De zoektocht naar planeten buiten het zonnestelsel

Rond elke ster die we aan de hemel zien, draait ten minste één planeet, zegt astronoom Sara Seager. Wat weten we over deze exoplaneten en hoe kunnen we er meer over te weten komen? Seager introduceert haar favoriete set van exoplaneten en toont nieuwe technologie die kan helpen bij het verzamelen van informatie erover - en ons zelfs helpt bij het zoeken naar exoplaneten met leven.

Ik kom jullie wat vertellen

over de echte zoektocht
naar buitenaards leven.

Niet over kleine groene mannetjes
in glanzende UFO's,

hoewel dat mooi zou zijn,

maar over de zoektocht naar planeten
rond sterren ver weg.

Elke ster in onze hemel is een zon.

Als onze zon planeten heeft -

Mercurius, Venus, Aarde, Mars, enz.,

hebben die andere sterren dat zeker ook,

en dat is zo.

In de laatste twee decennia

hebben astronomen duizenden
exoplaneten gevonden.

Onze nachtelijke hemel
is letterlijk gevuld met exoplaneten.

We weten dat statistisch gezien

elke ster ten minste één planeet heeft.

Bij onze zoektocht naar planeten

zullen we in de toekomst planeten
als Aarde vinden.

Dan kunnen we een antwoord vinden

op een aantal verbazingwekkende
en mysterieuze vragen

waar de mensheid al eeuwen
mee wordt geconfronteerd.

Waarom zijn we hier?

Waarom bestaat ons universum?

Hoe is Aarde gevormd
en geëvolueerd?

Hoe en waarom ontstond leven
en bevolkte het onze planeet?

De tweede vraag
waar we vaak over nadenken, is:

Zijn we alleen?

Is er daarbuiten ook nog leven?

Wie is daar?

Deze vraag stellen we ons
al duizenden jaren,

minstens sinds de tijd
van de Griekse filosofen.

Maar ik kom jullie vertellen

hoe dicht we al bij het antwoord
op deze vraag komen.

Het is de eerste keer dat
dit echt binnen handbereik komt.

Als ik nadenk over de mogelijkheden
op leven daarbuiten,

denk ik aan het feit dat onze zon
slechts een van de vele sterren is.

Dit is een foto van een sterrenstelsel.

We denken dat onze Melkweg
op dit sterrenstelsel lijkt.

Het is een verzameling gebonden sterren.

Maar onze [zon] is
een van de honderden miljarden sterren

en onze Melkweg is een van meer
dan honderden miljarden sterrenstelsels.

We weten dat kleine planeten
zeer vaak voorkomen,

reken maar na.

Er zijn zo veel sterren en planeten

dat er wel ergens leven moet zijn.

Biologen worden hier kwaad over,

want we hebben nog absoluut geen bewijs
voor leven buiten Aarde.

Als we van buitenaf
naar onze Melkweg konden kijken

en inzoomen op onze zon,

konden we een echte sterrenkaart zien.

De gemarkeerde sterren
zijn die met bekende exoplaneten.

Dit is nog maar het topje van de ijsberg.

Deze animatie zoomt in
op ons zonnestelsel.

Je ziet hier de planeten

en ook een aantal ruimtevaartuigen
in een baan om de zon.

Stel je voor dat je
naar de westkust van Noord-Amerika gaat

en kijkt naar de nachtelijke hemel,

dan zie je dit op een lentenacht.

Je ziet de sterrenbeelden eroverheen gelegd

en hopen sterren met planeten.

Op een speciale plek
zien we duizenden planeten.

Daar werd de Kepler Ruimtetelescoop
vele jaren op gericht.

Laten we inzoomen en kijken
naar een van de favoriete exoplaneten.

Deze ster heet Kepler-186f.

Het is een systeem
met ongeveer vijf planeten.

Over de meeste van deze exoplaneten
weten we nog niet veel.

We kennen hun grootte,
hun baan en dat soort dingen.

Maar een bijzondere planeet
van Kepler-186f

bevindt zich in een zone
niet te ver van de ster,

met misschien wel
de juiste temperatuur voor leven.

Hier zoomen we in op de weergave

en tonen hoe die planeet
er zou kunnen uitzien.

Veel mensen hebben
een nogal romantisch idee

van astronomen die op een eenzame bergtop
door een telescoop

naar de spectaculaire nachtelijke hemel
zitten te turen.

Maar eigenlijk werken we net als iedereen
gewoon op onze computers,

en krijgen onze data via e-mail
of downloaden ze van een database.

