Hoe herken je een alien?

Goed, de zoektocht liever breed houden dus. Maar hoe vind je specifieke tekenen van leven? Als we niet luisteren naar radiosignalen van planeten in de buurt van andere sterren, dan zijn er twee strategieën: zoeken naar een plek die misschien geschikt is voor leven, of zoeken naar sporen van het leven zelf. Volgens Ellerbroek heeft de eerste methode een robuustere wetenschappelijk basis. Het gaat uit van kennis over planeten, onder andere uit de verkenning van ons zonnestelsel. Weet je bijvoorbeeld het type ster en de afstand van een planeet tot die ster, dan kun je een inschatting van de temperatuur maken.

Naast plekken voor leven zoeken astronomen naar zogenoemde ‘biosignaturen’, sporen van stoffen die op leven duiden. Voor de aarde zelf zou dat de flinke portie zuurstof in de atmosfeer kunnen zijn, die de vegetatie op de planeet in stand houdt. Toch noemt Ellerbroek het een ‘SETI-achtige’ onderzoekslijn. “Je zoekt naar stoffen die je niet verwacht. Dat klinkt logisch, maar probeer maar eens te bewijzen dat het van leven afkomt. Jupitermaan Ganymedes heeft óók zuurstof in de atmosfeer, maar daarvoor is geen leven nodig. Dat komt waarschijnlijk door sterke straling van Jupiter die het waterijs op de maan splitst in waterstof en zuurstof”, zegt hij.

Harde conclusies aan de hand van (enkel) biosignaturen zijn lastig. Onderzoekers moeten het immers doen met snippertjes informatie die ze uit een een vrijwel oneindig klein stipje licht aan de nachthemel persen.

Gematigde zones

Laten we dan eens kijken naar mogelijk geschikte plekken voor buitenaards leven buiten ons zonnestelsel. We kunnen inmiddels kiezen uit bijna vierduizend planeten die zijn ontdekt bij andere sterren, bijvoorbeeld doordat een planeet voor de ster langs trekt en hem tijdelijk iets minder helder maakt. Deze lijst van exoplaneten groeit gestaag. Waar richten we onze telescopen op?

Het leven op aarde is meester in het overleven op extreme plekken. Heet, koud, bij hoge druk of blootgesteld aan hoge concentraties schijnbaar giftige stoffen, niets lijkt te gek. Toch vermijden astronomen de meest extreme plekken. Ze hebben wat temperatuur betreft een voorkeur voor een ‘gematigde zone’, die op bepaalde afstanden rondom iedere ster zit. Ver weg van het ijskoude heelal, maar niet te dichtbij de kolkende ster.

Soms hebben astronomen het over de leefbare zone, een regio met de goede temperatuur voor vloeibaar water. Het blijkt een lastige definitie, want de uiteindelijke temperatuur op een planeet of maan is afhankelijk van veel factoren. “Er is bewijs voor vloeibaar water op enkele ijsmanen van Saturnus en Jupiter, ver buiten de gematigde zone, zegt Ellerbroek. “Waarschijnlijk ontstaat er warmte door sterke getijdenwerking in de buurt van die grote planeten. Eigenlijk loopt de definitie in ons eigen zonnestelsel al stuk.”

Extra opgewonden raken onderzoekers als ze een planeet met een vast oppervlak – zoals de aarde – in de gematigde zone vinden. Ons zonnestelsel telt vier van deze aardachtige planeten, tegenover vier gasplaneten. Naast het feit dat het enige leven dat we kennen op een vaste planeet bestaat, zegt Ellerbroek dat een vast oppervlak kan dienen als een ‘ontmoetingsplek’ voor moleculen en organismen. Het oppervlak zou een soort katalysator voor een complexe chemie van het leven kunnen vormen. Wat overigens niet uitsluit dat er complexe chemische reacties kunnen ontstaan in een met vloeistof of gas bedekte wereld.

Ook de afstand vanaf de aarde tot een planeet is niet onbelangrijk. Ernaartoe reizen is binnen afzienbare tijd niet mogelijk, maar een planeet onderzoeken op enkele tientallen lichtjaren afstand is nu eenmaal wat makkelijker dan eentje op meer dan 10.000 lichtjaar. Van de dichtstbijzijnde exemplaren kunnen we in de toekomst misschien zelfs een (eenvoudige) foto te maken. De dit jaar gelanceerde ruimtetelescoop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) houdt vooral dichtbij staande sterren in de gaten op zoek naar exoplaneten.

