Op de planeten is mogelijk land te vinden waarop de temperaturen helemaal niet zo onaangenaam zijn en waar planten kunnen groeien en dieren kunnen gedijen.

Een sneeuwbalaarde – dat wil zeggen: een aardachtige planeet met bevroren oceanen – lijkt niet echt geschikt voor leven. Maar een nieuw onderzoek stelt nu dat we deze sneeuwbalaardes niet te snel moeten afschrijven; leven lijkt op de zeer koude planeten toch tot de mogelijkheden te behoren. Gebieden in het hart van continenten – en dus ver verwijderd van de bevroren oceanen – blijken namelijk temperaturen tot wel 10 graden Celsius te kunnen bereiken. En daarmee ligt de temperatuur in deze gebieden aanzienlijk hoger dan sommige levensvormen op aarde vereisen.

Simulaties
De onderzoekers trekken die conclusie op basis van simulaties. Met behulp van een computerprogramma simuleerden ze verschillende (klimaat)variabelen op theoretische sneeuwbalplaneten. Door te spelen met die variabelen simuleerden ze tal van verschillende sneeuwbalaardes en keken voor elk van deze of er leven mogelijk was of niet. Een variabele waar ze met name heel erg in geïnteresseerd waren, was CO2. Atmosferisch CO2 houdt warmte vast en kan planeten zo aan een gematigd klimaat helpen. Maar zonder CO2 koelen planeten rap af en kunnen uiteindelijk zelfs sneeuwbalaardes ontstaan (zie kader). Zo’n bevroren planeet lijkt misschien niet zo aantrekkelijk voor leven, maar heel verrassend blijken er op sommige sneeuwbalaardes dus gebieden te zijn waar de temperaturen helemaal niet zo onaangenaam zijn en zelfs hoog genoeg liggen voor de aanwezigheid van vloeibaar water: een belangrijk ingrediënt voor leven zoals wij dat kennen.


Het ontstaan van sneeuwbalaardes
Planeten worden sneeuwbalaardes als de CO2-concentratie in de atmosfeer enorm afneemt. Dat kan gebeuren door toedoen van twee processen: regenval en erosie. “Erosie en regenval verwijderen CO2 uit de lucht en zorgen ervoor dat het opgeslagen komt te zitten in gesteenten die uiteindelijk weer terugkeren in de mantel en zo beschikbaar komen voor vulkanen die CO2 terugbrengen in de atmosfeer,” vertelt onderzoeker Adiv Paradise, verbonden aan de universiteit van Toronto. Een verstoring van deze CO2-cyclus kan resulteren in een heftig broeikaseffect (zoals op Venus), maar ook in een bevroren planeet. “Je kunt het een beetje vergelijken met een emmer met een gat in de bodem. Je vult de emmer met water en hangt deze boven een veel grotere kuip waar ook water in zit en dat water wordt in de emmer erboven (met het gat erin) gepompt. De emmer met het gat erin zal zich tot op zekere hoogte vullen, maar op een gegeven moment is de snelheid waarmee water via het gat de emmer verlaat gelijk aan de snelheid waarmee het de emmer binnengaat en het waterniveau in de emmer stabiliseert dan.” In deze analogie is het water CO2, het gat in de emmer staat voor processen die CO2 uit de atmosfeer halen (erosie en regenval) en de pomp voor processen die CO2 in de atmosfeer brengen (vulkanische activiteit). Als er op een gegeven moment meer CO2 in de atmosfeer wordt gepompt dan eruit ‘lekt’ – bijvoorbeeld door een toename in vulkanische activiteit – zal er meer CO2 in de atmosfeer belanden. De CO2-concentratie stijgt en uiteindelijk ontstaat er een nieuw equilibrium. Maar als er juist minder CO2 in de atmosfeer wordt gepompt en er meer CO2 uit de atmosfeer weglekt, valt de CO2-concentratie sterk terug en bevriest de planeet uiteindelijk. Wat heel interessant is, is dat onderzoekers eigenlijk altijd aannamen dat het ontstaan van een sneeuwbalaarde resulteert in het wegvallen van de processen die CO2 uit de atmosfeer verwijderen. “Je hebt immers vloeibaar water nodig om CO2 uit de lucht te halen en naar gesteenten te brengen waarin het wordt opgeslagen,” vertelt Paradise. “En als alles koud en bevroren is, is dat er niet meer.” Het betekent dat een planeet nooit voorgoed een sneeuwbal blijft; vulkanische activiteit kan in de afwezigheid van vloeibaar water en dus processen om CO2 uit de atmosfeer te halen, leiden tot een opeenhoping van CO2 in de atmosfeer, waardoor de planeet uiteindelijk weer opwarmt en ontdooit. Maar wat het onderzoek van Paradise en collega’s nu laat zien, is dat er op sommige sneeuwbalaardes gebieden te vinden zijn met redelijk aangename temperaturen waar vloeibaar water te vinden kan zijn. “Als de planeet slechts grotendeels bevroren is en er kleine gebieden op het land zijn die opwarmen – al is het alleen maar in de zomermaanden – dan kan er in deze gebieden voldoende regen vallen om grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer te halen.” Het betekent dat sommige sneeuwbalaardes – alle vulkanische uitbarstingen ten spijt – gewoon bevroren blijven, doordat er nog steeds CO2 uit de atmosfeer wordt gehaald.