In plaats van het hier te hebben

over de ietwat vervelende gegevens,
data-analyse

en complexe computermodellen,

zal ik op een andere manier
proberen uit te leggen

hoe we denken over exoplaneten.

Hier is een reisposter voor Kepler-186f:

waar het gras
altijd roder is aan de andere kant.

Dat komt omdat Kepler-186f
rond een rode ster draait.

We gokken dat de planten daar misschien,

als er vegetatie is
die aan fotosynthese doet,

andere pigmenten hebben en rood lijken.

"Geniet van de zwaartekracht op HD 40307g,

een super-Aarde."

Deze planeet is massiever dan Aarde

en heeft een grotere zwaartekracht.

"Ontspan op Kepler-16b,

waar je schaduw altijd gezelschap heeft."

(Gelach)

We kennen een tiental planeten
die rond twee sterren draaien,

en er zijn er zeker nog veel meer van.

Als we een van die planeten
konden bezoeken,

kon je twee zonsondergangen meemaken

en twee schaduwen hebben.

Science fiction kreeg
op een aantal punten gelijk.

Tatooine uit Star Wars.

Ik heb nog wat andere favoriete
exoplaneten om over te vertellen.

Dit is Kepler-10b,

een erg hete planeet.

Hij draait meer dan 50 keer
dichter bij zijn ster

dan onze Aarde om onze zon.

Het is er zo heet

dat, als we ernaartoe zouden gaan,

we zouden smelten voordat we er aankwamen.

We denken dat het oppervlak
heet genoeg is om rots te smelten

en dat er meren van vloeibare lava zijn.

Gliese 1214B.

Van deze planeet kennen we
de massa en de grootte

en hij heeft een relatief lage dichtheid.

Hij is een beetje warm.

We weten er eigenlijk niet veel over,

maar één mogelijkheid is
dat het een waterwereld is,

als een opgeschaalde versie
van een van de ijzige manen van Jupiter.

50 procent van zijn massa
zou water kunnen zijn.

Dan zou hij een atmosfeer hebben
van dichte stoom

boven een oceaan,

niet van vloeibaar water,

maar van een exotische vorm van water,
een supervloeistof:

niet helemaal gas,
niet helemaal vloeistof.

En daaronder geen rots,

maar een vorm van hogedrukijs,

zoals ice IX.

Van al die planeten,

en de verscheidenheid
is gewoon verbazingwekkend,

zoeken we vooral naar Goudlokje-planeten.

Niet te groot, niet te klein,

niet te warm, niet te koud -

maar precies goed voor het leven.

Maar daarvoor moeten we iets weten

over de atmosfeer van de planeet,

want de atmosfeer werkt als een deken
die warmte vasthoudt -

het broeikaseffect.

We moeten broeikasgassen
op andere planeten kunnen inschatten.

Soms sloeg Science fiction
de bal eens mis.

De Star Trek Enterprise

moest enorme afstanden
naar andere planeten

aan ongelooflijke snelheden overbruggen

zodat eerste officier Spock
de atmosfeer zou kunnen analyseren

om te zien of de planeet bewoonbaar was

of dat er levensvormen waren.

We hoeven niet
sneller dan het licht te reizen

om de atmosfeer
van andere planeten te zien,

al wil ik geen ontluikende
ingenieurs ontmoedigen

om uit te zoeken hoe dat kan.

We kunnen planeetatmosferen van hieruit,

vanuit onze Aardbaan bestuderen.

Dit is een foto
van de Hubble Ruimtetelescoop

genomen door de shuttle Atlantis
toen ze vertrok

na de laatste bemande ruimtevlucht
naar Hubble.

Ze installeerden een nieuwe camera

voor de studie van exoplaneet-atmosferen.

We hebben al tientallen
exoplaneet-atmosferen bestudeerd,

een zestal in groot detail.

Maar dat zijn geen kleine planeten
zoals Aarde.

Het zijn grote, hete planeten
die makkelijk te zien zijn.

We zijn nog niet klaar,

we hebben nog niet de juiste technologie
om kleine exoplaneten te bestuderen.

Maar niettemin wil ik
toch uitleggen hoe we dat gaan doen.

Stel je een regenboog voor.

Als je nauwlettend kijkt,

kun je wat donkere lijnen zien.

Hier is het witte licht
van onze zon opgesplitst

niet door regendruppels,
maar door een spectrograaf.

Je ziet al die donkere, verticale lijnen.

Sommige zijn zeer smal,
sommige breed,

sommige vaag aan de randen.

