Veel van de krantenkoppen en discussies over de bewoonbaarheid van exoplaneten zijn gericht op hun nabijheid tot hun ster en op de aanwezigheid van water. Het is logisch, want dat zijn ernstig beperkende factoren. Maar die planetaire kenmerken zijn eigenlijk slechts een startpunt voor de bewoonbare / niet bewoonbare discussie. Wat er in het interieur van een planeet gebeurt, is ook belangrijk.
Er zijn een bijna verbijsterend aantal factoren die de aarde tot een levensondersteunende planeet maken. De sfeer, het water, de nabijheid van de ster. Het type ster en zijn stabiliteit, de orbitale stabiliteit van de planeet, zijn locatie in de melkweg. Dit zijn slechts enkele van de onderwerpen die vaak worden besproken. Andere, meer esoterische factoren zoals de grootte van de maan kunnen ook een cruciale rol spelen.
"Het hart van bewoonbaarheid ligt in het planetaire binnenste."
Van "Wat maakt een planeet leefbaar?"
Maar het is ook de gesmolten kern van de aarde die een overkoepelende rol speelt in de bewoonbaarheid van de aarde, door de magnetosfeer te creëren die ons beschermt tegen de doodstralen van de zon. En hoewel we misschien bekend zijn met dat aspect van de kern van de aarde dat bewoonbaarheid mogelijk maakt, draagt de samenstelling van het interieur op andere manieren bij.
Een team van onderzoekers van het Carnegie Institute heeft een in Science gepubliceerde brief geschreven waarin onderzoekers worden opgeroepen hun reikwijdte te vergroten als het gaat om het bepalen van de bewoonbaarheid. De essentie van hun brief is dat bewoonbaarheid veel te complex is om door één wetenschappelijke discipline te worden bepaald, en dat een algehele holistische of sterk geïntegreerde benadering nodig is om een meer praktische methode te verkrijgen om te bepalen welke exoplaneet bewoonbaar kan zijn.
En het is fascinerend om te lezen.
'De mensheid zal een bibliotheek aanleggen met informatie over de gasomhulsels die slechts een miljoenste van de massa van een exoplaneet uitmaken.'
Van "What Makes A Planet Habitable."
Naarmate onze waarnemingskracht groeit, stellen de wetenschappers dat onze methodologie voor het bepalen van bewoonbaarheid ook moet groeien.
Momenteel kunnen wetenschappers een exoplaneet detecteren, de nabijheid van de ster bepalen, de massa en dichtheid beperken en vervolgens probabilistische gissingen doen over de mogelijke bewoonbaarheid. De focus hiervan is om te proberen vast te stellen wat de atmosfeer van een bepaalde planeet waarschijnlijk zal zijn. Maar zelfs als we de sfeer goed hebben, hebben we eigenlijk alleen de eerste laag ui gepeld. Zoals ze in hun brief zeggen: "De mensheid zal een bibliotheek met informatie bouwen over de gasomhulsels die slechts een miljoenste van de massa van een exoplaneet uitmaken."
Maar wat dan? Hoe zit het met de rest van de massa van de planeet? Bepaalt het de bewoonbaarheid?
Het team van wetenschappers is Anat Shahar, Peter Driscoll, Alycia Weinberger en George Cody. In hun brief vertellen ze over de vele manieren waarop het binnenste van de aarde de bewoonbaarheid bepaalt.
Het team erkent dat vanuit ons perspectief van planeetjacht, het allemaal begint met de atmosfeer. Prikkelende signalen uit de atmosfeer, zoals de aanwezigheid van zuurstof of een uit balans zijnde chemische samenstelling, kunnen tekenen zijn van leven en bewoonbaarheid. Maar ze zijn verre van definitief.
Sferen zijn complexe, dynamische dingen. Ze zijn onderhevig aan allerlei soorten input, van bronnen van chemicaliën in het binnenste van de aarde tot het vermogen van een interieur om te fungeren als putten voor chemicaliën. Ze zijn altijd in beweging en het vereist enige vorm van stabiliteit gedurende lange perioden om het leven te laten bloeien.
Iedereen kent de waterkringloop van de aarde, maar er zijn ook andere cycli aan het werk. Wanneer vulkanen uitbarsten en magma via openingen het oppervlak bereikt, komen chemicaliën vrij die vervolgens worden teruggevoerd naar de korst. Als bepaalde chemicaliën zich kunnen ophopen, beperken ze de vooruitzichten voor het leven ernstig. In het artikel gebruiken de auteurs het voorbeeld van koolstof, dat atmosferische processen uit de atmosfeer kunnen verwijderen en naar de zeebodem kunnen brengen. Daar worden ze teruggevoerd naar het interieur in de subductiezones tussen tektonische platen.
