Afbeelding tegoed: NASA
We zijn gedoemd. Op een dag zal de aarde een verbrande sintel zijn die rond een gezwollen rode ster draait.
Dit is het uiteindelijke lot van elke planeet die dicht bij een hoofdreeksster zoals onze zon leeft. Hoofdreekssterren lopen op waterstof en wanneer deze brandstof opraakt, schakelen ze over op helium en worden ze een rode reus. Terwijl de overgang van de zon naar een rode reus triest nieuws is voor de aarde, zullen de ijzige planeten in de verste gebieden van ons zonnestelsel voor het eerst zonnebaden in de warmte van de zon.
De zon is in de loop van zijn leven langzaam maar gestaag helderder en heter geworden. Wanneer de zon in ongeveer 4 miljard jaar een rode reus wordt, wordt onze vertrouwde gele zon levendig rood, omdat deze voornamelijk de energie met lagere frequentie van infrarood en zichtbaar rood licht afgeeft. Het zal duizenden keren helderder worden en toch een koelere oppervlaktetemperatuur hebben, en de atmosfeer zal zich uitbreiden, waardoor Mercurius, Venus en mogelijk zelfs de aarde langzaam worden overspoeld.
Terwijl wordt voorspeld dat de atmosfeer van de zon de baan van de aarde van 1 AU zal bereiken, verliezen rode reuzen de neiging veel massa te verliezen, en deze golf van uitgestoten gassen zou de aarde net buiten het bereik kunnen duwen. Maar of de aarde nu wordt verteerd of slechts wordt verschroeid, al het leven op aarde zal in de vergetelheid zijn geraakt.
Maar de omstandigheden die het leven mogelijk maken, zouden elders in het zonnestelsel kunnen voorkomen, volgens een paper gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiology door S. Alan Stern, directeur van de afdeling Space Studies van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. Hij zegt dat planeten van 10 tot 50 AU zich in de bewoonbare zone van de rode gigantische zon zullen bevinden. De bewoonbare zone van een zonnestelsel is het gebied waar water in vloeibare toestand kan blijven.
De bewoonbare zone zal geleidelijk door het 10 tot 50 AU-gebied verschuiven naarmate de zon helderder en helderder wordt en evolueert door zijn rode gigantische fase. Saturnus, Uranus, Neptunus en Pluto liggen allemaal binnen 10 tot 50 AU, evenals hun ijskoude manen en de Kuipergordelobjecten. Maar niet al deze werelden hebben een gelijke kans op leven.
De vooruitzichten voor bewoonbaarheid op de gasplaneten Saturnus, Neptunus en Uranus worden mogelijk niet zo erg beïnvloed door de overgang van de rode reus. Astronomen hebben in andere zonnestelsels gasvormige planeten ontdekt die heel dicht bij hun moederster cirkelen, en deze 'hete Jupiters' lijken hun gasatmosfeer vast te houden, ondanks dat ze dicht bij de intense straling staan. Het leven zoals we het kennen, zal waarschijnlijk niet op gasvormige planeten verschijnen.
Stern denkt dat Neptunus 'maan Triton, Pluto en zijn maan Charon en de Kuipergordelobjecten de beste kansen op leven zullen hebben. Deze lichamen zijn rijk aan organische chemicaliën en de hitte van de rode gigantische zon zal hun ijzige oppervlakken in oceanen doen smelten.
“Als de zon een rode reus is, zullen de ijswerelden van ons zonnestelsel tientallen tot honderden miljoenen jaren lang oceaanoases worden”, zegt Stern. “Ons zonnestelsel zal dan niet één wereld herbergen met oppervlakte-oceanen, zoals nu, maar honderden, voor alle ijskoude manen van de gigantische planeten, en de ijskoude dwergplaneten van de Kuipergordel zullen dan ook oceanen dragen. Omdat de temperatuur op Pluto dan niet erg anders zal zijn dan de temperatuur van Miami Beach nu, noem ik deze werelden 'warme Pluto's', naar analogie van de overvloed aan hete Jupiters die de afgelopen jaren in een baan om de zon zijn gevonden. "
De invloed van de zon is echter niet het hele verhaal - de kenmerken van een planetair lichaam bepalen de bewoonbaarheid aanzienlijk. Dergelijke kenmerken omvatten de interne activiteit van een planeet, het reflectievermogen of 'albedo' van een planeet, en de dikte en samenstelling van de atmosfeer. Zelfs als een planeet alle elementen heeft die de bewoonbaarheid bevorderen, zal het leven niet noodzakelijkerwijs verschijnen.