Zo hebben astronomen
meer dan een eeuw lang

objecten aan de hemel bestudeerd,
letterlijk dan.

Elk soort atoom en molecuul

heeft een speciale set van lijnen,

een vingerafdruk, zeg maar.

Zo bestuderen we exoplaneet-atmosferen.

Ik vergeet nooit hoeveel mensen
mij 20 jaar geleden,

toen ik aan exoplaneet-atmosferen
begon te werken, vertelden:

"Dat gaat nooit lukken.

Het is de moeite niet."

Daarom ben ik zo blij
om jullie erover te vertellen.

Het is echt een apart
studiegebied geworden.

Als het gaat om andere planeten,
andere Aardes,

die we gaan observeren,

naar welke gassen zoeken we dan?

Onze eigen Aarde
heeft tot 20 volumeprocent

zuurstof in de atmosfeer.

Dat is veel zuurstof.

Maar zonder planten
en fotosynthetisch leven

zou er vrijwel geen zuurstof
in de atmosfeer zijn.

Zuurstof komt van leven.

Wij zoeken in atmosferen
van andere planeten naar gassen,

die er niet thuishoren,

die we kunnen toeschrijven aan leven.

Maar welke moleculen moeten we zoeken?

Ik vertelde hoe divers exoplaneten zijn.

We verwachten dat dat zo blijft

als we andere Aardes vinden.

Dat is zowat het belangrijkste
waar ik mee bezig ben.

Ik heb er een theorie over.

Dat doet me eraan denken
dat ik bijna elke dag,

e-mails ontvang van iemand

met een knotsgekke theorie
over de fysica van de zwaartekracht

of kosmologie of iets dergelijks.

Stuur me dus geen e-mail
over een van je gekke theorieën.

(Gelach)

Maar ik had mijn eigen gekke theorie.

Maar bij wie kan een MIT-professor
daarmee terecht?

Ik mailde een Nobelprijswinnaar
voor fysiologie of geneeskunde.

Hij zei:
"Tuurlijk, kom maar eens babbelen."

Ik bracht mijn twee biochemievrienden mee

om te praten
over onze gekke theorie.

Die theorie was dat leven
allerlei kleine moleculen produceert,

hopen moleculen.

Alles wat ik maar kon bedenken,
maar ik ben geen chemicus.

Denk er over na:

kooldioxide, koolmonoxide,

moleculaire waterstof,
moleculaire stikstof,

methaan, methylchloride -

zoveel gassen.

Ze zijn er ook om andere redenen,

maar leven produceert zelfs ozon.

We gingen er met hem over praten,

maar hij schoot
de theorie onmiddellijk af.

Hij vond een voorbeeld
dat dat niet bestond.

Wij terug naar af en we denken

dat we iets heel interessants
op een ander gebied hebben gevonden.

Terug naar de exoplaneten.

Feit is dat het leven zoveel
verschillende soorten gassen produceert,

letterlijk duizenden.

Nu proberen we te achterhalen

op welke soorten exoplaneten

welke gassen toegeschreven
kunnen worden aan het leven.

Als we gassen gaan vinden

in exoplaneet-atmosferen

weten we niet of ze geproduceerd worden

door intelligente buitenaardse wezens
of door bomen, een moeras,

of zelfs alleen maar door eenvoudig,
eencellig microbieel leven.

Aan het model werken

en nadenken over de biochemie

is allemaal goed en wel.

Maar een echt grote uitdaging is

hoe we die planeten gaan vinden.

Er zijn inderdaad vele manieren
om planeten te vinden,

verschillende manieren.

Maar waar ik het meest op gebrand ben,

is een manier om in de toekomst

honderden Aardes te kunnen vinden.

We hebben een echte kans
om tekenen van leven te vinden.

Ik ben net klaar met het leiden
van een tweejarig project

in deze zeer bijzondere fase

van een concept
dat we de 'starshade' noemen.

De starshade
is een zeer speciaal gevormd scherm.

De starshade laten we zo vliegen

dat hij het licht van een ster blokkeert

zodat de telescoop
de planeten direct kan zien.

Hier kunnen jullie mij
en twee teamleden zien

met een klein onderdeel van de starshade.

Hij heeft de vorm
van een gigantische bloem,

en dit is een prototype
van de bloemblaadjes.

De bedoeling is dat een starshade
en een telescoop samen worden gelanceerd,

en de bloemblaadjes zich ontvouwen
op de opstellingsplaats.

De centrale houder ontvouwt zich

en de bloemblaadjes
klikken vast op hun plaats.