Het punt dat ze maken is dat je de atmosfeer niet echt kunt beoordelen zonder te weten wat de inwendige processen van de planeet zijn.
Maar het zijn niet alleen de processen in het interieur die de bewoonbaarheid beïnvloeden. Het is ook de compositie.
De elementaire bouwstenen voor planeten zijn consistent en bevatten zuurstof, silicium en ijzer. Maar de hoeveelheden en verhoudingen van deze bouwstenen kunnen sterk variëren. Dat wordt bepaald door de omstandigheden in de protoplanetaire schijf waaruit de planeten zijn gevormd. Zoals de auteurs in hun brief duidelijk maken, kunnen de hoeveelheden van deze elementen en hoe ze worden verwerkt tijdens planetaire vorming, met een grote marge variëren.
Hun uiteindelijke samenstelling op de planeet kan ook variëren vanwege de omstandigheden in de protoplanetaire schijf. Zo kan de vorming van reuzenplaneten vroeg in het zonnestelsel de samenstelling van planeten die zich later vormen, beïnvloeden.
Al deze variatie creëert een verbijsterende reeks variabelen als het gaat om het bepalen van de bewoonbaarheid.
"Het onderzoek dat nodig is om deze processen coherent te onderzoeken, kan niet door wetenschappers in één discipline afzonderlijk worden uitgevoerd."
Van "What Makes A Planet Habitable."
Waar de auteurs voor pleiten is een nieuwe manier van zoeken naar bewoonbaarheid. Ze stellen een meer interdisciplinaire manier voor om dit te doen. Zoals ze in hun brief zeggen: "Het onderzoek dat nodig is om deze processen coherent te onderzoeken, kan niet door wetenschappers in één discipline afzonderlijk worden uitgevoerd."
Ze stellen experimenteel onderzoek voor dat zich richt op zaken als minerale fysica en meer observationele studies van stellaire schijf- en planetaire schijfcomposities. Deze nieuwe kennis zou worden gebruikt om een beter model te bouwen om de bewoonbaarheid te begrijpen, iets dat ons verder zou brengen dan onze afhankelijkheid van vloeibaar water, de atmosferische samenstelling, de nabijheid van de ster en de andere factoren die we gebruiken om de bewoonbaarheid te bepalen.
Dus geven wetenschappers niet genoeg gewicht aan het interieur van een planeet wanneer ze proberen de bewoonbaarheid te bepalen? Het antwoord is ... misschien.
Misschien hebben we een meer gegradueerd systeem nodig om exoplaneten te classificeren. Bewoonbaarheid op niveau één zou de meest elementaire vereisten voor bewoonbaarheid kunnen aangeven. Nabijheid van een geschikte ster, waarschijnlijk vloeibaar water, dat soort dingen. Van daaruit konden verschillende niveaus worden gecodificeerd volgens strengere en strengere voorwaarden.
Lammer et. al. zoiets voorgesteld in hun paper uit 2009 "Wat maakt een planeet bewoonbaar?" Maar hun classificatiesysteem met vier niveaus ging niet te diep in op de interieurs van exoplaneten. In een paper uit 2012 genaamd “Over de waarschijnlijkheid van bewoonbare planeten” vertelde Francois Forget aan Lammer et. al. 's classificatiesysteem alvorens dieper in te gaan op geofysische processen die aanwezig moeten zijn voordat een planeet bewoonbaar kan worden.
Deze brief spoort de wetenschappelijke gemeenschap aan om verder te gaan.
Waarschijnlijk is een werkbaar, gedetailleerder model van exoplaneetinterieurs nodig, niet alleen gebaseerd op sfeer maar ook op schijfsamenstelling en omstandigheden. In de nabije toekomst zullen krachtigere telescopen ons helpen meer te leren over exoplaneten, en ons misschien zelfs een aantal echte afbeeldingen te geven.
Maar als het team achter deze brief gelijk heeft, is het niet genoeg om de bewoonbaarheid te bepalen. We moeten meer lagen van de ui afpellen, en dat vereist misschien het meer geavanceerde type model dat ze voor ogen hebben.
