Water op Mars blijft de gemoederen bezig houden

curiosity

De verkondiging afgelopen maandag dat de NASA stromend water op Mars heeft gevonden – zout water dat in de warme seizoenen op hellingen uit de bodem naar buiten zou sijpelen en dat dankzij het zout vloeibaar kan blijven, ondanks de lage druk – heeft voor heel wat discussie gezorgd. Zo is daar – geloof het of niet – een conservatieve Amerikaanse presentator, Rush Limbaugh heet de beste verwarde man, die via z’n wekelijks door 15 miljoen mensen beluisterde talkshow voor de Amerikaanse radio heeft gezegd dat het hele verhaal van de NASA een leugen is en vermoedelijk een links complot. Zoiets verzin je toch niet? Volgens Limbaugh zou de

Samenstand van maar liefst vier planeten plus de maan aan de ochtendhemel in aantocht!

 

De periode van 8 tot en met 10 oktober moet je even aankruisen in de agenda. Rond die dagen heb je namelijk een mooie samenstand van maar liefst vier planeten aan de oostelijke ochtendhemel, met als bonus de smalle maansikkel, die daar tussendoor wandelt, allemaal net voor zonsopkomst. Het gaat om de planeten Venus (helderheid -4,5m), Jupiter (-1,7), Mars (+1,8) en Mercurius (+0,3) die ’s ochtend rond 07.00 uur aan de hemel te vinden zijn. Voor die laatste planeet moet ik gelijk even een [spoiler alert] afgeven, want Mercurius

Wat voor levensvormen zouden kunnen overleven op Mars?

Credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Gisteren heeft NASA onze hoop voor leven op Mars nieuw leven ingeblazen, door te verkondigen dan men voor het eerst direct bewijs heeft gevonden voor vloeibaar water op de Rode Planeet. Maar voordat we onze fantasie de vrije loop laten en gaan fantaseren over ruimtekrabben en reptilians, moeten we niet vergeten dat Mars een ijskoude wereld met een dunne atmosfeer is. Dat roept een voor de hand liggende vraag op: wat voor levensvormen zouden er werkelijk kunnen leven?Zouden er vandaag de dag levensvormen op Mars bestaan, dan zijn die vrijwel zeker microbieel van aard. Maar verder kunnen we nergens zeker van zijn, tenzij we een Martiaanse microbe opgraven en bestuderen – dat zit er voorlopig helaas niet in. Toch kunnen extreme vormen van leven op onze eigen planeet ons meer vertellen over het potentiële leven op Mars.Volgens NASA hebben we “het beste bewijs ooit” gevonden voor vloeibaar water dat seizoensgebonden over het Marsoppervlak stroomt. Dit bewijs is gekomen in de vorm van een spectroscopische analyse, waaruit is gebleken dat de donkere strepen die op kraterwanden gevonden kunnen worden rijk zijn aan gehydrateerde perchlorate zouten.Opgeloste zouten vormen één van de beste manieren om water vloeibaar te houden, zelfs als de temperatuur onder het vriespunt daalt. Perchlorate zouten, die bestaan uit chloor- en zuurstofatomen die aan allerlei andere atomen verbonden zijn, doen hun antivrieswerk beter dan de meeste zouten. Van bepaalde soorten perchloraten weten we dat ze water vloeibaar kunnen houden bij een temperatuur van -70 graden Celsius!

