‘Ik denk niet dat we alleen zijn’

Duizenden planeten ontdekte Nasa’s planeetspeurder Kepler de afgelopen jaren door te kijken naar de flikkering van verre sterren, wanneer daar planeten voor langs bewegen. Sinds deze telescoop dit voorjaar de geest gaf – twee van de vier vliegwielen die het apparaat in positie houden, liepen vast – is ons blikveld op het heelal verkleind. Maar volgens planeetonderzoekster Daphne Stam zat zijn belangrijkste taak er al op. Dankzij Kepler weten we nu dat bijna tien procent van alle sterren in de Melkweg minstens één planeet heeft op dusdanige afstand van de ster dat er vloeibaar water kan zijn.

Waar vloeibaar water is, kan leven zijn. Volgens Stam is het tijd om een telescoop te lanceren die dergelijke exoplaneten daadwerkelijk kan zien, in plaats van ze ‘slechts’ indirect waarneemt, en die kan zoeken naar tekenen van leven. Samen met andere Europese onderzoekers schreef ze aan het voorstel ‘Exploring habitable worlds beyond our solar system’. Dit in navolging op ESA’s verzoek aan wetenschappers om voorstellen in te dienen voor grote missies voor na 2020.

Wordt jullie voorstel breed gedragen?

“Er gaan steeds meer stemmen op onder planeetonderzoekers en sterrenkundigen om zo’n ruimtetelescoop te lanceren. Ons voorstel is door bijna zevenhonderd ‘fans’ ondertekend. De wereld van de exoplaneten heeft zich aan ons ontsloten. In de jaren negentig signaleerden we de eerste exoplaneten met telescopen vanaf de grond. Later kwam ESA’s kleine ruimtetelescoop Corot (convection rotation and planetary transits) die de eerste rotsachtige exoplaneet heeft ontdekt. Met de gespecialiseerde Kepler-telescoop kwam de zoektocht naar deze relatief kleine planeten in een stroomversnelling. We weten nu dat ze er in groten getale zijn, maar we weten niet of die planeten atmosferen hebben. En zo ja, hoe die eruit zien. De dikte en de samenstelling van een atmosfeer bepaalt voor een groot deel de omstandigheden op het oppervlak van een planeet. Dus of het gloeiend heet, aangenaam, of juist ijskoud is. De volgende stap is daarom om ze te bekijken.”

En om hopelijk tekenen van leven te vinden?

“Ja, dat is een belangrijke drijfveer. Het is niet uitgesloten dat elders in ons eigen zonnestelsel ook organismen zijn, maar dat zullen waarschijnlijk hooguit micro-organismen zijn. Europa en Ganymedes, twee manen van Jupiter, zijn met een dikke ijslaag bedekt. Daaronder zit misschien water dat vloeibaar is dankzij de warmte uit het binnenste van deze ijsmanen. En op Mars wordt natuurlijk al heel lang naar leven gezocht. Als daar leven is, zal het zich onder de grond bevinden. Als we geavanceerdere vormen van leven willen vinden, moeten we veel verder zoeken. Bij andere sterren.”

Bedoelt u met geavanceerd leven intelligent leven?

“De kans dat er buiten ons zonnestelsel intelligent leven is, is groot. Er zijn een paar honderd miljard sterrenstelsels met elk honderden miljarden sterren. En we weten inmiddels dat de meeste sterren planeten hebben. Ik denk niet dat we alleen zijn. Maar of we ooit contact zullen leggen, weet ik niet. Daarvoor zijn de afstanden waarschijnlijk te groot.” 

Jullie schrijven dat dit onderzoek ook interessant is voor de aardwetenschap. Hopen jullie meer te weten te komen over de Aarde? 

“Onderzoek naar exoplaneten kan ons meer inzicht verschaffen in de ontstaansgeschiedenis en toekomst van planeten als de Aarde. Misschien vinden we wel ontzettend veel planeten die net als Venus een atmosfeer van bijna alleen koolstofdioxide hebben met dikke zwavel zuurwolken. Dat zou erop wijzen dat een gematigd klimaat zoals we dat op Aarde hebben, met waterwolken en met relatief weinig koolstofdioxide in de lucht, niet alleen vrij uniek is, maar misschien zelfs instabiel.”

Willen jullie de exoplaneten bestuderen die door Kepler en Corot zijn ontdekt?

“Nee, die staan daarvoor veel te ver weg. Kepler en Corot waren alleen bedoeld om exoplaneten te vinden. Kepler hield bijna honderdvijftigduizend sterren continu in het vizier op zoek naar dipjes in sterlicht. Om zo’n dipje te kunnen meten, moet de baan van de planeet precies goed georiënteerd zijn ten opzichte van de telescoop. Dat is natuurlijk zelden het geval. Precies om de kans op ‘toevalstreffers’ te vergroten hielden Corot en Kepler zoveel mogelijk sterren tegelijkertijd in de gaten.

“We willen nu dichter bij huis zoeken. Het liefst kijken we naar het sterlicht dat op een planeet valt en reflecteert. Precies zoals we vanaf de Aarde de maan kunnen zien. We zijn geïnteresseerd in dit gereflecteerde sterlicht, omdat het informatie bevat over de aanwezigheid en de eventuele samenstelling van de atmosfeer van een planeet. Als er veel zuurstof is, moet er ook een bron zijn. Want zuurstof wordt meestal snel afgebroken. Dat zou kunnen wijzen op leven. We willen ook de polarisatietoestand (de trilrichting van het licht, red.) van de lichtgolven meten. Die polarisatietoestand is erg gevoelig voor de eigenschappen van een planeetatmosfeer. Als er waterwolken zijn, zouden we met een polarimeter onder bepaalde kijkhoeken een regenboog moeten zien.”

