24/04/2025
Les 7 – Planeetatmosferen
Op 16 april gaf Lucas Ellerbroek zijn leuk les over planeetatmosferen – zowel die van de bekende planeten van ons zonnestelsel als die van nu bijna 5800 bekende exoplaneten. Daarbij komt natuurlijk altijd de vraag: is er leven mogelijk?
De gassen in de aardatmosfeer zijn voortgekomen uit de aarde zelf of door leven. Dat is voor ons bekend terrein, en daarmee zijn we geneigd wat we vinden bij exoplaneten te vergelijken.
Lucas had zijn les in vijf delen onderverdeeld. In het eerste deel, atmosferen in ons zonnestelsel, ging het over de ijle atmosferen van de aardachtige planeten en de dikke atmosferen van de grote planeten. Het tweede deel ging in op wat we nu weten van die duizenden exoplaneten die we hebben ontdekt. Als een grafiek maakt met links de massa van die planeten (waarbij moet worden aangetekend dat we met de bekende methodes vooral de zwaarste planeten ontdekken), oplopend, en onderaan de afstand tot de ster, dan krijg je links midden de grootste kluit met exoplaneten, allemaal met massa’s tussen die van de aarde en Neptunus in. We noemen die super-aardes en mini-Neptunussen (afhankelijk van hun exacte massa). Dat zijn planeten die we in het zonnestelsel missen! Hoger vind je de zwaardere planeten, aan de linkerkant ‘hot Jupiters’, omdat ze erg dicht bij hun ster staan; meer naar rechts de ‘cold Jupiters’. Meer naar het midden, onder het midden, vind je Aarde en Venus, onderaan Mercurius en Mars. Onze reuzen staan verder naar rechts: Jupiter en Saturnus ter hoogte van de koude Jupiters, de ijsreuzen lager en nog verder naar rechts. Uiteraard zijn de kleintjes het interessants, maar ook het moeilijkst waarneembaar.
Het derde deel ging over de transitmethode om spectra van planeetatmosferen te verkrijgen: als een planeet voor zijn ster langs schuift, dekt hij niet alleen een beetje van de ster af (een ‘dip’ in het licht dat je kunt gebruik om te bepalen dat er een planeet is, en in de loop der tijd ook diens omloopperiode en grofweg zijn diameter), maar het sterlicht gaat voor een deel door de planeetatmosfeer: door het spectrum van de ster uit de data te halen krijg je informatie over de stoffen in de atmosfeer. Bij dat laatste is de Webb-ruimtetelescoop erg nauwkeurig.
Na de pauze ging hij door over de zoektocht naar leven, of beter de vereisten voor leven: energie (voor het metabolisme), een oplosmiddel voor chemische reacties (voor ons water), en voedingsstoffen. Alles wat we op Aarde vinden dat cruciaal is voor het leven hier vinden we ook elders in het heelal. Dan ga je kijken naar welke planeten geschikt zijn: zijn het kleine planeten met een vast oppervlak, en zitten ze in de ‘bewoonbare’ zone [ik prefereer leefbare zone, RJW]. Leven heeft een grote invloed op de samenstelling van een planeetatmosfeer: op Aarde produceert het leven (5,5 x 1014 kg biomassa) 1018 kg aan zuurstof! En zuurstof verdwijnt steeds uit een atmosfeer, door reactie met methaan: 2O2 + CH4 -> 2H2O + CO2 (dus zuurstof reageert met methaan om water en kooldioxide te vormen). Maar het voorkomen van zuurstof in een planeetatmosfeer wil niet meteen zeggen dat er leven is! Was het maar zo gemakkelijk.
Een ander stofje dat met leven in verband wordt gebracht, een zogenaamde biomarker, is DMS: dimethylsulfide. Maar biomarkers zijn erg afhankelijk van de context. Lucas is niet erg optimistisch over het vinden van leven in zijn leven. En Webb is dáár ook niet voor gebouwd. Lucas noemde wat problemen voor het onderzoek, en nieuwe mogelijkheden voor nieuwe grote telescopen, zoals een telescoop in de ruimte die uit vele los zwevende telescoopsatellieten bestaat; of het gebruik van de zon als gravitatielens: dat effect is al een eeuw geleden bewezen!
Het was een mooie les, met deskundigheid en verve gebracht. Het bijzondere wel dat daags erna het persbericht binnenkwam over de vondst (door de Webb) van DMS in de atmosfeer van de exoplaneet K2-18b, op 124 lj afstand, en 2,6 maal zo groot en 8,6 keer zo zwaar als onze planeet. De ontdekking werd gedaan met de James Webb-ruimtetelescoop.
De ontdekking werd door de gerenommeerde onderzoeker prof. Madhusudhan gebracht als ‘de sterkste tekenen voor buitenaards leven tot nog toe’, maar dat is een gevaarlijke uitspraak, ook voor zijn carrière. Een andere expert zegt: ‘…extraordinary claims require extraordinary evidence, I'm not sure we're at the extraordinary evidence level yet.’ Prof. Madhusudhan gaat ervan uit dat ze nog 1-2 jaar nodig hebben om het te verifiëren, wat natuurlijk nooit gemakkelijk is.
Goed, we hebben weer heel; veel geleerd en nog meer meegekregen om te verwerken. En steeds weer denk ik: wat een geweldige cursus is dit! Wie heeft bedacht? :-)
En ik denk ook al verder: welke cursus organiseer ik volgens najaar???
Op de foto's Lucas aan het werk.