Jagen in het infrarood

Van het gros van de ontdekte exoplaneten weten we weinig. We kennen dan bijvoorbeeld de afstand tot de ster, de grootte of massa. Van een select gezelschap van enkele tientallen planeten weten we iets meer. Informatie over de atmosfeer bijvoorbeeld. Stoffen in de atmosfeer van een exoplaneet ‘filteren’ het sterlicht op het moment dat het door de atmosfeer valt of wordt gereflecteerd. Zo laten ze als het ware hun handtekening achter in het licht dat uiteindelijke de aarde bereikt.

Veel astronomen kijken uit naar de lancering van de James Webb Space Telescope en de ingebruikname van de European Extremely Large Telescope, in respectievelijk 2021 en 2024. Deze observatoria zijn gevoelig voor de handtekeningen van mogelijk interessante stoffen in de atmosferen van exoplaneten, die vaak in het infrarode spectrum zitten. Ze moeten stoffen zoals zuurstof, ozon, methaan en lachgas gaan identificeren, die kunnen wijzen op leven op een planeet.

Zinvolle signalen

Je kunt erop wachten, want waarschijnlijk vinden we binnen afzienbare tijd een aardachtige planeet in de gematigde zone met misschien wel water of zuurstof in de atmosfeer. Hebben we dan leven gevonden? Nee, een of zelfs meerdere biosignaturen – aanwijzigingen voor leven – maken nog geen leven. Er moet eerst worden aangetoond dat de aangetroffen stoffen daadwerkelijk van leven afkomstig zijn. Volgens Ellerbroek is het daarom belangrijk dat we ons eigen zonnestelsel blijven verkennen, met ruimtesondes om en op planeten en manen. Het is de enige manier om de informatie van verre planeten goed te interpreteren.

Ook astrobioloog Inge Loes ten Kate van de Universiteit Utrecht ziet geen reden om voor buitenaards leven meteen naar exoplaneten te kijken. “Ik zie in ons zonnestelsel genoeg interessante plekken om te onderzoeken. Bijvoorbeeld de Jupitermaan Europa en Saturnusmaan Enceladus. Beide hebben een oceaan onder een heel dikke ijskap: vloeibaar water en dus een interessante temperatuur. Bovendien zijn er op Enceladus hydrothermale bronnen gesignaleerd. Mij lijkt een trip naar Enceladus daarom heel relevant.” Ook voor de oorsprong van leven op aarde kijken veel wetenschappers naar dergelijke hydrothermale bronnen.

Zelf zoekt ze nog dichterbij dan deze manen. Ten Kates onderzoek richt zich op (sporen van) leven op Mars. Ondanks de relatieve nabijheid van de planeet en mogelijkheden om ter plekke onderzoek te doen, blijft het een ingewikkelde en onzekere speurtocht. “Ook hier moeten we het waarschijnlijk doen met mogelijke sporen van leven en indirect bewijs”, zegt ze. “Voorheen zochten onderzoekers wel naar direct bewijs voor leven op Mars. Bijvoorbeeld tijdens de Viking-missie in de jaren zeventig, toen aan grondmonsters water en voeding werd toegevoegd om te zien of dat tot signalen van leven zou leiden, in de vorm van geproduceerde gassen. Er werden wel gassen aangetoond, maar toch werd het niet als overtuigend bewijs gezien.”

Mars in het lab

Zoeken naar leven op Mars betekent in de praktijk zoeken naar aanwijzingen dat er ooit leven is geweest of dat leven mogelijk zou zijn. Waar zoek je dan precies naar? “We kijken naar organisch materiaal, dat zijn stoffen die in ieder geval koolstof en waterstof bevatten. Het leven dat we kennen bestaat voor het grootste deel uit organische moleculen, maar het is niet zo dat ieder organisch molecuul een teken van leven is. We weten dat er in de ruimte allerlei organische moleculen worden gevormd, zonder dat er leven bij betrokken is.”

In haar Utrechtse laboratorium voert Ten Kate experimenten uit onder Mars-achtige condities. “We kunnen de atmosfeer van Mars nabootsen en we zorgen voor ultraviolet-straling zoals die ook op Mars aanwezig is. Onder die omstandigheden kijk ik hoe bepaalde organische moleculen reageren en welke stoffen er ontstaan. Vanuit de ruimte komen er via stofdeeltjes allerlei moleculen terecht op Mars. Het kan best zijn dat de binnenkomende moleculen niet meteen een verband hebben met leven, maar dat ze wel verder kunnen reageren tot iets dat voor leven relevant is.” Tegelijkertijd krijg je zo een beeld van de moleculen die zonder leven gevormd kunnen worden. En dat is weer belangrijk om te beoordelen of de aanwezigheid van een molecuul duidt op leven. Want dat blijft de grote vraag: wanneer mag je spreken van bewijs van leven? “Je moet echt hard kunnen maken dat een molecuul alleen maar door leven gemaakt kan worden en niet op welke andere manier ook. Dat is ongelooflijk lastig.”