25 jaar jagen op exoleven

Een kwarteeuw nadat de eerste planeet buiten ons zonnestelsel officieel werd beschreven, hebben experts nog steeds geen antwoord op de vraag of buitenaards leven mogelijk is. Maar een nieuwe fase in de zoektocht dient zich aan.

(betalend artikel: Eos Insider, 14 november 2020)

Internationaal ruimtestation blaast twintig kaarsjes uit

Het internationaal ruimtestation International Space Station (ISS) is op 2 november twintig jaar bemand. Wat heeft het bereikt en hoe ziet de toekomst eruit?

Soms worden dromen werkelijkheid. Amper twee jaar na het einde van de Koude Oorlog in 1991 sloegen Rusland en de Verenigde Staten de handen in elkaar om een bemand internationaal ruimtestation te bouwen.

Zarja, gelanceerd op 20 november 1998, werd als eerste module van het ruimtestation in een baan rond de aarde gebracht. Nauwelijks enkele weken later bewees de succesvolle koppeling van de Unity aan Zarja dat de modulaire aanpak werkte.

Door de jaren heen breidde het ISS zich met bijkomende modules steeds verder uit, tot een gevaarte van 109 meter lang, 73 meter breed en meer dan 400.000 kg zwaar. In een lage baan om onze planeet, met een gemiddelde hoogte van 400 km, scheurt het aan een snelheid van ongeveer 28.000 km per uur voorbij, goed voor bijna 16 rondjes rond de aarde per dag.

Op 2 november 2000 betraden de Amerikaan Shepherd en zijn Russische collega’s Krikalev en Gidzenko het ISS. Sinds die dag is het ruimtestation permanent bewoond gebleven. Intussen staat de teller op 240 astronauten uit 19 landen. Onder hen ook een Belg: Frank De Winne betrad het ISS op 27 mei 2009. Hij mag zich de eerste niet-Amerikaanse en niet-Russische gezagvoerder van het ISS noemen.

Astronauten Yuri Gidzenko, William Shepherd en Sergei Krikalev in het ISS, december 2000.

Wetenschappelijke missie

Hoe groot de symboolwaarde van het ISS ook mag zijn na decennia van spanningen tussen de twee wereldmachten, het ruimtestation moet toch vooral wetenschappelijke inzichten opleveren en de basis te leggen voor technologische innovatie.

Dit heeft zich vertaald in duizenden experimenten in domeinen als biowetenschappen, materiaalkunde, natuurkunde en klimaatwetenschap, met tastbare resultaten zoals een verbeterde waterzuiveringstechnologie of een aangepaste behandeling van osteoporose. Daarnaast speurt het ISS voortdurend de hemel af, zodat ook sterrenkundigen hun graantje meepikken.

Stevig prijskaartje

Maar als koken al geld kost, wat dan niet te denken van een permanent bewoonde satelliet? Ruimteveren pendelen heen en weer om de ruimtebasis te voorzien van water en voedsel, lucht, reserveonderdelen, experimentele opstellingen en op tijd en stond zelfs een heuse nieuwe module. Goed voor een jaarlijks prijskaartje van 3 tot 4 miljard dollar.

Dat begint stilaan flink door te wegen. Momenteel is de financiering gewaarborgd tot 2024, maar hoe het daarna verder moet, blijft nog in het ongewisse. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA wil volop inzetten op de bouw van maanbases en bemande missies naar onze buurplaneet Mars, maar je kan elke dollar slechts één keer uitgeven.

Tegelijkertijd blijft een station als het ISS wel belangrijk, al was het maar om de technologieën te testen die je zal nodig hebben om op Mars te kunnen overleven.

Kantelpunt

De oplossing voor dit dilemma staat in de sterren geschreven. Zoals we eerder dit jaar berichtten in ‘Amerika herontdekt de ruimte met Crew Dragon-vlucht’ dienen commerciële partners als SpaceX zich aan om taken over te nemen die van oudsher aan NASA toevertrouwd werden, zoals het pendelen tussen aarde en ISS.

Ook het station zelf komt in aanmerking voor commercialisering. Phil McAllister, directeur van de afdeling commerciële ruimtevluchten, is duidelijk: ‘Ik denk dat dit het geschikte tijdstip is om ons terug te trekken uit het ISS, dat neerkomt op een overheidsmonopolie op ruimtebestemmingen, en het over te dragen aan de privésector. Het is tijd voor NASA om de blik te richten op de verkenning van de verre ruimte en ondernemers onze plaats te laten innemen.’

Volgende stap

NASA voegde al meteen de daad bij het woord door eerder dit jaar een overeenkomst af te sluiten met Axiom Space. Dit commercieel bedrijf mag al minstens één module aan het ISS koppelen in 2024. In het business model van de toekomst bestaat een ruimtestation zowel uit modules gericht op de uitvoering van het technisch-wetenschappelijk programma, als uit een relatief luxueus ingericht verblijfscentrum voor begoede ruimtetoeristen.

En dat is nog maar het begin voor Michael Suffredini, CEO van Axiom Space: ‘De evolutie van verkenning naar vestiging moet de mensheid de volgende grote stap laten zetten: permanent de aardbodem verlaten. Dat is de langetermijnvisie van waar we mee bezig zijn.’

