www.sron.nl/v-aarde-uniek

Planeet aarde: Uniek in het heelal?  


aarde0.jpg Wat weten we niet?
Wat weten we wel?
Hoe zouden we erachter kunnen komen?
Links
 

Wat weten we niet?

De aarde is een van de acht planeten van het zonnestelsel. Vanaf de zon gerekend is het de derde planeet. Mercurius staat het dichtste bij, gevolgd door Venus. De planeet Mars staat ongeveer anderhalf maal verder van de zon dan de aarde. Samen vormen deze vier planten de ‘rotsachtige planeten’ van het zonnestelsel. Ze bestaan grotendeels uit rotsachtig materiaal met in hun binnenste een zware kern van nikkel en ijzer.

Binnen het zonnestelsel is de aarde uniek; geen enkele andere wereld is bewoond door wezens zoals wij. Op enkele plekken zou misschien een primitieve vorm van leven kunnen voorkomen, zoals vlak onder het oppervlak van Mars, of in de veronderstelde oceanen onder het ijzige oppervlak van de Jupitermaan Europa en de Saturnusmaan Enceladus. Tot nu toe is echter nergens anders dan op aarde (fossiel) leven aangetoond.

De zon is maar een van de ruwweg 100 miljard sterren in het Melkwegstelsel. Er bestaan vermoedelijk ook zo’n 100 miljard sterrenstelsels. Het aantal sterren in het heelal ligt daarom misschien ergens in de buurt van 1022 tot 1023, meer dan het aantal zandkorrels dat je op aarde kunt vinden. Zou er dan nergens een ‘tweeling’ van de aarde bestaan? De geschiedenis leert dat elke veronderstelling waarin de mens, de aarde, de zon of het Melkwegstelsel een unieke plaats wordt toebedacht, onwaar is. Er is tot nu toe echter geen ‘tweede aarde’ ontdekt. Is de aarde dan uniek in het heelal? We weten het niet. Nog niet, want het ziet ernaar uit dat we binnenkort veel meer weten dan nu. 
   omhoogomlaag

Wat weten we wel?

 Met aardse telescopen zijn heel wat exoplaneten ontdekt maar die vormen vooral het ‘laaghangende fruit'. Er lopen tal van zoekprojecten. Enkele belangrijke projecten zijn:

  • HARPS. Het instrument wordt gebruikt op de 3,6-meter telescoop van de European Southern Observatory (ESO) op de berg La Silla in Chili. De oogst van HARPS staat op meer dan 150 exoplaneten. Veel daarvan zijn lichter dan de helft van de massa van Neptunus. Er zitten ook tientallen 'superaardes' tussen, met massa's tussen 1 en 10 keer die van de aarde. Met HARPS zijn ook 376 zonachtige sterren bestudeerd om na te gaan hoe groot de kans is dat juist bij zulke sterren planeten voorkomen. Het resultaat is facinerend: in 40% van de gevallen is er een planeet die lichter is dan Saturnus. Er zit een planeet bij die maar 3,6 maal zo zwaar is als de aarde, en op een afstand staat van de moederster waarbij de omstandigheden gunstig zijn voor het ontstaan van leven.
    Lees meer: de HARPS-techniekHARPS is een spectrograaf waarmee heel subtiele veranderingen zijn waar te nemen in de plaats van de spectraallijnen in het sterspectrum. Die veranderingen worden veroorzaakt door schommelingen in de snelheid van de ster, als gevolg van een of meer planeten die om de ster draaien. Deze methode is heel nauwkeurig en kan daarom ook relatief lichte planeten ontdekken.
  • OGLE. Dit project van de Universiteit van Warschaw kijkt naar sterren die plotseling voor korte tijd helderder worden omdat er op grote afstand een planeet voor de ster langstrekt. De zwaartekracht van die planeet werkt dan heel even als een lens en versterkt het licht van de ver daarachter gelegen ster. Maar de telescoop ziet ook 'verduisteringen' van een ster als een planeet juist dichtbij de ster staat en er vlak voor langs trekt. Er is ruim een dozijn planeten gevonden, met beide methoden.
  • WASP. Automatisch werkende telescopen op het eiland La Palma en in Zuid-Afrika houden continue grote gebieden van de hemel in de gaten en speuren naar sterren die een heel klein beetje worden verduisterd door het langstrekken van een planeet. De oogst bestaat uit tientallen exoplaneten, waarvan sommige in vreemde banen bewegen.

