Zoek de vervuiling!

De afgelopen jaren zijn er duizenden (kandidaat-)planeten ontdekt en een deel ervan lijkt zo op het eerste gezicht niet ongeschikt voor leven. In de nabije toekomst hopen onderzoekers de atmosfeer van die potentieel leefbare planeten uit te pluizen, op zoek naar elementen, isotopen of moleculen die wijzen op de aanwezigheid van organismen. Maar wat voor soort elementen zijn dat dan? Vaak wordt er dan gedacht aan elementen waarvan we weten dat levensvormen deze voort kunnen brengen, zoals zuurstof bijvoorbeeld (zie kader).

Zuurstof
Als we naar onze planeet kijken, dan zien we dat de atmosfeer voor twintig procent uit zuurstof bestaat. Maar onze atmosfeer is niet altijd zo zuurstofrijk geweest. Sterker nog; van oorsprong bevat deze heel weinig zuurstof. Daar kwam echter verandering in toen er fotosynthetiserende bacteriën ontstonden, die – net als planten en bomen vandaag de dag doen – CO2 opnemen en zuurstof produceren. De atmosfeer ging geleidelijk aan steeds meer zuurstof bevatten en dat maakte de weg vrij voor de evolutie van complexere organismen. Hier op aarde is de overvloedige aanwezigheid van zuurstof dus een aanwijzing dat er leven is. En zo zijn er nog wel meer elementen te vinden die kunnen wijzen op de aanwezigheid van leven. Denk bijvoorbeeld ook aan methaan. Of, beter nog, een combinatie van zuurstof en methaan.

In een nieuwe studie, die binnenkort in het blad Astrophysical Journal verschijnt – maar nu al in te zien is op Arxiv -gooien onderzoekers het echter over een andere boeg. Ze pleiten ervoor om op zoek te gaan naar buitenaardse vervuiling. Of, iets concreter: stikstofdioxide. Dit gas kan vrijkomen tijdens vulkaanuitbarstingen of onweersbuien. Maar ook tijdens het verbranden van fossiele brandstoffen. “Op aarde is de meeste stikstofdioxide het resultaat van menselijke activiteiten – denk aan verbrandingsprocessen in voertuigen en op fossiele brandstoffen draaiende energiecentrales,” legt onderzoeker Ravi Kopparapu uit. “In de lage atmosfeer (tussen de 10 en 15 kilometer boven het oppervlak) domineert de door mensen gegenereerde stikstofdioxide. Daarom kan stikstofdioxide op een leefbare planeet ook wijzen op de aanwezigheid van een geïndustrialiseerde samenleving.”


Stikstofdioxide versus cfk’s
In feite pleiten de onderzoekers er dan ook voor om op zoek te gaan naar een technosignatuur, in plaats van een biosignatuur. Oftewel: een bijproduct van grootschalige industriële processen. Dat is op zichzelf geen nieuw idee. Maar het is wel voor het eerst dat men voorstelt om de pijlen daarbij te richten op stikstofdioxide. “In andere studies is ook wel gekeken naar chloorfluorkoolwaterstoffen (kortweg cfk’s, red.) als mogelijke technosignaturen,” aldus onderzoeker Jacob Haqq-Misra. “Dit zijn industriële producten die – totdat bleek dat ze de ozonlaag vernietigden – op grote schaal gebruikt werden als koelmiddel (…) Voor zover we weten worden cfk’s niet door levende wezens geproduceerd, dus ze zijn een meer voor de hand liggend technosignatuur dan stikstofdioxide. Maar cfk’s zijn ook heel specifieke, gefabriceerde chemicaliën die misschien elders niet zo veel gebruikt worden. Stikstofdioxide daarentegen, is een algemeen bijproduct van elk verbrandingsproces.”

Detecteren
In theorie kunnen we stikstofdioxide in de atmosfeer van een andere planeet aantreffen, door het licht te bestuderen dat deze planeet reflecteert. Stikstofdioxide absorbeert namelijk sommige kleuren (golflengtes) van zichtbaar licht. Maar kunnen we deze door stikstofdioxide veroorzaakte veranderingen in het lichtspectrum ook detecteren? Onderzoekers hebben dat met behulp van computermodellen uitgezocht. Het onderzoek wijst uit dat wanneer aliens op een aardachtige planeet, rond een zonachtige ster op dertig lichtjaar afstand net zoveel stikstofdioxide produceren als wij doen, we dat zouden moeten kunnen zien. Wel zou een toekomstige telescoop daarvoor zo’n 400 uur naar de planeet moeten kijken. Dat is een flinke tijd, maar telescopen hebben zich wel eerder aan zo’n tijdrovende klus gewaagd, zo had Hubble even veel tijd nodig voor de Deep Field-observaties. Bovendien, zo schrijven de onderzoekers, zou het gemakkelijker moeten zijn om in de atmosfeer van planeten rond koelere sterren (die bovendien veel vaker voorkomen dan zonachtige sterren) stikstofdioxide op te merken. Deze sterren produceren namelijk minder ultraviolet licht (dat stikstofdioxide opbreekt).

Slag om de arm
Mocht er in de toekomst stikstofdioxide in de atmosfeer van een exoplaneet worden aangetroffen, is dat echter nog niet direct bewijs dat op die planeet ook een vervuilende beschaving te vinden is, zo waarschuwen de onderzoekers. Want het gas kan zoals gezegd ook ontstaan door bijvoorbeeld vulkaanuitbarstingen. “Op aarde is ongeveer 76 procent van de stikstofdioxide-uitstoot te herleiden naar industriële activiteiten,” vertelt onderzoeker Giada Arney. “Als we stikstofdioxide op een andere planeet zien, moeten we modellen gebruiken om een inschatting te maken van hoeveel stikstofdioxide niet-industriële bronnen maximaal kunnen uitstoten. Als we meer stikstofdioxide observeren dan onze modellen suggereren, dan kan de rest van de stikstofdioxide te wijten zijn aan industriële activiteiten.”


Klein probleempje
Wat wel een uitdaging is, is dat wolken of aerosolen in de atmosfeer dezelfde golflengten licht absorberen als stikstofdioxide en dus ten onrechte aangezien kunnen worden voor het gas. Onderzoekers hopen dat probleem echter te verhelpen door gebruik te maken van een geavanceerder model waarin de natuurlijke variates in wolkbedekking worden gebruikt om onderscheid te maken tussen stikstofdioxide en wolken of aerosolen.

De komende jaren wordt er ongetwijfeld nog veel meer onderzoek gedaan naar bio- en technosignaturen. De volgende generatie telescopen komt er namelijk aan! Zo wordt de machtige James Webb Space Telescope naar verwachting later dit jaar gelanceerd. En over een paar jaar ziet ook de Extremely Large Telescope van ESO het eerste licht. Beide telescopen zijn in staat om atmosferen van planeten buiten ons zonnestelsel uit te pluizen. Gehoopt wordt dat zij zo uit kunnen wijzen of potentieel leefbare planeten ook echt leven herbergen. Maar dan is het natuurlijk prettig als je weet waar je in die atmosferen naar zoeken moet.