Donkere strepen, de zogenaamde reccurring slope lineae, aan de wand van de Garni-krater op Mars. Credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Goed, wetenschappers denken nu dat op Mars (van tijd tot tijd) pekelwater langs kraterwanden naar beneden stroomt. Als dit water verdampt, worden zoutafzettingen achtergelaten. Waar dat water precies vandaan komt, is nog niet duidelijk. Mogelijk is het water afkomstig uit ondergrondse reservoirs, maar het is ook mogelijk dat de perchloraten het water letterlijk uit de lucht “trekken”.Voordat we dieper gaan in onze biologische speculatie, is het belangrijk om te onthouden dat dit pekelwater wellicht te extreem is voor iedere vorm van leven. Ook op aarde bestaan er pekelwaters die te zout zijn voor welke vorm van leven dan ook. Een mooi voorbeeld is het Don Juan-meer op Antarctica. Maar het Martiaanse pekelwater is zelfs zouter dan het (calciumchloride-)pekel in het Don Juanmeer!Desondanks is dit pekelwater een uitstekend startpunt om te fantaseren wat voor habitats zouden kunnen bestaan op Mars en de aanpassingen die het leven nodig heeft om daar te overleven. De vraag is dus: wat voor levensvormen kunnen overleven in ijskoud en hyperzout water? De laatste jaren hebben wetenschappers allerlei halofiele (zoutminnende) en psychrofiele (koudeminnende) microben ontdekt op onze eigen planeet. We hebben zelfs een paar psychrohalofiele (je raad het al: kou-zoutminnende) microben gevonden, die gedijen in de superzoute pekelmeren op Antarctica. Deze microben hebben een minimale temperatuur van -12 C nodig voor celdeling en een temperatuur van zo’n -20 voor het in stand houden van een basisstofwisseling. Eén psychrohalofiel, Psychromonas ingrahamii, kan groeien bij een temperatuur van -20 en een zoutgehalte van 20 procent.

Foto van psychrofielen in Antarctisch pekelwater, gemaakt met een elektronenmicroscoop.  Credit: Christian H. Fritsen, Desert Research Institute

Hoe kunnen aardse microben overleven in zo’n omgeving? Om te voorkomen dat ze verschrompelen als een slak in het zout, verzamelen halofielen actief zoutdeeltjes en nemen deze op. Op die manier kan de osmose-gradiënt weer de goede kant op stromen (m.a.w. water stoomt je cel binnen in plaats van eruit). Dit heeft als extra voordeel dat het water in de cel niet bevriest, want dat zou een stofwisseling nogal onmogelijk maken.Naast de zoutbalans hebben aardse psychrofiele microben nog meer aanpassingen om te overleven in de eeuwige vrieskou. Zo zijn psychrofiele celmembranen meestal rijk aan onverzadigde vetzuren t.o.v. verzadigde vetzuren (denk aan olijfolie vs. boter) en bevatten ze extra transporteiwitten om materialen te absorberen of juist kwijt te raken. Daarnaast hebben ze enzymen die structureel gezien veel flexibeler zijn dan bij hun verwanten in warmere oorden. Sommige van deze “kleine diertgens” (naar Anthoni van Leeuwenhoek) produceren zelfs antivries-eiwitten om te voorkomen dat binnen de cel ijskristallen ontstaan.

Fysiologische aanpassingen van een psychrofiel. Credit: Maayer et al. 2014

Ten slotte heeft genetisch onderzoek uitgewezen dat psychrofielen veel “mobiele DNA-elementen” bevatten – genen die koude-adaptieve eigenschappen coderen en tussen individuele microben uitgewisseld kunnen worden. Stel dat jij een psychrofiel in Antarctisch pekelwater zou zijn, maar je mist een bepaald eiwit dat cruciaal is om te overleven? Geen probleem: je kunt de noodzakelijke genetische blauwdruk zonder problemen van je buurman krijgen.De aanpassingen van psychrohalofielen op aarde laten zien welke eigenschappen Martiaanse microben zouden moeten hebben. Maar met die aanpassingen ben je er nog niet! Mars bevat namelijk aanvullende uitdagingen voor het leven, zoals bijvoorbeeld het feit dat het oppervlak van de Rode Planeet (bij gebrek aan een ozonlaag )wordt gezandstraald door steriliserende UV-straling. Verder zijn de perchlorate zouten in het Marswater zeer corrosief (bijtend) en giftig voor het meeste aardse leven.

credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Samengevat zouden Martiaanse microben een manier moeten vinden om te overleven in een giftige, door straling gevulde woestenij. Eén manier om de straling te ontwijken is door ondergronds te gaan. Misschien zijn de perchlorate strepen het gevolg van ondergrondse waterbronnen en misschien vormen die waterbronnen een stralingsvrije toevluchtsoord. Maar in de persconferentie heeft NASA gisteren gezegd dat het water een andere herkomst zou kunnen hebben. Het zou namelijk kunnen dat het pekelwater ontstaan is door het proces van deliquescentie, waarbij zouten letterlijk water uit de lucht trekken. Het is lastig om voor te stellen dat iets kan leven in zoutwater dat uit de lucht condenseert en niet veel later weer verdampt. Maar het is wellicht niet onmogelijk – ook dit keer kunnen we analoge situaties op aarde aantreffen. In de Atacamawoestijn, één van de droogste en UV-rijkste omgevingen op aarde, hebben wetenschappers microben aangetroffen die leven in dunne waterfilms aan het oppervlak van zoutkristallen. Deze waterfilms zijn vermoedelijk door middel van deliquescentie ontstaan.