De aardse atmosfeer maakt het waarnemen van exoplaneten niet gemakkelijk. In toenemende maten worden exoplaneten nu ontdekt met ruimtemissies. Tot de belangrijke projecten die thans operationeel zijn, behoren:

   omhoogomlaag

Hoe zouden we erachter kunnen komen?

We weten wel dat planetenstelsels, zoals rond onze zon, in overvloed voorkomen in het heelal. We noemen de planeten bij andere sterren wel 'exoplaneten'. Ze zijn met de huidige technieken eigenlijk niet rechtstreeks waar te nemen. Hun hele zwakke schijnsel wordt volledige overstraald door het licht van de moederster. Exoplaneten worden daarom op een indirecte manier ontdekt. 

In december 2011 zijn zo'n 700 exoplaneten bekend. Zit daar een tweeling van de aarde bij? Nog niet echt. Verreweg de meeste exoplaneten racen in enkele dagen om hun ster. Ze draaien er dus vlakbij omheen en moeten daarom heel heet zijn. Het zijn reuzenversies van ‘onze’ planeet Jupiter. Het voorkomen van deze ‘hete Jupiters’ is op zichzelf verrassend; ons zonnestelsel zit anders in elkaar. Tenminste: op dit moment. Want sterrenkundigen hebben aan de hand van deze hete Jupiters ontdekt dat planetenstelsels op lange tijdschalen heel wat dynamischer zijn dan zich laat aanzien in ‘ons’ planetenstelsel.

Zijn de meeste planeten dan een 'hete Jupiter'? Nee. Deze exoplaneten zijn het gemakkelijkste te ontdekken met de huidige technieken. Je kunt ze in een paar weken tot enkele maanden al ontdekken, als ze dichtbij hun ster ronddraaien. Exoplaneten op grotere afstanden van hun ster voltooien in een jaar tot vele jaren hun baan. Je moet lange tijdreeksen van waarnemingen opbouwen om die te ontdekken. De huidige ‘catalogus’ van exoplaneten zegt dus nog niet veel over het aantal aardachtige planeten.
Lees meer: manieren waarop we nu exoplaneten kunnen ontdekkenDe eerste manier is door te kijken naar het ‘wiebelen’ van de moederster die door de ronddraaiende planeet / planeten een beetje van zijn (gemiddelde) plaats aan de hemel wordt getrokken. Je kunt kijken naar periodieke schommelingen in de radiale snelheid (langs de gezichtslijn) via de spectraallijnen in het sterlicht. Op die manier zijn snelheidsvariaties van 1 m/s te zien en in de praktijk is dit een erg bruikbare manier om exoplaneten op te sporen. Je kunt ook kijken naar de periodieke schommelingen in de transversale (loodrecht op de gezichtslijn) snelheid, door met astrometrie uiterst nauwkeurige sterposities te meten over een lange tijdreeks. Als de moederster een pulsar is kun je ook kijken naar minieme schommelingen in de pulsperiode, waaruit je de radiale snelheid afleidt.

De tweede is door te kijken naar periodieke afname van het sterlicht. Als een exoplaneet geheel of gedeeltelijk over de sterschijf trekt zal de ster iets minder fel stralen. Het is een heel subtiel effect dat je alleen met zeer nauwkeurige lichtmeters kunt waarnemen. Buiten deze twee manieren zijn er ook nog wat meer exotische methoden. Zo kun je gebruikmaken van het gravitatielenseffect. Als een exoplaneet toevallig precies voor een ver daarachter gelegen ster trekt, kan de helderheid van die ster door die ‘microlens’ tijdelijk opvlammen. Je kunt ook proberen om met een plaatje het sterlicht af te dekken (een coronograaf) zodat het planeetlicht overblijft. En je kunt via interferentie van lichtgolven proberen het sterlicht weg te filteren.

