Exoplaneten en buitenaards leven - deel 2


Deze tekst is een vervolg op een eerder artikel op deze website.

 

De speurtocht naar buitenaards leven: eerste initiatieven

Tot de eerste moderne initiatieven in de speurtocht naar ander leven behoren zeker de satellieten Pioneer en Voyager.

 

De Pioneer-satellieten waren in de letterlijke betekenis van het woord opgevat als pioniers in de speurtocht naar buitenaards leven. Ze waren bedoeld als verkenners die de weg moesten openen voor andere meer geperfectioneerde satellieten. Het was de bedoeling om te observeren hoe deze satellieten zouden reageren op de vele obstakels die zo een grote vlucht biedt. Denk maar aan de nefaste stralingsgordels en aan de intensiteit van grotere en kleinere meteorieten. 

In maart 1972 werd Pioneer 10 als eerste gelanceerd. Het werd het eerste ruimtetuig dat, 180 dagen na zijn lancering, doorheen de planetoïdengordel vloog. Na vervolgens in december 1973 over Jupiter gevlogen te zijn, zette de satelliet zijn reis verder naar het verre heelal. Pioneer 10 verliet in de jaren tachtig het zonnestelsel en zet sindsdien zijn eenzame reis verder met een snelheid van ongeveer 15 km/s. Sinds januari 2003 is wel elk contact met de satelliet verbroken. Onderstaande schets geeft de gevolgde route weer van Pioneer 10.

 

Pioneer.jpg

 

 

Na Pioneer 10 werd een jaar later, in april 1973, Pioneer 11 gelanceerd. Pioneer 11 was de eerste ruimtesonde die in 1979 de planeet Saturnus bezocht. In 1995 werd door de NASA officieel een einde gemaakt aan deze missie, en sindsdien zet nu ook Pioneer 11 zijn reis verder naar Aldebaran, de helderste ster  in het sterrenbeeld Stier. Op 15 november 2017 had de satelliet, in meer dan 30 jaar, ongeveer 14,5 miljard kilometer afgelegd.   

Beide sondes hebben een vergulde plaat aan boord.

 

Pioneer%20gouden%20plakket.jpg
Copyright: NASA

 

Mocht later een buitenaardse beschaving ooit deze plaat vinden, is het mogelijk aan de hand van de gegevens op deze plaat de herkomst ervan te achterhalen. De plaat is ontworpen door Carl Sagan, de beroemde astronoom en pionier op het vlak van de zoektocht naar buitenaards intelligent leven.

Bovenaan de plaat worden de 2 configuraties uitgebeeld van het waterstofatoom. De overgang van de ene toestand naar de andere gaat gepaard met een energieverschil dat overeenstemt met een golflengte van 21,11 cm. Dit is de maateenheid die op de plaat gebruikt wordt. Op deze plaat staan ook prominent een man en vrouw afgebeeld. Onderaan staan ook de Zon en de verschillende planeten van het zonnestelsel afgebeeld, met een duidelijke verwijzing naar de planeet Aarde van waaruit de boodschap afkomstig is. In het midden van de plaat vertrekken vanuit een punt in straalvorm 14 rechte lijnen elk met een bepaalde lengte. Hiermee is het mogelijk om ten opzichte van 14 pulsars de plaats te bepalen van waaruit het bericht afkomstig is. 

 

Na de Pioneers waren de Voyagers aan de beurt. Op 5 september 1977 werd Voyager 1 gelanceerd. In een eerste fase van de opdracht overvloog Voyager1 de planeten Jupiter en Saturnus. Speciale aandacht werd ook besteed aan Titan, de grootste satelliet van Saturnus. Men acht het niet onmogelijk dat de omstandigheden die er op deze satelliet heersen geschikt zouden kunnen zijn om primitieve vormen van leven voort te brengen.