"We weten niet wat er nodig is om het leven te beginnen", zegt Don Brownlee, astronoom aan de Universiteit van Washington in Seattle en co-auteur van het boek "The Life and Death of Planet Earth". Brownlee zegt dat als warme, natte interieurs en organische materialen alles zijn wat nodig is, Pluto, Triton en de Kuipergordelobjecten het leven zouden kunnen herbergen.
"Als waarschuwing echter waren de interieurs van asteroïden die de koolstofhoudende chondrietmeteorieten produceerden, misschien wel miljoenen jaren warm en nat in de vroege geschiedenis van het zonnestelsel", zegt Brownlee. "Deze lichamen zijn buitengewoon rijk aan zowel water als organische materialen, en toch is er geen overtuigend bewijs dat er ooit in een asteroïde meteoriet levende wezens aanwezig waren."
De baan van een planetair lichaam zal ook zijn kansen op leven beïnvloeden. Pluto heeft bijvoorbeeld geen mooie, regelmatige baan zoals de aarde. De baan van Pluto is relatief excentriek en varieert in afstand tot de zon. Van januari 1979 tot februari 1999 was Pluto dichter bij de zon dan Neptunus, en over honderd jaar zal het bijna twee keer zo ver zijn als Neptunus. Dit type baan zorgt ervoor dat Pluto extreme verhitting ondergaat, afgewisseld met extreme koeling.
Tritons baan is ook bijzonder. Triton is de enige grote maan die achteruit draait, of 'retrograde'. Triton kan deze ongebruikelijke baan hebben omdat het zich vormde als een Kuiper Belt-object en vervolgens werd gevangen door de zwaartekracht van Neptunus. Het is een onstabiele alliantie, omdat de retrograde baan getijdeninteracties met Neptunus veroorzaakt. Wetenschappers voorspellen dat Triton op een dag in Neptunus zal crashen of in kleine stukjes zal breken en een ring rond de planeet zal vormen.
"Het tijdschema voor het getijverval van de baan van Triton is onzeker, dus het zou kunnen zijn of het zou al zijn neergestort tegen de tijd dat de zon rood wordt," zegt Stern. "Als Triton in de buurt is, zal het er waarschijnlijk uitzien als hetzelfde soort organisch-rijke oceaanwereld als Pluto."
De zon zal ongeveer 250 miljoen jaar branden als een rode reus, maar is dat genoeg tijd voor het leven om voet aan de grond te krijgen? Gedurende het grootste deel van de levensduur van de rode reus zal de zon slechts 30 keer helderder zijn dan de huidige toestand. Tegen het einde van de rode reuzenfase zal de zon meer dan 1000 keer helderder worden en af en toe energiepulsen afgeven die 6000 keer de huidige helderheid bereiken. Maar deze periode van intense helderheid duurt een paar miljoen jaar, of hoogstens tientallen miljoenen jaren.
De beknoptheid van de helderste fasen van de rode reus suggereert Brownlee dat Pluto niet veel belooft voor het leven. Vanwege de gemiddelde baan van Pluto van 40 AU zou de zon 1.600 keer helderder moeten zijn om Pluto dezelfde zonnestraling te geven die we momenteel op aarde krijgen.
"De zon zal deze helderheid bereiken, maar slechts voor een zeer korte periode - slechts een miljoen jaar of zo", zegt Brownlee. "Het oppervlak en de atmosfeer van Pluto zullen vanuit ons oogpunt‘ verbeterd ’zijn, maar het zal voor lange tijd geen mooie plek zijn. '
Na de rode gigantische fase zal de zon zwakker worden en krimpen tot de grootte van de aarde en een witte dwerg worden. De verre planeten die koesterden in het licht van de rode reus, zullen opnieuw bevroren ijswerelden worden.
Dus als het leven in een rood reuzenstelsel moet verschijnen, moet het snel beginnen. Het leven op aarde zou 3,8 miljard jaar geleden zijn ontstaan, ongeveer 800 miljoen jaar na de geboorte van onze planeet. Maar dat komt waarschijnlijk omdat de planeten in het binnenste zonnestelsel 800 miljoen jaar zware bombardementen op de asteroïden hebben meegemaakt. Zelfs als het leven onmiddellijk was begonnen, zou de vroege regen van asteroïden de aarde van dat leven hebben weggevaagd.