Credit: Parro et al./CAB/SINC

De (wellicht) belangrijkste reden waarom astrobiologen de levensvatbaarheid van Marswater met een korrel zout (hihi 😛 ) nemen, is het feit dat perchloraten een lage “wateractiviteit” hebben. Dat betekent dat het water voor het leven niet gemakkelijk te gebruiken is. Oh ja, naast een lage wateractiviteit zijn perchloraten ook ronduit giftig voor het leven op aarde.Toch zouden we ruimdenkend moeten blijven: zoals het leven op aarde ons keer op keer heeft laten zien, hebben levensvormen een verbazingwekkend vermogen om zich aan te passen aan giftige omstandigheden. Er zijn wezentjes die kunnen overleven in het supercorrosieve afvalwater van mijnen en zelfs in arsenicum-meren. Microbiologen hebben zelfs bewijs gevonden dat bepaalde bacteriële enzymen in staat zijn om perchloraten onschadelijk(er) te maken – gewoon hier op aarde.Als we het perchlorate pekelwater even helemaal vergeten, dan zou Mars nog meer leefbare habitats kunnen bevatten. Een mooi voorbeeld zijn ondergrondse waterpaketten, die vloeibaar blijven door de inwendige hitte van de planeet en dus geen perchloraten nodig hebben. Bovendien zullen levende wezens op die manier beschermd zijn tegen UV-straling.

Definitief bewijs voor vloeibaar water op de Rode Planeet hoeft niet persé te betekenen dat er leven is op Mars. Maar het levert wel tastbare hoop op…..immers, overal waar we vloeibaar water vinden zou leven kunnen zijn. Voorlopig zijn we echter niet staat om te speuren naar leven op Mars. Wellicht dat de volgende Marsrover, die rond 2020 gelanceerd zal worden, kan zoeken naar “chemische fossielen” of andere aanwijzingen voor leven. Tot die tijd kunnen we weinig meer doen dan speculeren. Maar over één ding kunnen we zeker zijn: als we leven vinden op Mars, dan zou dat de grootste ontdekking zijn die de mensheid ooit gedaan heeft.

Bron: Gizmodo

Veel exo-aardes hebben een beschermend magneetveld

Artist impression van een aardachtige exoplaneet. Credit: NASA

Aarde-achtige exoplaneten die een kleine baan beschrijven rond een kleine, lichte ster, hebben waarschijnlijk een magnetisch veld waardoor ze beschermd worden tegen gevaarlijke kosmische straling uit de ruimte. Die conclusie trekken astronomen van de University of Washington op basis van modelberekeningen.Veel aarde-achtige exoplaneten beschrijven kleine omloopbanen rond rode dwergsterren. Omdat die sterren maar weinig energie produceren, ligt hun ‘bewoonbare zone’ op kleine afstand. Ondanks hun korte omlooptijd kunnen de rondcirkelende exo-aardes dus mogelijk toch ‘leefbaar’ zijn. De vraag is dan wel of dat leven bestand is tegen de energierijke geladen deeltjes die zowel van de ster als uit de kosmos afkomstig zijn. Het leven op aarde wordt tegen die zonnewind en kosmische straling beschermd door een magnetisch veld.In een artikel in Astrobiology rekenen de astronomen nu voor dat aarde-achtige exoplaneten op kleine afstand van een dwergster in veel gevallen inderdaad een magnetisch veld zullen hebben. Door de kleine afstand tot hun ster is er sprake van een sterke getijdenwerking, ook in het inwendige van de planeet. Daardoor ontstaat grootschalig vulkanisme, en koelt het inwendige van de planeet relatief snel af. Dat is weer gunstig voor het opwekken van een magneetveld, aldus de onderzoekers. Bron: Astronomie.nl.

Vloeibaar water op Mars: de persconferentie, de infografiek, de cover en de doodle

Ik zou kunnen beginnen met ‘Mars is hot’, maar dat is niet juist. Mars is hot, Ceres is hot, 67P is hot, de maan is hot, Pluto is hot – kortom, ruimtevaart en sterrenkunde zijn hot! Nog geen dag na de totale maansverduistering was daar het nieuws dat de NASA op Mars vloeibaar, stromend water heeft ontdekt. Dat werd op een persconferentie verkondigd en die heb ik hieronder integraal geplaatst. Daaronder een infografiek over stromend water op Mars, de cover van de Metro van vandaag – zowel met het nieuws over Mars als de maansverduistering, ’t kan niet op! – en tenslotte de ‘doodle’ waar Google vandaag mee kwam, handelend over water op Mars.

De infografiek (dubbelklikken voior megaversie):

Credit: Space.com

De cover:

De doodle (dubbelklikken voor de animatie):

Credit: Google

Wat zou er gebeuren als er plotseling een vierde ruimtelijke dimensie zou ontstaan?

credit: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI).

In ons universum zijn we gewend aan drie ruimtelijke dimensies: lengte, breedte en diepte. We kunnen ons prima voorstellen hoe dingen eruit zien in minder dimensies – zoals een tweedimensionaal vlak of een ééndimensionale lijn. Maar mensen hebben moeite om zich dingen in meer dimensies voor te stellen, aangezien we ons simpelweg niet kunnen visualiseren hoe iets kan bewegen in een richting die we niet kunnen omschrijven met ons begrip van “ruimte”.Natuurlijk bestaat er wel een vierde dimensie in ons universum, namelijk de tijd, maar we hebben slechts drie ruimtelijke dimensies. Maar stel nou dat een persoon de gave of superkracht zou hebben om in een extra richting te bewegen, buiten boven-en-beneden, noord-en-zuid en oost-en-west? Stel dat jij die persoon zou zijn, hoe zou dat dan zijn?

credit: Salvador Dali, 1979,

Voor “normale” mensen in de driedimensionale wereld zou je Goddelijke krachten lijken te hebben:

  • je zou van de ene locatie naar de andere kunnen teleporteren – simpelweg ter plekke verdwijnen en elders weer opduiken
  • je zou iemands inwendige organen kunnen herschikken en operaties uitvoeren zonder de noodzaak om de patiënt open te snijden
  • je zou zelfs iemand helemaal uit het 3D-universum kunnen plukken, om later op een willekeurige tijd en plaats weer neer te zetten

Hoe is dit mogelijk? Laten we ons voorstellen dat jij – een 3D-wezen – zou interacteren met een 2D-universum. Vanuit het perspectief van onze extra ruimtelijke dimensie zouden we de binnenkant van een 2D-wezen kunnen bereiken zonder het wezen te “openen”. We kunnen zo’n wezen binnenstebuiten keren, of de linkerkant en rechterkant omwisselen. Beetje gruwelijk natuurlijk, maar dit is puur ter illustratie bedoelt. We kunnen een 2D-wezen zelfs oppakken van hun “universum” (voor ons gewoon een 2D-oppervlak) en elders weer terugzetten.

credit: The Real Ghostbusters colorforms set.

Als we zelf, als 3D-wezens, zouden besluiten hun 2D-universum binnen te treden, zouden we een opmerkelijk gezicht vormen voor 2D-wezens, aangezien zij op ieder willekeurig moment alleen maar een tweedimensionale “plakje” van ons kunnen zien – ongeveer zoals bij een CT-scan. Hoe zou dit eruit zien?Als we een tweedimensionale ruimte zouden betreden, zouden de plaatselijke bewoners eerst twee voetafdrukken zien, die vervolgens veranderen in twee cirkels als we hun universum verder betreden. Deze cirkels zouden groeien totdat ze elkaar raken en een ellips vormen, waarna twee aanvullende cirkels ernaast zichtbaar worden (vingers). Deze groeien tot twee grotere cirkels naast de ellips (handen, armen), om vervolgens allemaal bij de schouders samen te smelten. Vervolgens zal de vorm krimpen bij de nek, groeien bij het hoofd en uiteindelijk verdwijnen. Waarna de plaatselijke 2D-bewoners vermoedelijk psychiatrische hulp nodig hebben, maar dat terzijde.

credit: Dale Mahalko of Wikimedia Commons, of his own brain and upper head, via CT scan.

Gelukkig bewegen er (voor zover we weten) geen 4D-wezens door ons universum, aangezien ze niet te onderscheiden zouden zijn van Goddelijke wezens, die de natuurwetten aan hun laars lappen. Maar laten we het anders bekijken: in plaats van hogerdimensionale wezens in ons universum, hoe zou het zijn als ons eigen universum plots een extra dimensie zou ontwikkelen?Dat klinkt onwaarschijnlijk, maar het zou (natuurkundig gezien) wel degelijk mogelijk kunnen zijn. Sterker nog, volgens sommige natuurkundigen zou ons eigen universum vroeger meer dimensies gehad kunnen hebben!Het is binnen de context van de algemene relativiteitstheorie vrij eenvoudig om een ruimtetijd te fabriceren waarin het aantal “grote” (macroscopische) dimensies na verloop van tijd zal veranderen. Je zou niet alleen een extra dimensie in het verleden kunnen hebben, maar ook eentje in de toekomst. Je zou zelfs een heelal kunnen “maken” waarin het aantal dimensies oscilleert, oftewel heen en weer slingert tussen meer en minder dimensies. Samenvattend: we zouden theoretisch gezien een universum kunnen hebben waarin een extra ruimtelijke dimensie plotseling tevoorschijn zou komen.

credit: Jason Hise with Maya and Macromedia Fireworks, of an 8-cell (L), the 4D analogue of a 3D cube, and a 24-cell (R), which has no 3D analogue.

Nou dat klinkt best cool, maar hoe zou dat in werkelijkheid zijn? We denken er normaal gesproken nooit over na, maar de vier fundamentele natuurkrachten – zwaartekracht, elektromagnetisme en de twee kernkrachten – hebben alleen maar hun huidige eigenschappen en sterktes omdat ze in een driedimensionaal universum bestaan. Als we een extra dimensie zouden introduceren, zouden we (bijvoorbeeld) de manier waarop de veldlijnen van de natuurkrachten zich verspreiden kunnen veranderen.Dat zou catastrofale gevolgen hebben als het elektromagnetisme en de kernkrachten hier direct door beïnvloed zouden worden.

credit: Paul Falstad’s 3-D Vector Fields Applet.

Stel dat je binnen een atoom zou kunnen kijken. Deze bestaan uit deeltjes die de bouwstenen van ons heelal vormen en uitzonderlijk klein zijn: atomen bestaan op de schaal van Angströms, terwijl de atoomkernen op de schaal van femtometers bestaan. Als je zou toestaan dat de fundamentele natuurkrachten kunnen “lekken” naar een extra ruimtelijke dimensie – wat zeker zal gebeuren als die dimensie groot genoeg zou worden – dan zouden de natuurkrachten meer “ruimte” hebben om zich te verspreiden. Dat betekent dat de krachten sneller afzwakken naarmate de afstand groter wordt! Oftewel, het bereik van de krachten zal minder worden. Dat zou voor atoomkernen niet zo’n probleem zijn: ze zullen iets groter worden en ook hun stabiliteit zou kunnen veranderen (radioactieve atoomkernen kunnen stabiel worden en andersom). Maar de gevolgen zullen, al met al, wel meevallen. Maar voor het elektromagnetisme zou het een groot probleem worden!

credit: Wikipedia page on Atomic Orbitals, via https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital.

Bedenk zelf maar eens wat er zou gebeuren als de krachten waarmee elektronen aan atoomkernen verbonden zijn plotseling zwakker worden. Je denkt er nooit over na, maar het enige dat je op moleculair niveau bij elkaar houdt, is de relatief zwakke band tussen elektronen en atoomkernen. Als die kracht zou veranderen, dan zou ALLES veranderen. Enzymen zullen uit elkaar vallen, eiwitten zullen van vorm veranderen, neuronen zullen niet meer op elkaar passen en het DNA zal niet langer de juiste moleculen coderen! Met andere woorden: als het elektromagnetisme van kracht zou veranderen omdat het naar een extra, vierde ruimtelijke dimensie zou lekken (mits die extra dimensie minimaal de schaal van een angström zou bereiken), dan zouden we met z’n allen ter plekke dood neervallen – samen met al het andere leven op aarde. Oeps!

credit: ligand-gated Q-cells from Biolin Scientific, via http://www.biolinscientific.com/sophion/products/?card=SP11.

Maar gelukkig is er nog hoop. Hoewel we het niet zeker weten, gaan de meeste modellen die gebaseerd zijn op snarentheorie ervan uit dat het elektromagnetisme begrenst is tot drie dimensies. Met andere woorden: de elektromagnetische kracht kán helemaal niet naar een vierde ruimtelijke dimensie lekken (en de kernkrachten trouwens ook niet). Dat betekent dat alleen de zwaartekracht zou kunnen weglekken. Dat betekent dat naarmate de vierde dimensie in omvang zou toenemen (waarbij de effecten sterker worden), de zwaartekracht in ons universum plotseling in kracht zou afnemen! Dan zouden astronomische objecten heel vreemd gedrag gaan vertonen!

credit: flickr user Kevin Gill, based on a 3-D model of asteroid Itokawa by Doug Ellison / NASA-JPL. Via https://www.flickr.com/photos/kevinmgill/15148296739.

Als eerste zullen planetoïden, met name degene die uit losse stukken bestaan en snel ronddraaien, simpelweg uiteenvallen. Kometen zullen sneller verdampen en meer spectaculaire staarten vormen. En als de vierde dimensie groot genoeg zou worden, zou de zwaartekracht van de aarde gigantisch gaan afnemen! Dat betekent dat onze planeet groter zal worden, vooral aan de evenaar. Mensen die op de noordpool wonen zullen minder zwaartekracht voelen, terwijl mensen aan de evenaar gevaar lopen de ruimte ingeslingerd te worden. Op macroniveau zou de beroemde zwaartekrachtwet van Newton veranderen van een inverse square law  in een inverse cube law – dat betekent dat de zwaartekracht veel sneller in kracht zal afnemen naarmate de afstand groter wordt.

credit: Sciencevibe, via http://sciencevibe.com/2015/03/24/did-you-also-know-that-the-sun-is-an-almost-perfect-sphere/.

Als de extra dimensie zou groeien tot een Astronomische Eenheid (de afstand tussen de aarde en de zon), dan zou alles in het zonnestelsel losgekoppeld worden. Als dat meer dan een paar dagen per jaar zou gebeuren – zelfs als de zwaartekracht daarna 50 weken lang normaal zou worden – dan zou het gehele zonnestelsel binnen een eeuw uiteen vallen. Op aarde zouden we niet alleen dagen hebben waarop we een extra ruimtelijke richting kunnen ervaren (naast boven-en-beneden, links-en-rechts en voor-en-achter), maar zouden we ook dagen hebben waarop de zwaartekracht ineens hele andere eigenschappen krijgt. Dat zou niet best zijn: voor het stabiele universum zoals we dat gewend zijn, zouden de gevolgen van apocalyptische aard zijn.

credit: ©2010–2015 daniellf of deviantART, via http://daniellf.deviantart.com/art/Frozen-Planet-Earth-173423844.

Wees dus voorzichtig met wat je wenst. Een extra ruimtelijke dimensie zou tot allerlei verbazingwekkende ervaringen kunnen leiden – maar iedere keer als de vierde dimensie groot genoeg zou worden, zouden we onze dampkring kwijtraken en, erger nog, zouden aan de evenaar stukken planeet weggeslingerd worden. Laat die extra dimensie dus maar zitten! Bron: Starts With a Bang.

Nog wat nakomertjes van de totale maansverduistering

Er zijn vandaag al heel wat foto’s langsgekomen van de totale maansverduistering van afgelopen nacht [1]Zie mijn eigen blog en ook die van Jan., maar met twee mooie foto’s wil ik de reeks

References[+]

References
1 Zie mijn eigen blog en ook die van Jan.