Voyager 1 was de eerste menselijke satelliet die de interstellaire ruimte bereikte. Op 5 september 2017, dus net 40 jaar na de lancering, had hij ondertussen reeds meer dan 15 miljard km afgelegd. Nu reist Voyager 1 verder met een snelheid van 17 km/s. 

De lancering van Voyager 2 had plaats op 20 augustus 1977. Het was een gunstig moment, omdat op dat ogenblik de onderlinge positie van de planeten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zo was dat deze planeten zonder veel brandstofverbruik konden bezocht worden.

De vlucht van deze Voyager verliep wel niet zonder problemen. In 2010 was het noodzakelijk om aan bepaalde instrumenten van de satelliet enkele aanpassingen aan te brengen. De NASA is in staat geweest om die aanpassingen vanop Aarde te realiseren. Toch de moeite waard om er even bij stil te staan, want de instructies die doorgestuurd werden om de problemen op te lossen, waren als gevolg van de afstand waarop de satelliet zich toen bevond maar liefst 13 uur onderweg.

In augustus 2017 bevond Voyager 2 zich in de interstellaire ruimte op ongeveer 18 miljard km verwijderd van de Zon.

Net als de Pioneers hebben ook beide Voyagers een boodschap aan boord die bestemd is voor andere beschavingen. Deze boodschap heeft wel een compleet ander concept gekregen. Op de gulden plaat die met de Pioneers werd opgestuurd was in de Verenigde Staten van uit puriteinse hoek veel kritiek gekomen. Op de plaat staat immers een naakt koppel afgebeeld.

Om dergelijke kritiek te vermijden werd nu gekozen om een gouden plaat mee te sturen waarop in een vijftigtal talen verschillende boodschappen staan vermeld.

 

Voyager%20Golden%20Record.jpg
Copyright: NASA

 

Men vindt er o.a. boodschappen van de toenmalige president van de VS Jimmy Carter, en van de toenmalige secretaris-generaal van de Verenigde Naties Kurt Waldheim. Op de plaat staat ook een Nederlandstalige boodschap voor de buitenaardse beschavingen. "Hartelijke groeten aan iedereen" is onze boodschap die met de plaat naar de ruimte werd gestuurd.

Op de plaat zijn verder nog verschillende geluiden opgenomen, en ook muziek van o.a. Bach, Mozart en uit allerlei verschillende culturen. En ook beelden over onze Aarde en wat er daar allemaal op voorkomt.

Via deze link kan je de zogenaamde Golden Record zelf helemaal verkennen.

 

Boodschappen naar de ruimte sturen met satellieten vraagt veel tijd vooraleer een of andere bestemming kan worden bereikt. Hun snelheid van ongeveer 15 km/s is al bij al uiterst traag om oorden in de ruimte aan te doen. Daarom werd in 1973 gekozen om een bericht naar de ruimte te sturen onder de vorm van een radioboodschap. Al is ook de lichtsnelheid beperkt, toch is ze onnoemelijk veel sneller dan de snelheid van satellieten.

De opgestuurde boodschap van 1973 staat bekend als de Areciboboodschap omdat ze opgestuurd werd ter gelegenheid van de vernieuwing van de radiotelescoop van Arecibo in Puerto-Rico. De radioboodschap werd gestuurd in de richting van bolvormige sterrenhoop M13 die zich op 23.000 lichtjaar van ons bevindt. Hier kan men zich zeker veel vragen bij stellen. Mocht deze boodschap opgevangen worden door een of andere vorm van "intelligente" wezens en mocht deze boodschap ogenblikkelijk beantwoord worden, wat toch weinig waarschijnlijk is, dan zou die boodschap pas terug op de Aarde aankomen binnen een kleine 50.000 jaar. Hoe zal het er hier dan uitzien? Zal de Aarde nog bewoonbaar zijn? Zullen mensen nog bestaan? Communiceren met verafgelegen levende wezens is dus een aartsmoeilijke opdracht. Een quasi onmogelijke opdracht?  