Brownlee zegt dat er een nieuw tijdperk van bombardementen zou kunnen beginnen voor de buitenste planeten, omdat de rode reusachtige zon het enorme aantal kometen in de Kuipergordel zou kunnen verstoren.
"Als de rode reuzenzon 1000 keer helderder is, verliest hij bijna de helft van zijn massa aan de ruimte", zegt Brownlee. 'Hierdoor bewegen orbitale lichamen naar buiten. Gasverlies en andere effecten kunnen de Kuipergordel destabiliseren en een nieuwe periode van interessant bombardement creëren. ”
Maar Stern zegt dat planeten die bewoonbaar zijn gemaakt door een rode gigantische zon niet zo vaak zullen worden gebombardeerd als de vroege aarde, omdat de oude asteroïdengordel veel meer materiaal had dan de Kuipergordel vandaag.
Bovendien zullen de buitenste planeten niet dezelfde ultraviolette (UV) niveaus ervaren die de aarde heeft moeten doorstaan, omdat rode reuzen een zeer lage UV-straling hebben. De hogere intensiteit UV van een hoofdreeksster kan schadelijk zijn voor de delicate eiwitten en RNA-strengen die nodig zijn voor de oorsprong van het leven. Het leven op aarde kon alleen onder water ontstaan, in diepten beschermd tegen deze lichtintensiteit. Het leven op aarde is daarom onlosmakelijk verbonden met vloeibaar water. Maar wie weet wat voor soort leven zou kunnen ontstaan op planeten die geen UV-bescherming nodig hebben?
Stern vindt dat we moeten zoeken naar bewijzen van leven op Pluto-achtige werelden die vandaag rond rode reuzen draaien. We kennen momenteel 100 miljoen zonnetype-sterren in het Melkwegstelsel die branden als rode reuzen, en Stern zegt dat al deze systemen bewoonbare planeten zouden kunnen hebben binnen 10 tot 50 AU. 'Het zou een goede test zijn van de tijd die nodig is om leven te creëren in warme, waterrijke werelden', zegt hij.
"Het idee dat organische, rijke lichamen in de verte worden gebakken door een rode reuzenster is intrigerend en kan zeer interessant zijn als leefgebieden van korte duur", voegt Brownlee eraan toe. 'Maar ik ben blij dat onze zon nog een goede tijd over heeft.'
Wat is het volgende
Hoewel veel van wat we weten over het buitenste zonnestelsel is gebaseerd op verre metingen gemaakt met telescopen op aarde, vingen wetenschappers op 2 januari 2004 een close-up glimp op van een Kuipergordelobject. Het ruimtevaartuig Stardust passeerde binnen 136 kilometer van komeet Wild2, een enorme sneeuwbal die het grootste deel van zijn 4,6 miljard jaar durende levensduur in een baan rond de Kuipergordel doorbracht. Wild2 draait nu voornamelijk in de baan van Jupiter. Brownlee, de Principle Investigator voor de Stardust-missie, zegt dat de Stardust-afbeeldingen fantastische oppervlaktedetails tonen van een lichaam dat gevormd is door zowel zijn oude als recente geschiedenis. Stardust-afbeeldingen tonen gas- en stofstralen die van de komeet schieten, terwijl Wild2 snel uiteenvalt in de sterke zonnewarmte van het innerlijke zonnestelsel.
Om meer te weten te komen over het buitenste zonnestelsel, moeten we een ruimtevaartuig sturen om te onderzoeken. In 2001 selecteerde NASA de New Horizons-missie voor precies dat doel.
Stern, de hoofdonderzoeker van de New Horizons-missie, meldt dat de assemblage van het ruimtevaartuig deze zomer moet beginnen. Het ruimtevaartuig wordt in januari 2006 gelanceerd en arriveert in Pluto in de zomer van 2015.
Met de New Horizons-missie kunnen wetenschappers de geologie van Pluto en Charon bestuderen, hun oppervlakken in kaart brengen en hun temperaturen meten. Pluto's atmosfeer zal ook in detail worden bestudeerd. Daarnaast zal het ruimtevaartuig de ijskoude lichamen in de Kuipergordel bezoeken om soortgelijke metingen te doen.
Oorspronkelijke bron: Astrobiology Magazine