Ten slotte is er nog een manier om polarisatie-effecten te meten van sterlicht dat aan de planeet is verstrooid (zie ook het venster over
spectropolarimetrie in de categorie Technologieën). Omdat planeten de meeste straling uitzenden in het infrarood, is het bij verschillende methoden verstandig om juist in dat golflengtegebied te kijken.
Lees meer: manieren om in de toekomst exoplaneten op te sporenHoe komen we echt achter het bestaan van een tweeling van de aarde? Misschien wel door het toepassen van nieuwe technologie. Veelbelovend lijkt de spectropolarimetrie (zie ook het aparte venster over spectropolarimetrie onder de categorie Technologieën) waarmee een aantal eigenschappen van de atmosfeer van exoplaneten kan worden bepaald. De polarisatie in het gemeten licht (een voorkeur voor de trillingsrichting van de fotonen) is afhankelijk van de manier waarop het sterlicht wordt verstrooid aan de atmosfeer (en het oppervlak) van de exoplaneet.

Een andere techniek bedient zich van een methode waarmee we ook de ijle buitenste atmosfeer van de zon bestuderen: de coronograaf. Het idee is om het felle sterbeeldje af te dekken zodat het zwakke schijnsel van de exoplaneet niet meer verdrinkt in het sterlicht. Nog een andere techniek voor de toekomst is de zogeheten nulling-interferometrie. Daarbij wordt een ster-met-exoplaneet waargenomen door twee telescopen waarvan de signalen worden gecombineerd. Als je dat handig doet kun je ervoor zorgen dat het sterlicht uit de ene telescoop het sterlicht uit de andere telescoop precies uitdooft. En dat dan het planeetlicht overblijft. Zulke technieken zijn met name toe te passen in ruimtemissies omdat de trillende aardatmosfeer roet in het eten gooit.

Er staat ook een aantal toekomstige ruimtemissies op het programma waarmee nog veel meer exoplaneten ontdekt gaan worden. De belangrijkste zijn:



Links  

Wat weten we niet?
Meer over het zonnestelsel : http://www.astronomie.nl/nieuws/556/ons_zonnestelsel.html
en : http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/index.php
en : http://nineplanets.org/

Wat we weten wel?
Meer over exoplaneten : http://www.kennislink.nl/publicaties/exoplaneten-2
en : http://en.wikipedia.org/wiki/Extrasolar_planet
Meer over het zoeken naar exoplaneten : http://planetary.org/exoplanets/howwefind.php
en : http://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_extrasolar_planets
Meer informatie over het HARPS-project bij ESO :
http://www.eso.org/public/netherlands/news/eso1134/
Meer informatie over het OGLE-project in Polen : http://ogle.astrouw.edu.pl/
Meer informatie over het (Super)WASP-project : http://www.superwasp.org/

Hoe zouden we er achter kunnen komen?
Actuele database van exoplaneten : http://exoplanet.eu/
Lijstje van sterren waarbij een of meer planeten zijn ontdekt : http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_exoplanetary_host_stars
Lijstje van planeetstelsels met twee of meer planeten : http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_planetary_systems
NASA’s KEPLER-missie : http://kepler.nasa.gov/
Meer over de COROT-missie : http://smsc.cnes.fr/COROT/
ESA’s GAIA-missie : http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=26
Eoplaneten en GAIA : http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=40577
ESA’s PLATO-project : http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=104
Overzicht van enkele exoplaneetprojecten : http://planetquest.jpl.nasa.gov/missions/missions_index.cfm