 

Arecibo.jpg
Copyright: Arecibo Radio Observatory

 

Een boodschap opsturen naar de ruimte, naar buitenaardse beschavingen is misschien een goed idee, maar in welke taal? In welke taal moet onze interstellaire boodschap worden opgesteld? De meest aangewezen taal was uiteraard een zo universeel mogelijke taal, een taal die ook de tijd kon overleven. Het werd een wiskundige boodschap onder de vorm van een lange opeenvolging van een aantal binaire tekens, tekens die dus enkel twee vormen kunnen aannemen: 0 of 1.

Via deze link kan je de binaire boodschap zelf beluisteren.

Het inhoudelijke van de boodschap werd toevertrouwd aan Carl Sagan en Frank Drake. Zij kozen voor een boodschap die bestond uit 1679 binaire tekens. Dit op het eerste gezicht nogal eigenaardig getal werd gekozen omdat 1679 een semi-priemgetal is. Het getal 1679 is immers enkel deelbaar door twee priemgetallen, met name door 23 en door 73: 1679 = 23 x 73. Dit betekent dat men de 1679 binaire tekens op 2 manieren in een rechthoek kan rangschikken. Men kan ofwel een tabel vormen van 23 rijen en 73 kolommen, ofwel een tabel van 73 rijen en 23 kolommen Dit alles veronderstelt natuurlijk dat diegenen die het te lezen krijgen doorhebben dat het de bedoeling is de ontvangen tekens in een rechthoek te schikken.

Wanneer men de 1679 tekens op de eerste manier rangschikt, met name 23 rijen x 73 kolommen, dan valt geen enkele regelmaat te bespeuren. Wanneer men echter een tabel vormt van 73 rijen x 23 kolommen, dan wordt een figuur gevormd die heel wat zinvoller lijkt. Men hoopt dan ook dat degenen die de boodschap ontvangen deze ook zo zal ordenen en er de opgestuurde boodschap uit zal kunnen ontcijferen.

 

Arecibo-message%20copy.jpg
Copyright: SETI Institute

 

In de opeenvolgende rijen vindt men achtereenvolgens de inhoud van onze boodschap :

- Bovenaan beelden de blokjes de getallen uit van 1 tot 10, uitgedrukt in het binair stelsel. 

- Juist daaronder worden de atoomnummers gegeven van de elementen waterstof, koolstof, stikstof, zuurstof en fosfor. Het zijn de atomen die de bouwstenen vormen van ons DNA.

- In de 4 rijen daaronder staan de formules die aangeven hoe ons DNA is opgebouwd.

- Daaronder staat de helixstructuur van het DNA, samen met het approximatief aantal nucleotiden in het menselijk genoom. 

- Eronder herkent men duidelijk een menselijke gestalte. Links ervan staat de waarde van de gemiddelde gestalte van de mensen. Om onze gestalte te bekomen moet men wel het afgebeeld binair getal 14 vermenigvuldigen met de golflengte waarin onze boodschap werd opgestuurd (126 mm). Rechts staat dan het aantal mensen die in 1974 op Aarde woonden: 4,2 miljard.   

- Op de volgende lijn wordt het zonnestelsel afgebeeld met de Aarde ietwat uit haar positie getekend om duidelijk te maken vanwaar de boodschap afkomstig is.

- Ten slotte volgt nog eronder een grafiek van de Arecibo-radiotelescoop en de diameter van de schotelantenne.

 

En nu maar hopen dat de eventuele ontvangers van onze boodschap binnen zoveel duizenden jaren onze boodschap zullen kunnen analyseren...

 

 

Hoe exoplaneten ontdekken?

Exoplaneten zijn, vergeleken met hun ster, kleine en zwakke voorwerpen, die, zoals ook het geval is met de planeten van ons zonnestelsel, zelf geen licht uitstralen. Veelal worden exoplaneten overstraald door hun ster. Alleen in zeldzame gevallen kunnen exoplaneten rechtstreeks worden waargenomen. Meestal moet hun bestaan dan ook afgeleid worden uit indirecte waarnemingen.