Dit moet zeer nauwkeurig worden gemaakt.

De blaadjes micrometer nauwkeurig

en het ontplooien millimeter nauwkeurig.

Die hele structuur moet vliegen

op tienduizenden kilometer
van de telescoop.

Met een diameter van tientallen meter.

Het doel is het sterrenlicht
ongelooflijk precies te blokkeren

zodat we de planeten direct kunnen zien.

Het moet een bijzondere vorm hebben

vanwege de diffractiefysica.

Dit is een project
waar we hard aan gewerkt hebben,

echt hard.

Om jullie een idee te geven
van de werkelijke grootte

is hier een echte foto

van een tweede generatie starshade
testopstelling in het lab.

Ik wil erop wijzen

dat de centrale houder gerecupereerd is

van grote opvouwbare ruimte-radioantennes.

Na al dat harde werk

waarbij we nadachten
over alle mogelijke gekke gassen

en het bouwen
van erg ingewikkelde telescopen

die de ruimte in konden,

vragen we ons af wat we gaan vinden.

In het beste geval

krijgen we een beeld
van een andere exo-Aarde.

Hier is Aarde als een bleekblauwe stip.

Een echte foto van Aarde

genomen door de Voyager 1 ruimtesonde

op ruim 6 miljard kilometer afstand.

Dat rode licht is gewoon
door de camera-optiek verstrooid licht.

Maar wat ik zo geweldig vind,

is dat als er intelligente wezens

op een planeet in een baan
rond een ster in onze buurt zijn

en ze ingewikkelde ruimtetelescopen bouwen

van de soort
die wij proberen bouwen,

een bleekblauwe stip
alles is wat ze zullen zien,

een speldenprik van licht.

Als ik af en toe eens nadenk

over mijn professionele strijd
en grote ambitie,

is het moeilijk om erover na te denken

in contrast met de uitgestrektheid
van het universum.

Maar toch wijd ik de rest van mijn leven

aan het vinden van een andere Aarde.

Ik kan garanderen

dat we met de volgende
generatie van ruimtetelescopen,

de tweede generatie,

andere Aardes kunnen vinden
en identificeren.

De mogelijkheid
om sterrenlicht te splitsen

zodat we gassen kunnen zoeken

en de uitstoot van broeikasgassen
beoordelen in de atmosfeer,

de oppervlaktetemperatuur schatten

en zoeken naar tekenen van leven.

Maar er is meer.

Bij het zoeken
naar andere planeten zoals Aarde,

maken we een nieuw soort kaart

van de nabijgelegen sterren
en de planeten eromheen.

ook van de sterren die voor de mens
onbewoonbaar zouden kunnen zijn.

Ik stel me voor dat onze nakomelingen,

binnen honderden jaren,

een interstellaire reis
naar andere werelden gaan maken.

Ze zullen op ons allemaal terugkijken

als de generatie die voor het eerst
Aarde-achtige werelden vond.

Dankjewel.

(Applaus)

June Cohen: Rosetta Missie Manager
Fred Jansen wil je iets vragen.

Fred Jansen: Halfweg je talk zei je

dat de technologie om naar het spectrum

van een exoplaneet zoals Aarde te kijken
er nog niet is.

Wanneer verwacht je dat die er zal zijn

en wat is ervoor nodig?

SS: Eigenlijk verwachten we
onze volgende generatie Hubble Telescoop:

de James Webb Ruimtetelescoop.

Hij gaat in 2018 de ruimte in.

We gaan kijken
naar een speciaal soort planeten,

de zogenaamde transiënte exoplaneten.

Het zal de eerste keer zijn
dat we kleine planeten kunnen onderzoeken

op gassen die erop kunnen wijzen
dat de planeet bewoonbaar is.

JC: Sara, ik ga je als leek

ook nog een vraag stellen.

Ik ben echt getroffen door de tegenwerking

waarmee je werd geconfronteerd,

toen je met exoplaneten begon.

Er was extreme scepsis over hun bestaan,

en jij toonde hun ongelijk aan.

Waarom ging je toch door?

SS: Als wetenschappers

worden we verondersteld sceptisch te zijn.

We moeten nagaan
of wat een ander zegt

zinvol is of niet.

Maar wetenschapper zijn,

zoals je hebt gezien in deze sessie,

is ook een beetje ontdekkingsreiziger zijn.

Je hebt een immense nieuwsgierigheid,

een koppigheid,

een wil om door te gaan,

ongeacht wat andere mensen zeggen.

JC: Daar hou ik van.
Dank je wel, Sara.

(Applaus)