Ontdekte sneeuwbalaardes
Hoewel de onderzoekers in hun simulaties speelden met theoretische sneeuwbalaardes is Paradise ervan overtuigd dat dergelijke planeten in grote getale in het universum te vinden zijn. En mogelijk hebben we er zelfs al eentje of meerdere ontdekt. “Als ik zou moeten gokken welke reeds ontdekte planeet een sneeuwbalaarde is, dan zou ik zeggen Kepler-442b,” vertelt hij aan Scientias.nl. “Deze is zodanig ver van zijn moederster verwijderd dat de dagen op deze planeet waarschijnlijk ongeveer net zo lang duren als op onze aarde. En de planeet ontvangt ook nog eens een beetje minder licht van zijn moederster dan de aarde doet en onze resultaten suggereren dat dit het heel waarschijnlijk maakt dat Kepler-442b een sneeuwbalaarde is.” Veel meer sneeuwbalaardes kan Paradise momenteel niet noemen. “Maar het gebrek aan sneeuwbal-kandidaten betekent niet dat ze zeldzaam zijn,” benadrukt hij. “Het laat eerder zien dat we nog niet veel planeten ontdekt hebben die zowel aardachtig zijn als op aardachtige afstanden rond zonachtige sterren cirkelen. We verwachten dat deze planeten veelvuldig voorkomen, maar omdat het ongeveer een jaar kan duren voor ze een rondje rond hun ster voltooid hebben, kan het lastig zijn om ze te detecteren (zie kader, red.).”

De meeste planeten worden opgespoord met behulp van de transit-methode. Hierbij staren ruimtetelescopen langdurig naar sterren in de hoop er getuige van te zijn dat hun helderheid regelmatig afneemt. Dergelijke afnames in de helderheid van sterren kunnen namelijk wijzen op de aanwezigheid van een planeet die terwijl deze om de ster cirkelt regelmatig tussen de ster en de ruimtetelescoop in komt te staan en daarbij een deel van het sterlicht tegenhoudt. Om een kandidaat-planeet op deze manier te kunnen spotten, moeten ruimtetelescopen deze echter meerdere malen voor zijn ster langs zien bewegen. Vandaar dat deze methode ook veelal resulteert in de ontdekking van planeten met een korte omlooptijd.

Maar misschien wel het beste bewijs voor het feit dat sneeuwbalaardes bestaan, is onze eigen planeet. Aangenomen wordt dat deze in een ver verleden gedurende één tot mogelijk zelfs drie perioden compleet bevroren is geweest. En wat opvallend is, is dat het leven op aarde zich daardoor niet uit het veld liet slaan. “We weten dat de aarde leefbaar was gedurende die periode waarin deze bevroren was, omdat het leven ontstond voor die periode en tot lang daarna standhield,” aldus Paradise. “Maar al het leven op aarde bevond zich in die tijd in de oceanen. We weten niets over het land.”

Toendra
De simulaties onthullen dus dat sneeuwbalaardes ook leefbaar land kunnen bezitten. “De planeten zouden vrijwel overal ijzig en bevroren zijn, maar binnenlandse gebieden – een beetje zoals het midden van de VS of Canada of Centraal-Azië – zouden tijdens de zomermaanden aangename temperaturen kunnen hebben. Deze gebieden zouden een beetje vergelijkbaar kunnen zijn met de Arctische toendra, die het grootste deel van het jaar bevroren is, maar in de zomer warm genoeg is om vloeibaar water en planten te herbergen.”

Niet zo simpel
De resultaten zijn in zeker opzicht verrassend, stelt Paradise. “Ze zijn verrassend met het oog op de aannames die we erop nahouden, namelijk dat sneeuwbalplaneten niet in staat zijn om op de gebruikelijke manier CO2 uit de atmosfeer te halen en dat het bevriezen van de planeten deze onleefbaar maakt. Maar ze zijn niet echt verrassend als je denkt aan het klimaat hier op aarde. Dat is namelijk heel divers. Zelfs koude, ijzige gebieden kunnen gedurende bepaalde perioden in het jaar warm zijn en we weten zelfs dat er tijdens de laatste ijstijd gebieden waren die nauwelijks sneeuw of ijs bezaten, ook al bevonden ze zich veel noordelijker dan de ijskappen van Noord-Amerika. Deze droge gebieden, met donkere, braakliggende grond, zouden natuurlijk opwarmen tijdens de zomer. Zodra we begrepen wat onze modellen ons vertelden, waren we niet meer verbaasd. Sterker nog; het is ergens wel logisch dat dingen niet zo simpel zijn.”

Het onderzoek heeft vanzelfsprekend implicaties voor de zoektocht naar buitenaards leven. “Ten eerste is bepalen dat een planeet vrijwel volledig door ijs bedekt is, niet genoeg om aardachtig leven op het land uit te sluiten. We wisten al dat het niet genoeg was om leven in diepe wateren uit te sluiten, maar onze resultaten suggereren dat je op het land bijvoorbeeld ook planten of dieren kunt vinden die natuurlijk wel aangepast zijn aan de gemiddeld iets koudere omstandigheden. Daarnaast is het mogelijk dat koude sneeuwbalaardes veelvuldiger voorkomen dan we dachten. Dat maakt de kans op buitenaards leven zoals ik dat net beschreef groter, maar het betekent ook dat echt aardachtige planeten – met warme temperaturen en blauwe oceanen – weleens veel zeldzamer kunnen zijn dan we dachten.”