aarde
Planeet aarde is de enige plek in het heelal waarvan we zeker weten dat er leven voorkomt...
Mars
Mars heeft vroeger een ander klimaat gekend. Korte tijd moeten de omstandigheden gunstig zijn geweest voor het ontstaan van leven. Er is nog geen direct bewijs dat er ooit leven op Mars is geweest
 Europa-maan
De Jupiter-maan Europa herbergt onder zijn ijskorst een 'warme' oceaan met zout water. Misschien een plaats waar leven kan voortbestaan?
Enceladus
Ook onder de ijskorst van de Saturnus-maan Enceladus blijkt zich een zoute oceaan te bevinden. Wie weet herbergt die oceaan levenssporen?
 zonnestelsel
De planeten en manen in ons zonnestelsel. Tot nu toe blijkt leven beperkt tot een object: de aarde
Heliosfeer
De verst verwijderde ruimtetoestellen zullen in de komende jaren de interstellaire ruimte binnenvliegen. Het contact is dan misschien al verbroken. Ze dragen gecodeerde boodschappen bij zich waaruit een verre beschaving onze aanwezigheid kan vaststellen
 Itokawa, een planetoïde die bestaat uit een losjes bij elkaar gehouden puinhoop
Itokawa, een planetoïde die bestaat uit een losjes bij elkaar gehouden puinhoop

 Jupiter
Jupiter

Pluto via de Hubble telescoop
Pluto via de Hubble telescoop. Onlangs is een vijfde maan ontdekt bij deze dwergplaneet. In 2015 vindt een kortstondig bezoek plaats via een NASA sonde
komeet Hyakutake (1996)
komeet Hyakutake (1996). Kometen kunnen voor de watervoorraad op aarde hebben gezorgd
 Formalhout, direte waarneming exoplaneet door de Hubble ruimtetelescoop
Formalhout met een direte waarneming van de exoplaneet aldaar door de Hubble ruimtetelescoop
Plaatje van Keck telescoop met de ster HR 8799 waarbij het licht van de centrale ster is weggefilterd en de planeten in infraroodstraling zichtbaar worden
Plaatje van Keck telescoop met de ster HR 8799 waarbij het licht van de centrale ster is weggefilterd en de exoplaneten in infraroodstraling zichtbaar worden
Bevestiging van het vorige plaatje via een andere telescoop (Hale 1,5 m telescoop)
Bevestiging van het vorige plaatje via een andere telescoop (Hale 1,5 m telescoop)

Exoplaneten ontdekken via een eclips van de moederster
Exoplaneten kunnen zich soms verraden via een eclips van de moederster
Voorbeeld van lichtkromme bij een exoplaneet-overgang
Voorbeeld van lichtkromme bij een exoplaneet-overgang

Voorbeeld van de periodiek wisselende radiale snelheid als gevolg van het rondcirkelen van een exoplaneet (hete Jupiter) bij de ster TW Hydrae
Voorbeeld van de periodiek wisselende radiale snelheid als gevolg van het rondcirkelen van een exoplaneet (hete Jupiter) bij de ster TW Hydrae

Exoplaneten waarnemen via een zwaartekrachtslens
Exoplaneten waarnemen via een zwaartekrachtslens

Exoplaneet waarneming (lichtkromme) via een zwaartekrachtslens
Exoplaneet waarneming (lichtkromme) via een zwaartekrachtslens

COROT
De Franse COROT-missie kijkt naar kleine schommelingen in het licht van sterren en heeft zo tal van exoplaneet-overgangen ontdekt
 Kepler
Een van de meest succesvolle exoplanetenjagers van dit moment is NASA's Kepler-satelliet. Er zijn enkele duizenden kandidaten ontdekt. Het bevestigen van de kandidatuur via vervolgmetingen op aarde is echter tijdrovend en lastig
Blikveld van Kepler nabij het sterrenbeeld Zwaan
Blikveld van NASA's Kepler-satelliet nabij het sterrenbeeld Zwaan
GAIA
ESA's GAIA missie meet zeer nauwkeurig de (veranderingen in) sterposities. De missie gaat binnenkort van start en zal zeker de ontdekking van exoplaneten opleveren
PLATO
Studieontwerp van ESA's PLATO-missie