 

1469_PHLplanets768.jpeg
Copyright: NASA

 

Men gebruikt verschillende methodes om exoplaneten op te sporen. Elke methode heeft voor- en nadelen. De drie meest gebruikte methodes zijn de volgende:

 

Transitmethode

Een veel gebruikte methode is de transitmethode. Deze methode bestaat erin dat men de verandering van de luminositeit van de ster nauwkeurig analyseert. Indien deze luminositeit regelmatig en periodisch verandert, is dit mogelijks te wijten aan het feit dat deze verandering veroorzaakt wordt door een planeet die regelmatig vóór de ster schuift en op deze manier tijdelijk en volgens een bepaald tijdspatroon de lichtsterkte van de ster beïnvloedt. Telkens de planeet voorbij de ster komt, zal de lichtsterkte van de ster verminderen. De periodiciteit van de veranderingen in het lichtpatroon van de ster verwijst dan ook naar de omwentelingstijd van de planeet rond haar ster. Met de apparatuur waarover men nu beschikt is het zelfs mogelijk uit de intensiteit van de lichtvermindering ook de diameter van de exoplaneet te bepalen. De eerste exoplaneet die met deze methode werd ontdekt was in 1999 exoplaneet HD 209458b.

Eigenlijk doet zich hetzelfde transit-fenomeen voor als wij op de Aarde een Venus- of Mercurius- overgang meemaken. Wanneer een van deze planeten voorbij de Zon schuift heeft dit een impact op de luminositeit van de Zon.

Op de uitstekende NASA-website Exoplanet Exploration zie je hier de transitmethode in actie.

 

Radiële snelheidsmethode

Een andere methode bestaat erin om nauwkeurig de radiële snelheid van een ster te meten. Wanneer wij een planeet rond een ster zien draaien, zouden wij eigenlijk moeten zeggen dat de ster en haar planeet rond hun gemeenschappelijk zwaartepunt draaien. Een planeet die rond een ster draait, heeft dus een impact op haar ster. Deze ster voert dan onder invloed van de planeet een kleine, soms amper waarneembare, periodische beweging uit. Het komt er nu op aan om de radiële component van die beweging te meten. Telkens de ster zich van ons verwijdert, zal haar spectrum een kleine roodverschuiving vertonen; telkens zij naar ons toe beweegt zal haar spectrum een kleine blauwverschuiving vertonen. Die periodische verschuivingen in het spectrum van de ster kan dan ook wijzen op de aanwezigheid van een exoplaneet.

Deze methode om exoplaneten op te sporen zal vooral gebruikt worden wanneer de ster zich niet al te ver bevindt. 

Op de uitstekende NASA-website Exoplanet Exploration zie je hier de radiële snelheidsmethode in actie.

Begin oktober 2019 deelden twee Zwitserse astronomen de Nobelprijs natuurkunde met een kosmoloog, precies omdat zij in 1995 op basis van deze methode voor het eerst een exoplaneet hadden weten te detecteren rond een ster zoals de Zon: 51 Pegasi b.

 

Gravitatielensmethode

Een derde methode om exoplaneten op te sporen doet beroep op de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Als gevolg van de algemene relativiteitstheorie wordt het licht dat door een heldere verre ster wordt uitgezonden afgebogen door de massa van een tussenliggende ster (de ster die als lens functioneert) met als gevolg dat men twee of meer beelden van die ene verafgelegen ster bekomt. Een planeet die rond die tussenliggende ster beweegt zal een invloed hebben op de vorm van het door de lenswerking gevormde beeld van die veraf gelegen ster. De eerste exoplaneet die volgens deze methode ontdekt werd was, op 22 juni 2003: exoplaneet OGLE235-MOA53b.

Op de uitstekende NASA-website Exoplanet Exploration zie je hier de gravitatielensmethode in actie.

 

Tekst: Emiel Beyens, 24/08/2019