA TESS’ eerste ontdekking aan van een exoplaneet met een straal in de buurt van die van de Aarde (2,7 maal de aardstraal om precies te zijn), HD 21749b.

De oogst van TESS zal dienen om een keurlijstje op te stellen van exoplaneten waarvan de James Webb Space Telescope (JWST) de atmosfeer kan analyseren. De JWST zou aan de slag kunnen vanaf 2021.

De Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), te lanceren halfweg volgend decennium, zal gebruik maken van de hoger vermelde microlensing. WFIRST zal tevens technologie aan boord hebben om het sterlicht adequaat weg te filteren en zo exoplaneten rechtstreeks te kunnen zien.

Een brede kijk op het leven

In de speurtocht naar een teken van exoleven beperken onderzoekers zich noodgedwongen tot omstandigheden die zo veel mogelijk gelijken op de onze. Maar intussen zitten de biochemici niet stil. Ze experimenteren in het lab en via computersimulaties naar andere mogelijke levensvormen. Het uitgangspunt is dat je steeds een cel nodig hebt, met een molecule die informatie kan dragen (in ons geval DNA en RNA) en een membraan dat de inhoud van de cel bij elkaar houdt.

Positieve resultaten van dit soort onderzoek kan de zoektocht naar exoleven drastisch wijzigen. De zoekcirkel hoeft zich dan immers niet langer te beperken tot de zones waarbinnen vloeibaar water mogelijk is.

Een blik op de iets minder nabije toekomst

Als we nog wat verder in de toekomst kijken, ligt er mogelijks zelfs een bezoekje aan een exoplaneet in het verschiet. Niet dat we daarvoor op de huidige soort raketaandrijving moeten rekenen. Denken we maar aan de Voyager I en II, die respectievelijk 35 en 41 jaar nodig hadden om de rand van het zonnestelsel te bereiken. Aan dat tempo hebben we 80.000 jaar nodig om bij Proxima Centauri b,  onze dichtste exobuur, aan te komen.

We hebben dus een radicaal andere technologie nodig. Die stoelt op het principe van een ultralicht lichtzeil, vanop Aarde aangedreven door een krachtige laser. De laserboost zou het zeil een snelheid van 20% van de lichtsnelheid moeten geven. Daarmee ben je op iets meer dan 20 jaar bij Proxima Centauri b aangekomen.

De beste kandidaat om de afstand tot onze dichtste buur binnen een redelijke termijn te overbruggen is een lichtzeil, aangedreven door een krachtige laserbron.

Een Russische miljardair stelde in 2016 met de zegen van Stephen Hawking een bedrag van 100 miljoen dollar ter beschikking om het principe verder uit te werken. Het project kreeg de naam Breakthrough Starshot mee. Het concept bestaat erin om een duizendtal ruimtesondes vanuit een satelliet vrij te laten. Elke sonde ontvouwt zich tot een flinterdun lichtzeil met een diameter van 4 meter met in het midden een postzegelgrote chip met camera, batterij en uitrusting om gegevens te verwerken en door te sturen. Een legertje laserbronnen op Aarde beschijnt elke sonde gedurende een minuutje of 10, zodat de sonde zowat één vijfde van de lichtsnelheid bereikt. Daarna is het een dikke 20 jaar wachten tot de sondes hun doel bereikt hebben. Als alles goed loopt en de camera’s in werking treden, is het nog eens iets meer dan vier jaar wachten eer de beelden ons op Aarde bereiken.

Het grote aantal sondes is nodig omdat het minste contact tussen een sonde en een molecule in de ruimte reeds fataal is, zodat heel wat sondes onderweg zullen sneuvelen. Verder is het ook niet mogelijk de sondes bij te sturen tijdens hun lange reis. Een kleine afwijking van hun pad richting Proxima Centauri b is alweer fataal voor de missie.

Ingenieurs hopen de superlichte ruimtesondes in de komende decennia te kunnen vervaardigen, al zal de factuur voor daadwerkelijke implicatie in de miljarden oplopen en is het nog maar de vraag of we alle technische obstakels uit de weg kunnen ruimen. Maar als alles goed loopt, zou het eerste prentje van Proxima Centauri b binnen een jaartje of 50 moeten binnenlopen.

Tot slot

Hiermee komen we aan het eind van de zesdelige verkenning van de vraag ‘Zijn wij alleen in de kosmos?’. Voor een pasklaar antwoord is het duidelijk nog te vroeg. Maar de vraag komt stilaan binnen het bereik van de wetenschap. De ontdekking van exoplaneten vormde ons eerste ankerpunt. In het komende decennium zullen we meer te weten komen over de moleculen in hun atmosferen. Als we er de signatuur van biologische activiteit in aantreffen, zal dit ongetwijfeld een schokgolf teweegbrengen en ons meer dan ooit confronteren met de vraag naar onze plaats in de komsos.

Tot nader order weten we echter niet hoe uitzonderlijk elk van de volgende overgangen is: van niet-leven naar leven, van eencellig leven naar complexe levensvormen, van complexe levensvormen naar intelligentie en van intelligentie naar superbeschaving.