Hoe gaat de ruimtetelescoop eruit zien?

“Een mogelijkheid is om de missie uit twee onderdelen te laten bestaan; de daadwerkelijke telescoop met een doorsnede van vier meter en een scherm dat op vijftig duizend kilometer voor de telescoop vliegt. Het scherm krijgt een doorsnede van vijftig meter en moet voorkomen dat de telescoop verblind raakt door het licht van de ster waar de planeet omheen draait. Dat sterlicht is zo’n tien miljard keer feller dan het planeetlicht. Vergelijk het met je hand die je op een afstandje voor je gezicht houdt als je tegen de zon in kijkt. Het scherm wordt met kleine raketmotoren zo gepositioneerd dat het planeetlicht er nog wel net langs kan.

“De telescoop gaat naar het Lagrangepunt L2. Dat is een plek die zich aan de nachtzijde van de Aarde bevindt, ongeveer vier maal verder dan de maan.” 

Dat klinkt spannend, zo’n scherm met raketmotoren.

“Wat het allemaal nog spectaculairder maakt, is dat het scherm in de ruimte moet uitklappen. Je kunt het niet ontvouwen lanceren. En het moet de vorm krijgen van een bloem. Bij een cirkelvormig scherm krijg je namelijk last van optische effecten langs de rand.”

‘Exploring Habitable Worlds beyond our Solar System’ is een voorstel. Het is nog onzeker of de zoektocht naar buitenaards leven op exoplaneten echt gaat plaatsvinden.

“Als het project doorgaat, verwacht ik dat de telescoop rond 2030 gelanceerd wordt. Er zijn natuurlijk nog een heleboel andere razend interessante open vragen over sterren en fundamentele processen in het heelal, maar ook over planeten in ons eigen zonnestelsel. Er is ook wat voor te zeggen om eerst eens te begrijpen hoe de atmosfeer van Venus in elkaar zit voordat we proberen iets zinnigs te zeggen over planeten die een miljoen keer verder weg zijn.” 

Ondanks deze onzekerheid werkt u samen met collega’s van de Universiteit van Leiden aan een kleine polarimeter die jullie ooit op de maan hopen te zetten als een soort voorproefje.

“Vanaf de maan kun je naar de Aarde kijken alsof het een exoplaneet is. Daardoor kunnen we de informatie over de kleur en de polarisatietoestand van het aardse licht gebruiken als referentiemateriaal voor toekomstige observaties van exoplaneten. Dat is nodig omdat we van echte exoplaneten maar heel weinig licht zullen ontvangen.”

“Met metingen van de Aarde kunnen onderzoeken hoe betrouwbaar polarisatiemetingen van exoplaneten zijn en wat je er allemaal uit kunt afleiden. Van de Aarde weten we immers waar de atmosfeer uit bestaat, hoe de oceanen en de continenten verdeeld zijn, en hoe de wolken zich gedragen.”

ESA en Nasa hadden een tijdje terug het plan om een groep telescopen te lanceren die samen op zoek zouden gaan naar aardachtige exoplaneten. Dit Darwinproject, waar Delftse onderzoekers aan hebben meegerekend, is in 2007 afgeblazen omdat het technisch te riskant zou zijn. Als deze nieuwe telescoop hetzelfde lot is beschoren, is uw levenswerk dan voor niets geweest?

“Ik stort dan niet in hoor. Ik bestudeer ook planeten in ons eigen zonnestelsel. Een kleine polarimeter, zoals die met de astronomen in Leiden is ontwikkeld, kan op grondtelescopen of op missies naar planeten binnen ons eigen zonnestelsel ook veel waardevolle ontdekkingen doen. Zo kan het de samenstelling van de wolkdeeltjes van gasreuzen bepalen en de eigenschappen van de stofdeeltjes van Mars.”

Hoe is uw passie voor planeetonderzoek ontstaan?

“Het is eigenlijk toeval dat ik planeetonderzoeker ben geworden. Ik studeerde natuurkunde aan de VU. Daar werkte toen de enige hoogleraar planeetonderzoek van Nederland, professor Joop Hovenier. Via hem ben ik het vak ingerold. De decaan op de middelbare school had me trouwens ook ooit gezegd dat ik verder moest in de sterrenkunde. Sterrenkundigen waren volgens hem echte kunstenaars. En dat paste wel bij mij, want ik kon behalve goed rekenen goed tekenen. Het klopt dat veel sterrenkundigen artistiek zijn. Huygens kon ook goed tekenen. Je hebt fantasie en voorstellingsvermogen nodig om je een beeld te kunnen vormen van dingen die zo ver weg zijn. Misschien heeft het daar mee te maken.” 

Maar u bent planeetkundige geworden en geen sterrenkundige.

“Ja, klopt. Met het nieuwe exoplaneetonderzoek komen die twee werelden overigens wel dichter bij elkaar. Sterrenkundigen leken planeetonderzoek altijd maar saai te vinden. ‘We weten toch alles al van planeten’, heb ik vaak te horen gekregen. Misschien hebben zij met planeetonderzoek wat ik een beetje bij aardobservatie had na mijn promotieonderzoek. Op een gegeven moment wordt het allemaal erg gedetailleerd en specialistisch. Maar van exoplaneten weten we nog vrijwel niets en daar lijken de astronomen toch ook wel interessant te vinden.”