Wie de voetjes voorlopig liever op de vertrouwde grond houdt, kan het ISS bij heldere hemel met het blote oog waarnemen. Diverse websites, zoals spacepage.be, vertellen waar, wanneer en hoelang je het ruimtestation kan bewonderen.

Naar aanleiding van deze twintigste verjaardag plaatste NASA een kort filmpje op YouTube:

Kan je Planeet Aarde ontdekken vanuit de ruimte?

Het onderzoek naar exoplaneten vertrekt steevast vanuit ons aardse standpunt. Sterrenkundigen Kaltenegger en Pepper wisselen van perspectief. Ze zoeken naar dichtbijstaande sterren van waaruit je met onze opsporingstechnieken de aarde zou kunnen ontdekken.

Als je naar de zon kijkt vanop een exoplaneet die rond een andere ster draait, zou je de aarde dan kunnen ontdekken? Laten we er daarbij gemakshalve van uitgaan dat onze denkbeeldige exosterrenkundige grosso modo over hetzelfde technisch en wetenschappelijk vernuft beschikt als zijn aardse tegenhanger.

Dat is de vraag die de Oostenrijkse sterrenkundige Lisa Kaltenegger, directeur van het Carl Sagan Institute van de Cornell University en haar Amerikaanse collega Joshua Pepper, hoofddocent aan de Lehigh University zich stelden1. In een straal van 326 lichtjaar (‘dichtbij’) rond het zonnestelsel vonden ze 1004 sterren van waaruit dit zou moeten lukken.

Transitmethode

Met de transitmethode zoek je naar periodieke wijzigingen in de intensiteit van het sterlicht.

De zoektocht naar exoleven (buitenaards leven) verloopt in drie stappen. Eerst zoeken we waar er zich exoplaneten bevinden. Vervolgens filteren we daar de ‘potentieel bewoonbare’ exemplaren uit door te kijken of ze met hun ligging ten opzichte van de moederster kans maken om vloeibaar water te bevatten. Tot slot speuren we de eventuele atmosferen ervan af, in de hoop er moleculen in aan te treffen die wijzen op een biologische oorsprong.

De eerste twee stappen hebben we intussen goed onder de knie. De laatste trekt zich langzaam op gang en moet vooral in de komende jaren vruchten afwerpen, onder meer met de lancering van de James Webb Space Telescope, gepland op 31 oktober 2021.

De transitmethode speelt een sleutelrol in dit hele proces. Ze is verantwoordelijk voor het gros van de ontdekte exoplaneten. Telkens wanneer de exoplaneet de gezichtslijn tussen de moederster en ons doorkruist, verraadt die zijn aanwezigheid door een beetje sterlicht aan onze meetinstrumenten te onttrekken. En als de exoplaneet een atmosfeer heeft, zal die moleculen bevatten die ook nog eens selectief licht van bepaalde golflengten wegfilteren.

De rollen omgekeerd

‘Laten we het gezichtspunt dan eens omkeren en onderzoeken vanwaar je de aarde kan ontdekken met de transitmethode’, aldus Kaltenegger. Daarmee sluit je de overgrote meerderheid van sterren meteen uit, want je kan de aarde slechts vanuit een heel klein strookje van de hemelbol voorbij de zon zien schuiven.

Er is slechts een klein strookje van de hemel, de Earth Transit Zone, waarbinnen je het zonlicht kan zien afnemen wanneer de aarde voorbijschuift.

Bovendien voeren Kaltenegger en Pepper nog extra beperkingen in: ze zoeken enkel naar sterren in de buurt van de zon – anders is het zonlicht te zwak om het effect van de voorbijschuivende aarde te kunnen meten, gooien exotisch stertypes eruit en richten zich op sterren waarvan de afstand en de belangrijkste eigenschappen zoals temperatuur, massa, straal en helderheid voldoende nauwkeurig  bepaald zijn.

Zo belanden ze uiteindelijk aan bij hun lijstje van goed duizend sterren.

SETI

Naar schatting heb je voor elke 100 sterren tussen de 10 en 50 exoplaneten die zowat even groot zijn als de aarde en in de potentieel bewoonbare zone liggen. Door gericht naar exoplaneten te zoeken rond sterren uit het lijstje van Kaltenegger en Pepper, moeten er dan toch zeker 100 aardachtig en potentieel bewoonbaar zijn. Daarvan wil je dan maar wat graag de atmosfeer (voor zover ze die hebben) op moleculen van biologische oorsprong onderzoeken.

Daarmee kadert het onderzoek van Kaltenegger en Pepper in de heropleving van het programma Search for ExtraTerrestrial Inteligence (SETI). Vanaf 1960 hebben radiotelescopen decennialang vruchteloos gezocht naar signalen van intelligente beschavingen. Intussen staat de wetenschap ver genoeg om niet langer in het wilde weg de hemel af te speuren, maar integendeel te focussen op zorgvuldig samengestelde lijstjes met topdoelwitten.

Kaltenegger: ‘Als we zoeken naar intelligent leven in het heelal dat ons kan vinden en contact met ons wil leggen, dan weten we met onze lijst van sterren alvast waar eerst te zoeken’.

Of exoleven bestaat, en zo ja, of we het ooit zullen vinden en er zelfs mee in contact kunnen komen, blijven vooralsnog open vragen. Maar stukje bij beetje komen ze wel binnen het bereik van de wetenschap.

Lisa Kaltenegger licht haar onderzoek zelf toe in een korte video: