Stoppen met ruimtereizen vanwege virussen op exoplaneten?

Biologische contaminatie door ruimtereizen is momenteel een even aktueel als omstreden ruimtevaartthema. Meerdere scenario’s zijn denkbaar maar astrobioloog Paul Davies, bekend vanwege vele publieke optredens, liet zich recent uit over een, zeg maar ‘curiosity kills the cat’ scenario, het aantreffen van virussen op andere (exo)-planeten. Moeten we ons daar, hoewel voorlopig nog ver in de toekomst, zorgen om maken bij het afreizen naar diverse kosmische bestemmingen? Hieronder volgt de mening van professor Davies m.b.t. het aantreffen van virussen en ander microbieel leven elders in de kosmos.

Impressie van een hyceaanse planeet. Credit: Amanda Smith

Wat betreft biologische contaminatie m.b.t. ruimtevaart en -reizen is er enerzijds het scenario denkbaar van een alien microbe die zich, al meereizend met een ruimteschip, totaal ongehinderd kan nestelen op onze bescheiden planeet voor onbepaalde duur. Anderzijds is er het ‘omgekeerde’ scenario, een raket die, afgeschoten vanaf de aarde, de maan of Mars gaat besmetten met aardse micro-organismen en met alle, vooralsnog onbekende, gevolgen van dien. Het eerste scenario is bijvoorbeeld uitgewerkt in het bekende boek van Michael Crichton ‘The Andromeda Strain’, het tweede scenario wordt sinds jaar en dag ook uiterst grondig bestudeerd. De afgelopen decennia zijn er talloze (astro)-biologische onderzoeken geweest, variërend van microben-onderzoek op het ISS tot het microbieel leven op Venus, enz. en talloos zijn de hits met de zoektermen ‘interplanetary contamination’, o.a. zie hier, over het gevaar van de besmetting van de maan. Astrobioloog en kosmoloog Paul Davies van de Arizona State University, tevens directeur van het Beyond Center for Fundamental Concepts in Science gaat nog een stap verder. Davies heeft zich recent stellig uitgelaten over een mogelijk aantreffen van virussen op andere werelden, meer specifiek op exoplaneten. Davies beroept zich daarbij onder meer op een studie van eind augustus j.l. die uitwees dat er snel, mogelijk al over 2 à 3 jaar, op exoplaneten leven ontdekt gaat worden. Alsmede stipt Davies in dit kader de onderzoeken naar het HGT (horizontal gene transfer) aan, de rol van virussen in horizontale genoverdracht.

K2-18b exoplaneet ‘superaarde’Credits; NASA/ESA/Hubble

Davies verwijst in zijn betoog m.b.t. virussen en exoplaneten, naar onderstaand onderzoek, samengevat in o.a. dit uitgebreid artikel in The Guardian, ik citeer: “Biosignaturen buiten ons zonnestelsel kunnen binnen 2 à 3 jaar worden gedetecteerd, aldus experts na een heroverweging van mogelijk bewoonbare exoplaneten. Onderzoekers zochten vooreerst naar planeten met een vergelijkbare grootte, massa, temperatuur en atmosferische samenstelling als de aarde. Maar een team astronomen van Cambridge identificeerden een nieuwe klasse van bewoonbare exoplaneten, hycean-planeten genaamd – heet, bedekt met oceaan en met waterstofrijke atmosferen – die talrijker en waarneembaar zijn dan aardachtige planeten. De K2-18b, is er zo een. “Hyceanen zijn in feite waterwerelden met een waterstofrijke atmosfeer”, aldus dr. Nikku Madhusudha, en stelt: “Wij menen dat we binnen twee tot drie jaar de eerste biosignatuurdetectie kunnen zien als deze planeten leven herbergen en de James Webb telescoop zou hierbij kunnen assisteren.” Hier de link naar het wetenschappelijk artikel in The Astrophysical Journal.

Virus is een onlosmakelijk deel van het ‘web van leven’
Met de recente Covid-uitbraak is het thema van biologische besmetting actueler dan ooit, ook op het ISS. ‘Cancel NASA’ schreef een journalist recent op een technieuwssite. De levens van veel aardbewoners zijn flink veranderd de afgelopen tijd en, wie weet, aldus Davies, zijn er zelfs mensen die zover gaan dat ze willen emigreren naar elders, misschien zelfs naar elders in de kosmos, weg van deze planeet. Davies erkent dat buitenaards leven zich in een geheel scala aan vormen kan aandienen, van humanoïde robots tot microben, Davis is er, in het laatstgenoemde scenario stellig van overtuigd dat er zich een breed scala aan microben en andere microscopische agentia nodig zouden zijn om het leven, zoals wij dat kennen, als geheel te ondersteunen. En het lijkt erop, aldus Davies, dat virussen – of iets dat een vergelijkbare rol vervult – een onlosmakelijk verwoven onderdeel zijn in dit web van levensondersteunende microbiële agentia. Davies: “Virussen maken eigenlijk deel uit van het web van het leven, en ik zou verwachten dat als je microbieel leven op een andere planeet hebt, je zeker de volledige complexiteit en robuustheid nodig zult hebben die gepaard gaat met het kunnen uitwisselen van genetische informatie.” Hij vervolgt: “Virussen kunnen worden gezien als mobiele, genetische elementen.” Davis duidt dan op het verschijnsel ‘HGT’, en een aantal studies heeft inderdaad gesuggereerd dat genetisch materiaal van virussen in het genoom van mensen en andere dieren is opgenomen door dit proces van horizontale genoverdracht. Volgens Davies is het belang van microben in dit ‘grote web van leven’ weliswaar bekend, maar wordt de rol van virussen hierin minder algemeen erkend, maar stelt dat, mocht er cellulair leven zijn op andere werelden, virussen – of iets soortgelijk – waarschijnlijk zouden bestaan voor genetische informatie overdracht. 

concept ‘multi-purpose deep space’ ruimteschip Credits; NASA

Davies meent dat buitenaards leven alles behalve homogeen van aard is, en stelt: “Ik denk niet dat het een kwestie is van ‘ik-ga-naar-een-andere-planeet-en-kom-daar-één-type-microbe-tegen’. Ik denk dat het een heel ecosysteem moet zijn.”  Het idee van virussen op explaneten is geen reden voor paniek, aldus Davies, en vertelt: “De gevaarlijke virussen zijn degenen die zeer nauw zijn aangepast aan hun gastheren. En als er een echt buitenaards virus bestaat, is de kans groot dat het niet in de verste verte gevaarlijk is.” De opmerkingen van Davies om meer te kijken naar een ecosysteem als geheel m.b.t. exoplanetair leven geldt ook in het scenario van mensen die andere planeten willen koloniseren. Davies: “De meeste mensen denken in de trant van, ja, we zouden een heel groot ruimtevaartuig moeten hebben, en dan dingen recyclen voor de zeer lange reis, en dan alle technologie die je nodig hebt meenemen,” echter, aldus Davies, “Eigenlijk is het allerlastigste van het probleem van ultralang ruimtereizen, wat de ‘microbiologie’ is wat je mee zou moeten nemen –  het heeft geen zin om gewoon een paar varkens en aardappelen en dat soort dingen te nemen en te hopen dat als je aan de andere kant komt, het allemaal geweldig en zelfvoorzienend zal zijn.

Virussen en positieve eigenschappen voor het leven
Hoewel door Covid veel mensen inmiddels een niet zo positief beeld van virussen heeft gegeven, meldt Davies dat virussen lang niet allemaal slecht zijn en stelt: “In feite zijn ze meestal goed.” Naast hun positieve rol kunnen virussen die bacteriën infecteren – bekend als fagen – helpen om bacteriële populaties onder controle te houden, terwijl virussen ook in verband zijn gebracht met tal van andere belangrijke processen, van het helpen van planten om te overleven in extreem hete bodems tot het beïnvloeden van biogeochemische cycli. En, zoals Davies opmerkt, kan een aanzienlijk deel van het menselijk genoom overblijfselen zijn van oude virussen. ” We horen over het microbioom in ons, en er is een planetair microbioom”, aldus Davies, en gezien deze fundamentele rol onderschrijft hij dus ook de hypothese dat, mochten er virussen in in andere uithoeken van het universum bestaan, dit niet zeer zorgwekkend zou moeten zijn.  Zelfs mensen zouden kunnen zijn verschenen dankzij overblijfselen van oude virussen, betoogt de wetenschapper. ” Laatstgenoemde nog eens onderstreept door recent onderzoek, ik citeer uit dit BBC artikeL getiteld ‘What is all viruses disappeared?’: “De overgrote meerderheid van virussen is niet pathogeen voor de mens, en velen spelen een integrale rol bij het ondersteunen van ecosystemen. Anderen houden de gezondheid van individuele organismen in stand – alles van schimmels en planten tot insecten en mensen. “We leven in evenwicht, in een perfect evenwicht, en virussen maken daar deel van uit,” vertelt Susana Lopez Charretón, viroloog aan de Nationale Autonome Universiteit van Mexico. Tony Goldberg , een epidemioloog aan de Universiteit van Wisconsin-Madison stelt: “Ik denk dat als alle virussen plotseling zouden verdwijnen, de wereld ongeveer anderhalve dag een prachtige plek is, en dan zouden we allemaal sterven – dat is de bottom line.” Bronnen: The Guardian, Nature, BBC, UArizona, NASA

‘Vulkaankomeet’ 29P/Schwassmann-Wachmann toont grootste uitbarsting in 40 jaar

Dat komeet 29P een aparte eend in de kometenbijt is was al langer bekend. De komeet is een soort ijsvulkaaan die rond de zon voorbij Jupiter draait, en, zover bekend, is het een van de meest vulkanisch actieve hemellichamen in ons gehele zonnestelsel. Astronomen hebben ontdekt dat 29P wel zo een twintig keer per jaar uitbarst, en daarbij gemiddeld een tot vijf keer zo helder wordt.  Recentelijk  ontdekte astronomen dat er zich de grootste uitbarsting in 40 jaar heeft voor gedaan. De uitbarsting verhoogde de helderheid van de komeet zo’n 250 keer, en is ook met (amateur)-telescopen nog goed te bekijken, zie tips onder het artikel.

Komeet 29/P Schwassmann-Wachmann Credits; NASA/JPL/Spitzer

De komeet 29P behoort tot de klasse van de ‘Centauren’, een klasse kometen die rond de zon voorbij Jupiter draaien. Inmiddels zijn er 500 van deze Centauren bekend. Zie ook deze recente Astroblog over deze bijzondere groep ‘hybride’ kometen. Eind september j.l. barstte 29P vier keer snel achter elkaar uit, waarbij bellen van cryomagma de ruimte in werden geblazen. De amateur-astronoom Eliot Herman uit Arizona heeft het puin in de gaten gehouden: “Aanvankelijk leek het een helder compact object”, zegt Herman. “Nu is de uitdijende wolk 1,3 boogminuten breed (groter dan Jupiter) en voldoende transparant voor achtergrondsterren om er doorheen te schijnen.” Het object werd in 1927 ontdekt, zijn ongewone bijna cirkelvormige baan tussen Jupiter en Saturnus viel op, alsook de veelvoud aan uitbarstingen die 29P toonde. Waarnemingen van de afgelopen jaren laten zien dat uitbarstingen wel twintig keer per jaar voorkomen. Astronoom Dr. Richard Miles, verbonden aan de British Astronomical Association (BAA), heeft speciaal studie gemaakt van dit object. Miles stelt: “De huidige uitbarsting, die op 25 september begon, lijkt de meest energieke van de afgelopen 40 jaar te zijn,” en vervolgt, “Binnen een tijdsbestek van slechts 56 uur vonden vier uitbarstingen snel achter elkaar plaats, waardoor een ‘superuitbarsting’ ontstond.” Miles heeft een theorie ontwikkeld om uit te leggen wat er gebeurt. De 29P, aldus Miles, is bedekt met ijsvulkanen. Er is geen lava. In plaats daarvan worden de vulkanen aangedreven door een mengsel van vloeibare koolwaterstoffen (bijv. CH4, C2H4, C2H6 en C3H8) vergelijkbaar met die in de meren en stromen van Titan, een maan van Saturnus. In het model van Miles bevat het cryomagma een beetje stof, en is het doordrenkt met opgeloste gassen N2 en CO, allemaal gevangen onder een oppervlak dat op sommige plaatsen de consistentie van was heeft. Deze gevangen, vluchtige stoffen houden ervan om te exploderen wanneer er zich een scheur opent. Een reeks eerdere uitbarstingen, van juni 2020 – april 2021, waren allen relatief klein i.v.m. de recente superuitbarsting, aldus Miles.

Komeet 29P/Schwassmann-Wachmann Credits; NASA/JPL

Miles publiceerde vijf jaar geleden dit wetenschappelijk artikel waarin het resultaat van onderzoek van een decennium aan uitbarstingen werd gepresenteerd, en hij vond enkele patronen. De gegevens suggereren dat 29P elke 57,7 dagen roteert. De meest actieve ventilatieopeningen zijn geconcentreerd aan één kant van de ijsbal in een reeks van lengtes van minder dan 150 graden breed. Er zijn ten minste zes afzonderlijke bronnen geïdentificeerd. Hoewel de meeste uitbarstingen binnen een week of zo verdwijnen, is deze superuitbarsting nog steeds zichtbaar. De reeks uitbarstingen van september j.l. verhoogde de helderheid van de komeet 250-voudig en is sindsdien niet veel afgenomen. Met een magnitude tussen +10 en +11 is de uitdijende wolk ruim binnen het bereik van telescopen in de achtertuin. Herman stelt dat 29P te bekijken is met een 8-inch kijker, en om de wolk op te lossen en individuele sterren te fotograferen die er doorheen schijnen,  gebruikt hij de iTelescope T11 van een halve meter gebruikt.” Komeet 29P bevindt zich in het sterrenbeeld Auriga. Kijk op Sky&Telescope voor observatietips en voor nieuws op de MISSION 29P-website van BAA. Bronnen; SpaceWeather.com/BAA/Sky&Telescope

Aardkern blijkt asymetrisch te groeien maar kantelen zal ze niet

Recent geofysisch onderzoek heeft aangetoond dat de ene helft van de aardkern, een vaste metalen bol, sneller groeit dan de andere helft. De asymetrische groei zal volgens de geofysici niet leiden tot het kantelen van de Aarde. De aardkern is het bolvormige, binnenste deel van de Aarde, dat zich uitstrekt van de onderkant van de aardmantel tot aan het middelpunt van de Aarde, welke zich op ruim 6300 km diepte bevindt. De aardkern is, sinds zijn ontstaan zo’n 4,5 miljard jaar geleden, in de loop van de tijd begonnen te kristalliseren toen de temperatuur in het centrum van de planeet daalde ‘onder het smeltpunt van ijzer bij extreme druk’, een groei van ongeveer 1 mm in de straal per jaar. Nieuw onderzoek o.l.v. seismoloog Daniel A. Frost, stelt dat deze toename in omvang mogelijk asymmetrisch is en dat het oostelijke deel van de binnenkern, onder Azië, sneller groeit dan het westelijke deel van de kern dat onder Amerika ligt. De asymetrische groei komt doordat de planeet sneller warmte uit sommige delen van de binnenkern (inner core) zuigt. Maar daar de vaste binnenkern onderhevig is aan zwaartekracht die de nieuwe groei gelijkmatig verdeelt door een proces van inwendige stroming, handhaaft zich de bolvorm van de binnenkern.

Aarde opbouw Credits; NASA/SSI

Metalen kern koelt af en stolt tot homogene bol
Directe observatie van de kern, zo enorm diep, is onmogelijk. Het gecombineerd werk van seismologen, geodynamici en materiaalfysici moet meer inzicht geven in de processen aldaar. Deze studie duidt op asymetrische kerngroei, en heeft weer nieuw inzicht gegeven in de vorming van de Aarde en haar magnetisch veld. De aardkern is 4,5 miljard jaar oud, in de eerste 200 miljoen jaar trok de zwaartekracht het zwaardere ijzer naar het centrum van de planeet en liet de rotsachtige silicaatmineralen achter om mantel en korst te vormen. Bij de vorming werd veel warmte vastgelegd in de planeet en het verlies van deze warmte en de opwarming door aanhoudend radioactief verval hebben sindsdien de evolutie van onze planeet gestimuleerd. Warmteverlies in het aardse centrum drijft de krachtige stroming in de buitenste kern van vloeibaar ijzer aan, die het magnetische veld van de aarde creëert. Afkoeling in het diepe binnenste van de aarde drijft de platentektoniek aan, die het planeetoppervlak vormt. Toen de aarde in de loop van de tijd afkoelde, daalde de temperatuur in het midden van de planeet uiteindelijk onder het smeltpunt van ijzer bij extreme druk, en de binnenste kern begon te kristalliseren. De binnenkern groeit nu elk jaar met een straal van ong. 1 mm, wat neerkomt op het stollen van 8000 ton gesmolten ijzer per seconde. Over miljarden jaren leidt dit tot een compleet vaste kern, waardoor de aarde zonder zijn beschermende magnetische veld achterblijft. Er zou uit deze stolling een homogene vaste bol gecreëerd moeten worden, maar dit is niet zo. Zo’n 30 jaar geleden realiseerde wetenschappers zich dat de snelheid van seismische golven die door de binnenkern reizen onverwachts varieerde. Dit suggereerde dat er ‘iets asymmetrisch’ aan de hand was. Met name de oostelijke helften (Azië, de Indische Oceaan en de westelijke Pacific) en westelijke helften (Amerika, Atlantische Oceaan en de oostelijke Pacific) van de binnenkern vertoonden variaties in seismische golfsnelheid.

M.b.v. nieuwe seismische data, geodynamische modellering en schattingen van hoe ijzerlegeringen zich onder hoge druk gedragen, ontdekte het team dat de oostelijke binnenkern onder de Bandazee van Indonesië sneller groeit dan de westelijke kant onder Brazilië. De oorzaak is dat de planeet sneller warmte uit sommige delen van de binnenkern zuigt dan uit andere delen. Daar echter de vaste binnenkern onderhevig is aan zwaartekracht die de nieuwe aangroei gelijkmatig verdeelt door een proces van inwendige stroming, wordt de bolvorm van de kern gehandhaafd. Dit houdt in dat er geen kantelingsgevaar is, hoewel deze ongelijke groei wel wordt geregistreerd in de seismische golfsnelheden in de binnenkern van de planeet. De onderzoekers stelden ook vast dat de binnenkern (inner core) – in het centrum van de hele kern die veel eerder gevormd is – tussen de 500 miljoen en 1500 miljoen jaar oud is, relatief jong dus. Een kanttekening bij deze studie is wel dat enkele fysieke aannames van de auteurs waar moeten zijn voor deze uitkomst. Hun model werkt bv alleen als de binnenkern bestaat uit één specifieke kristallijne fase van ijzer, waarover enige onzekerheid bestaat. Maar het is niet ongewoon dat planeten helften hebben die van elkaar verschillen. De korst aan de verre zijde van de maan is chemisch verschillend van de korst aan de andere kant. En op Mercurius en Jupiter is niet het oppervlak ongelijk, maar het magnetisch veld, dat geen spiegelbeeld vormt tussen noord en zuid.

Structuur Aarde Credits; University of Austin, TX/NASA

Mysterieuze nieuwe aardlaag ontdekt
Recent werd er nog een bijzonderheid aangaande de aardkern onthuld. Geofysici van de Australian National University ontdekten dat de
binnenkern van de aarde twee afzonderlijke lagen kan hebben – i.t.t. wat algemeen werd aangenomen. De aarde bezit vier hoofdlagen; korst, mantel, de buitenste en de binnenste kern. De fysici die hun onderzoek publiceerden in het Journal of Geophysical Research, ontdekten m.b.v. een zoekalgoritme, die duizenden modellen van de massieve kern van de aarde analyseerde en vergeleek met bestaande data over seismische golven, dat de binnenkern nog een verborgen laag zou herbergen. Volgens PhD-onderzoekster Joanne Stephenson werd dit idee decennia eerder geopperd maar nooit uitgezocht. Stephenson stelt dat deze ‘binnenste binnenkern’ van de aarde er mogelijk op duidt dat er zich een onbekende gebeurtenis in de geschiedenis van de aarde heeft voorgedaan: “We hebben bewijs gevonden dat kan duiden op een verandering in de structuur van ijzer, wat misschien twee afzonderlijke afkoelingsgebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde suggereert.” Bronnen: TheNextWeb/The Conversation/NASA/ANU/University of Austin, Texas

Planetair onderzoekers maken nieuwe hoge-resolutie temperatuurkaart voor ‘heavy-metal’ asteroïde 16 Psyche

16 Psyche is een asteroïde die in 1852 werd ontdekt door de Italiaanse astronoom Annibale de Gasparis. Vernoemd naar de Griekse godin van de ziel, Psyche, is 16 Psyche in tegenstelling tot de meeste andere asteroïden die uit gesteente bestaan, grotendeels uit metaal samengesteld (M-categorie). Wetenschappers van Caltech hebben recent een temperatuurkaart gemaakt die mogelijk meer licht kan werpen op de asteroïde 16 Psyche, die op zo een 180 tot 320 miljoen km van de aarde zwerft. Het wetenschappelijk artikel van het onderzoek werd recent geplaatst in het Planetary Science Journal (PSJ). 16 Psyche draait om de zon in de asteroïdengordel, een donutvormig gebied in de ruimte tussen de aarde en Jupiter dat meer dan een miljoen rotsachtige hemelobjecten bevat die in grootte variëren van 10 meter tot 946 km in diameter. Met een diameter van meer dan 200 km is 16 Psyche de grootste van de M-type asteroïden, een bijzondere klasse van asteroïden waarvan wordt gedacht dat ze metaalrijk zijn en daarom mogelijk fragmenten zijn van de kernen van protoplaneten die uiteenvielen toen ons zonnestelsel zich vormde.

Voorstelling van sonde bij 16 Psyche, credits: NASA/Caltech/UvArizona/P.Rubin

16 Psyche bestaat uit zulke grote hoeveelheden edelmetaal dat er astronomisch veel mee verdiend zou kunnen worden als de rots gemijnd werd. Het was NASA-Psyche wetenschapper professor Lindy Elkins-Tanton die ooit berekende dat alle metalen (Global News 2017en Forbes) in dit hemellichaam mogelijk wel zo’n 10.000 biljard USD waard zouden kunnen zijn, (t.v.  in bv 2017 had het GWP  (bruto wereldproduct) een waarde van zo’n 80 biljoen USD). Een groot mysterie rond 16 Psyche is de oorsprong ervan. Sommige wetenschappers geloven dat de asteroïde deel uitmaakt van een protoplaneet die is gevormd tijdens de vroege dagen van het zonnestelsel. Gedurende die tijd vloeiden planetaire lichamen samen en botsten vervolgens met elkaar. “We denken dat fragmenten van de kernen, mantels en korsten van deze objecten vandaag de dag in de vorm van asteroïden overblijven.,” aldus hoofd-auteur en planeetwetenschapper Katherine de Kleer van Caltech, en vervolgt: “We weten al jaren dat objecten in deze klasse in feite geen massief metaal zijn, maar wat ze zijn en hoe ze zijn gevormd, is nog steeds een raadsel.” De bevindingen versterken alternatieve voorstellen voor de samenstelling van het oppervlak van Psyche, waaronder dat Psyche een primitieve asteroïde zou kunnen zijn die zich dichter bij de zon heeft gevormd dan nu het geval is, in plaats van een kern van een gefragmenteerde protoplaneet. De onderzoekers hebben al ontdekt dat het oppervlak van de asteroïde voor ten minste 30 procent uit metaal bestaat en dat de rotsen op het oppervlak bedekt zijn met metalen korrels. Dit, tezamen met ouder onderzoek en nieuwe informatie die met behulp van de temperatuurkaart wordt ontdekt, zal allemaal belangrijk zijn voor NASA’s geplande missie naar 16 Psyche in 2022. De sonde, uitgerust met o.a. een multispectrale imager, een gammastraal- en neutronenspectrometer, en een magnetometer zal naar verwachting in 2026 bij Psyche aankomen.
16 Psyche credits Gif:Caltech/K. de Kleer, S. Cambioni, M. Shepard. Psyche draait om de zon in de asteroïdengordel, een donutvormig gebied in de ruimte tussen de aarde en Jupiter dat meer dan een miljoen rotsachtige lichamen bevat die in grootte variëren van 10 meter tot 946 km in diameter. De Kleer en mede-onderzoekers Michael Shepard en Saverio Cambioni gebruikte data van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili, De reeks van 66 radiotelescopen stelde het team in staat om de thermische emissies van het hele oppervlak van Psyche in kaart te brengen met een resolutie van 30 km (waarbij elke pixel 30 km bij 30 km is) en een afbeelding van de asteroïde te genereren die uit ongeveer 50 pixels bestaat. Credits; Caltech/NASA

Voilà! Fysici creëren Jupiter’s heliumregen in het lab

De atmosferen van gasreuzen, zoals Jupiter en Saturnus, bestaan voornamelijk uit waterstof en helium. Recent heeft een internationaal team onderzoekers van de Universiteit van Rochester e.a. een bijna 40 jaar oude voorspelling gevalideerd die stelt dat helium aldaar onder bepaalde omstandigheden vloeibare druppeltjes zou vormen en neerregenen. Echter experimenteel bewijs voor deze heliumregen ontbrak tot nu toe. Maar nu heeft een internationaal team fysici de extreme omstandigheden die heersen op de gasreuzen na weten te bootsen, en voilà, er kon heliumregen worden geproduceerd. De resultaten van dit onderzoek, waarbij een mengsel van waterstof en helium onder hoge druk werd bewerkt voor de ‘heliumregen’ is recent gepubliceerd in het wetenschappelijk journal Nature.

Jupiter. Bij de drukken en temperaturen die aanwezig zijn in de gasreus, mengen waterstof en helium die het grootste deel van de atmosfeer vormen zich niet. Dat suggereert dat diep in de atmosfeer van Jupiter, waterstof en helium zich scheiden, waarbij zich heliumdruppels vormen die dichter zijn dan de waterstof, waardoor ze neerregenen. Credits;JPL-Caltech/NASA, SwRI, MSSS/Prateek Sarpal

Het team, bestaande uit onderzoekers van de Universiteit van Rochester, UC Berkeley, het Lawrence Livermore National Lab en van de Franse Alternative Energies and Atomic Energy Commission, voerde het experiment uit in het Laboratory for Laser Energetics (LLE) aan de Universiteit van Rochester. Om te beginnen gebruikte men diamanten aambeeldcellen om een ??mengsel van waterstof en helium te comprimeren tot 4 gigapascal (GPa; ongeveer 40.000 keer de atmosfeer van de aarde). Vervolgens vuurde het team 12 zeer krachtige laserstralen van de in LLE’s Omega Laser af om sterke schokgolven te veroorzaken om het mengsel verder te comprimeren, tot een einddruk van 60-180 GPa. Hierbij liepen de temperaturen op tot tussen de 4425 °C en 9925 °C. Toen de onderzoekers de reflectiviteit van het signaal bestudeerden, vertoonde de gassen aanwijzingen dat de elektrische geleidbaarheid op bepaalde punten snel veranderde. (In een paper dat in 2011 werd gepubliceerd, stelden LLNL-wetenschappers reeds voor om veranderingen in de optische reflectiviteit te gebruiken als aanwijzing voor het ontmengingsproces). Deze veranderingen duidden erop dat het helium en waterstof uit elkaar gingen, waardoor het helium samenklonterde tot druppeltjes in de waterstof. Daar deze druppels iets zwaarder zijn, zouden ze vervolgens als regen door de atmosfeer zinken – precies zoals voorspeld. Co-auteur van de studie, Gilbert Collins stelt: “Onze experimenten suggereren dat diep in Jupiter en Saturnus heliumdruppels door een enorme zee van vloeibaar metallisch waterstof vallen.” Iets om nog eens in het achterhoofd te houden als we ooit naar Jupiter in de nachtelijke hemel turen. Helium is niet het enige ongewone weer dat in de atmosfeer van andere, ook wel buiten het zonnestelsel gelegen, planeten voorkomt. Astronomen hebben eerder bewijs gevonden van ‘buitenaardse’ regenbuien van diamant op Neptunus en wolken van robijn op exoplaneet Hat-p-7b. Bronnen: Universiteit van Rochester, SciTechDaily, NASA/JPL,Sciencenews

Kunstlicht uitgezonden vanaf Proxima b is mogelijk te detecteren met de James Webb ruimte-telescoop

Een astronomisch team van Harvard en Stanford o.l.v. Avi Loeb heeft recent onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om kunstlicht uitgezonden vanaf de donkere kant van Proxima b te kunnen detecteren door lichtcurven van de planeet en zijn ouderster te berekenen. Loeb e.a. stellen dat NASA’s nieuwe James Webb-ruimtetelescoop kunstlicht op Proxima b zou kunnen detecteren. Proxima b is de meest nabije exoplaneet vanaf de aarde bezien, de afstand bedraagt 4,2 lichtjaar. Daar de ouderster, Proxima Centauri, echter relatief klein is, ligt de bewoonbare zone dicht bij de ster, wat betekent dat de exoplaneet getijdelijk is vergrendeld, d.w.z. met één kant altijd naar zijn ouderster gericht. Het team stelt dat het hoogst onwaarschijnlijk zou zijn dat er leven zou kunnen ontstaan ??op de dagzijde als gevolg van een constante stroom van intense straling van de ouderster maar dat de planeet aan de donkere kant wel eens leven kan herbergen. Vanuit door kunstlicht (bv LED) beschenen steden vanaf deze donkere kant zou, zo stelt Loeb’s team, door een krachtige telescoop als de JWST, deze kunstmatige lichtbronnen kunnen worden onderscheiden. Proxima b, ontdekt in 2016, is een rotsachtige, terrestrische exoplaneet, 1,27 keer zo groot als de aarde, en draait in 11,2 dagen om Proxima Centauri. De planeet bevindt zich in de HZ wat kan duiden op de aanwezigheid van vloeibaar water aan het oppervlak.

Artistieke impressie van het oppervlak van Proxima b rondom ouderster Proxima Centauri. Rechtsboven dubbelster Alpha Centauri AB. credits; ESO

De James Webb-telescoop is de opvolger van de Hubble en is tot stand gekomen door NASA i.s.m. ESA en CSA. Het is vooreerst een infraroodtelescoop, met een breder spectrumbeeld dan Hubble. De telescoop zal verder van de aarde opereren dan de Hubble, in een baan om de zon op zo’n 1.400.000 miljoen km van de aarde. Wanneer deze kolos in oktober 2021 wordt gelanceerd, zal het ’s werelds grootste en krachtigste telescoop zijn, die tot 200 miljoen jaar na de oerknal terug kan ‘kijken’. De verwachte ‘levensduur’ is vijf tot tien jaar en lancering vindt plaats op een Ariane-5-raket vanaf Kourou, Frans-Guyana. De eerste waarnemingen worden verwacht in 2022. Professor Loeb heeft een groot deel van zijn werkzaam leven besteed aan het voorspellen van het bestaan ??van buitenaards leven en suggereert manieren waarop ‘het’ mogelijk kan worden ontdekt. Loeb is o.a. betrokken bij het Breakthrough Starshot-project, waarbij men lasergestuurde lichtzeilen met hoge snelheid naar Proxima Centauri wil sturen om deze in 20 jaar te bereiken. Nu richt hij zijn aandacht op Proxima b, dat een goede kandidaat lijkt in de ‘jacht’ op buitenaards leven.

Het is de getijdenvergrendeling die Loeb ertoe bracht na te denken over de mogelijkheid dat LED-licht vanaf Proxima b kan worden gedetecteerd m.b.v. de JWST, dit deed het team m.b.v. het berekenen van lichtcurves van de planeet en zijn ouderster. Het team stelt: “De twee verschillende scenario’s die we uitrolden betreffen kunstmatige verlichting met hetzelfde spectrum als veelgebruikte LED’s op aarde, en een smaller spectrum met dezelfde hoeveelheid licht als de totale kunstmatige verlichting op aarde.” En men vervolgt: “We ontdekten dat de JWST in staat zal zijn om LED-type kunstlicht te detecteren dat 5 procent van het stellaire vermogen uitmaakt. Onze voorspellingen vereisen optimale prestaties van het Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec) -instrument, en zelfs als dit niet mogelijk is met JWST, zouden toekomstige observatoria zoals LUVOIR deze kunstmatige verlichting mogelijk kunnen detecteren.” LUVOIR, of de Large UV/Optical/IR Surveyor, is een conceptontwerp voor een gloednieuw ruimteobservatorium met meerdere golflengten dat door NASA wordt overwogen.

Als

de JWST het smalbandige licht kan zien dat kan duiden op LED-licht, komt dat doordat de atmosfeer van de planeet kan worden gekarakteriseerd. Op deze manier kunnen onderzoekers instrumenten bij het observatorium gebruiken om te bepalen hoeveel energie er op de planeet wordt getransporteerd en vervolgens lichtcurves berekenen om te zien of ze overeenkomen met die van een LED-lichtbron. Om tot de conclusie van kunstlicht-detectie te komen gebruikte Loeb de JWST Exposure Time Calculator, welke astronomen in staat stelt te voorspellen wat er in een bepaalde periode kan worden gedetecteerd op basis van vooraf gedefinieerde instellingen, nog voordat het observatorium wordt gelanceerd.  Het stelde het team in staat om de waarschijnlijkheid te bepalen van het detecteren van verschillende fluxwaarden en detectie van die waarden met een golflengte die overeenkomt met de kunstmatige lichtniveaus die verwacht mogen worden van een beschaving die in permanente duisternis leeft. Het team stelt: ‘Proxima b is getijdelijk verstrengeld en als het een permanente dag- en nachtzijde heeft, zou de beschaving de nachtzijde kunnen verlichten met spiegels die in een baan om de planeet worden gelanceerd of op strategische punten zijn geplaatst.” En vervolgt: “In dat geval zouden de lichten die op de permanente nachtzijde schijnen extreem krachtig moeten zijn, en dus is er nog meer kans op detectie door de JWST.” Hieraan toevoegend: “We hebben ontdekt dat de JWST in staat zal zijn om het bestaan ??van kunstmatige verlichting aan te tonen voor standaard LED’s die 500 keer krachtiger zijn dan die momenteel op aarde, en voor kunstmatige verlichting met een intensiteit die vergelijkbaar is met die van de aarde.” Het onderzoek is op 17 mei j.l. gepubliceerd in arXiv.org.

In recent onderzoek van de Ohio State University, waarin men ook de JWST mogelijkheden bekeek m.b.t. biosignaturen stelde het onderzoeksteam vast dat de JWST in slechts 60 uur een potentieel teken van leven op exoplaneten zou kunnen detecteren, ammoniak zou kunnen worden gedetecteerd rond gasdwergplaneten na slechts enkele omwentelingen.  Het Ohio team onthulde de resultaten van hun onderzoek tijdens de APS-bijeenkomst in april 2021. Bronnen: ScienceDaily, Phys.org

NASA’s Curiosity gekiekt op Mont Mercou en de Chinese rover Zhurong betreedt het Mars-oppervlak

Het wordt steeds drukker op Mars. De Curiosity-rover die voortploetert op de rode planeet werd recent op 18 april j.l. nog fraai gekiekt door de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) en de Chinese Zhurong rover heeft vannacht zijn eerste meters afgelegd op Utopia Planitia. NASA’s Curiosity, bijna 9 jaar actief en al 25 km op de teller, bevindt zich ten tijde van de opname van de foto op de Mont Mercou, deze rotsformatie ligt op de 5,5 km hoge Mount Sharp. De MRO nam de foto met behulp van zijn High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) -instrument. De Curiosity ter grootte van een personenauto is duidelijk zichtbaar, ook al vloog MRO op dat moment een kleine 270 boven het oppervlak van Mars.

Curiosity op Mont Mercou, 18 april j.l. Credits; NASA/JPL-Caltech, Universiteit van Arizona

De Curiosity landde in augustus 2012 in de 154 km brede Gale-krater, en zijn missie diende om te bepalen of de omgeving ooit microbieel leven heeft kunnen ondersteunen. Dit bleek inderdaad zo, de observaties van de zeswielige rover toonden dat Mars’Gale Crater ooit in een ver verleden voor lange tijd een  potentieel bewoonbaar systeem van waterwegen bezat. In september 2014 bereikte Curiosity de uitlopers van Mount Sharp, die vanuit het centrum van Gale hoog oprijst. De rover heeft sindsdien de berg beklommen en de gelaagde rotsafzettingen onderzocht op aanwijzingen over de lang geleden overgang van Mars van een relatief warme en natte wereld naar de koude woestijnplaneet die het nu is. Waarnemingen van MRO en andere orbiters laten zien dat deze overgang in het gesteente wordt vastgelegd, als een verschuiving van kleidragend materiaal naar lagen met veel zoute sulfaten. De heuvels net voorbij de Mont Mercou zijn rijk aan sulfaten, ‘dus daar gaan we naartoe’, zei Abigail Fraeman, plaatsvervangend projectwetenschapper van NASA/JPL. in een video-update van donderdag 20 mei j.l. Hieronder de video met de updates van de Marsrovers. Bronnen: NASA, Space.com

Zhurong
De Zhurong rover heeft op 22 mei om 10:40 Pekingtijd (04:40 NL’se tijd), het landingsplatform verlaten en rijdt nu rond op Mars. De lander en de rover Zhurong, die deel uitmaken van de eerste Marsmissie ‘Tianwen-1’, zijn ontwikkeld door het ‘China Aerospace Science and Technology Corporation, en landden op 15 mei j.l. op het Mars-oppervlak. Het wetenschappelijke doel van de Tianwen-1-missie is het bestuderen van de morfologie en geologische structuurkenmerken van Mars, de kenmerken van de bodemsamenstelling op het oppervlak van Mars, de verdeling van waterijs, en de ionosfeer.
Het is de bedoeling dat het wagentje de komende 90 dagen operationeel zal zijn op de rode planeet. Zie Andrew Jones op Twitter. Bronnen: NOS, Andrew Jone, CNSA/CASC

Beeldimpressie, Zhurong rijdt Mars op Credits; CNSA

Voor een overzicht waar al dit ‘Marsverkeer’ zich nu precies bevindt, zie deze kaart

Astrofysici filteren ‘vals-positieve’ zuurstofrijke terrestrische exoplaneten

Astrofysici van de Universiteit van Santa Cruz hebben met behulp van computermodellen de geochemische evolutie van terrestrische exoplaneten nader onderzocht met als doel uit te zoeken hoe een levenloze exoplaneet aan zuurstof zou kunnen komen. Bij de zoektocht naar leven op exoplaneten is de aanwezigheid van zuurstof in hun atmosfeer een potentieel teken van biologische activiteit. Het blijft een ‘potentieel’ teken, want het hoeft zeker niet zo te zijn, de aanwezigheid van zuurstof kan een heel andere oorsprong hebben en dat is wat dit team getracht heeft uit te zoeken. Dit deed men door middel van het beschrijven van drie verschillende scenario’s waarop zo een levenloze rotsachtige exoplaneet zodanig evolueert dat er wel zuurstof in zijn atmosfeer verschijnt. De resultaten zijn op 13 april j.l. gepubliceerd in het AGU Advances.

Lees verder

Erg Chech 002-meteoriet bevat het oudste vulkanische gesteente ooit gevonden op aarde

In mei 2020 werd in de Sahara een oeroude andesietmeteoriet gevonden, de Erg Chech 002 genoemd. De EC 002, vernoemd naar de plek van zijn ontdekking, de Erg Chech-regio in Algerije, blijkt maar liefst zo’n 4,566 miljard oud te zijn. De meteoriet is een fragment van de korst van een protoplaneet, en wordt nu verondersteld het oudst bekende vulkanische gesteente op aarde te bevatten. Het was een geochemisch team o.l.v. Jean-Alix Barrat, van de Universiteit van West-Bretagne, Frankrijk, die de bijzondere steen onderzocht. Bij analyse van de EC 002, ontdekte men dat deze een heel andere samenstelling had dan alle andere meteorieten die ze op aarde aantroffen en onderzochten. De Erg Chech 002 bestaat uit een ‘klont’ meteorieten, met een gezamenlijk gewicht van zo’n 35 kg. Het wetenschappelijk artikel van Barrat e.a. is verschenen in de Proceedings of the National Academy of Sciences.* Lees verder

Zweedse milieugroeperingen uiten hun zorg over het SCoPEx-experiment dat op goedkeuring wacht voor de eerste testfase in juni 2021

SCoPEx, dat staat voor ‘Stratospheric Controlled Perturbation Experiment’ is een experiment waarbij een chemische substantie in de aardse atmosfeer geïnjecteerd zal worden met als doel onder meer reductie van CO2 en andere broeikasgassen om globale opwarming van de aarde tegen te gaan. De eerste fase van het tweeledig project, het plaatsen van een ballon op 20 km hoogte voor het testen van instrumenten staat voor medio juni a.s. gepland en zal uitgevoerd worden vanaf Kiruna, Zweden. De tweede fase. later dit jaar, betreft de injectie in de atmosfeer van stralings-reflecterende aërosolen (i.d. calciumcarbonaat) voor het meten van veranderingen in de chemie van de atmosfeer. Enkele Zweedse milieugroeperingen hebben recent hun zorgen geuit over SCoPEx* in de vorm van een brandbrief gericht aan de Zweedse minister van milieu Per Bolund, en aan de Swedish Space Corporation (SSC) die de SCoPEx-lancering en platformoperaties verzorgt. De brief werd verstuurd in aanloop naar de reviewbeoordeling(en) van het experiment door een onafhankelijk adviescomité (Advisory Committee for Harvard Management) dat officieel op 15 februari j.l. oordeel had moeten geven over de implicaties van het experiment op de aarde en maatschappij (tot op heden is de uitslag nog onbekend). Zonder groen licht van dit comité zal het experiment geen doorgang vinden. De betreffende groepen zijn milieuorganisaties als Hands off mother Earth, Greenpeace, en de Swedish Society for Nature Convervation. Lees verder