Zoeken naar leven

Drake-vergelijking en astrobiologie

Het is misschien wel de oudste vraag die mensen zich stellen. Zijn we alleen? Ergens onder de brandstapels van de prehistorie, onder de stille gezichten van priesters die naar de nachthemel tuurden, onder de verlichting van de moderne wetenschap zit steeds diezelfde hoop. Of angst. Voor het eerst in de geschiedenis hebben we de instrumenten om er echt naar te zoeken. Dit is de stand van het onderzoek — concreet, meetbaar, en spannender dan ooit.

Wat bedoelen we eigenlijk met "leven"?

Voor we gaan zoeken, moeten we weten wat we zoeken. En daar begint de moeilijkheid. We kennen precies één voorbeeld van leven: het aardse soort, allemaal gebaseerd op koolstof, water, DNA of RNA. Betekent dat dat alle leven zo moet zijn? Of is dat als een kok die alleen tomatensoep heeft gegeten en concludeert dat alle soep rood is?

De veiligste definitie voor nu is: een systeem dat zichzelf in stand houdt, energie omzet, zich aanpast en reproduceert. Dat laat ruimte voor onbekende chemie. Maar praktisch zoeken we naar de aardse soort, omdat we weten waar op te letten: vloeibaar water, geschikte temperaturen, stabiele chemie, een energiebron.

Extremofielen — leven dat niet opgeeft

Je moet weten wat leven op aarde allemaal uithoudt voor je rustig kunt afstrepen wat elders onmogelijk is. De laatste vijftig jaar zijn de extremofielen ontdekt: bacteriën en archaeën die leven op plekken die we ooit voor steriel hielden.

• In kokende vulkaanbronnen van 120 °C, waar eiwitten in theorie zouden ontvouwen.
• Onder kilometers Antarctisch ijs, in volledige duisternis, zonder foto­synthese.
• In zoutmeren met elf procent zoutgehalte, drie keer zeewater.
• In de diepste goudmijnen van Zuid-Afrika, op drie kilometer diepte, etend van radioactief verval van uranium.
• Op reactorstaven van kerncentrales, met een stralingsdosis die een mens in minuten doodt.

De les is simpel: leven is hardnekkig. Als het ergens een toehold vindt, houdt het zich vast. Dat verbreedt de definitie van "leefbaar" aanzienlijk.

Kandidaten in ons eigen zonnestelsel

Je hoeft niet honderd lichtjaar te reizen om aan vreemde werelden te snuffelen. Binnen ons eigen zonnestelsel zijn er kandidaten.

Mars is de klassieker. Miljarden jaren geleden was hij warmer, natter en had een atmosfeer. Rivieroevers en deltaformaties zijn vanuit de lucht zichtbaar. Als leven er ooit is ontstaan, zou het zich ondergronds hebben kunnen terugtrekken toen het oppervlak bevroor. NASA's Perseverance-rover verzamelt nu monsters voor een toekomstige terugkeermissie.

Europa, een maan van Jupiter, is wellicht nog spannender. Onder een ijskorst van enkele kilometers ligt een wereldwijde oceaan van vloeibaar water, warm gehouden door getijde-krachten van Jupiter. Geschat volume: tweemaal dat van alle aardse oceanen samen. De Europa Clipper-missie (gelanceerd 2024) bestudeert hem vanuit een baan.

Enceladus, een maan van Saturnus, schiet geisers van waterdamp vanaf zijn zuidpool de ruimte in. De Cassini-sonde vloog er doorheen en proefde: waterdamp, zouten, waterstof, organische moleculen. Met andere woorden — een actieve hydrothermische oceaan, mogelijk precies het soort omgeving waar aards leven ooit ontstond in de dieptes van onze zee.

Titan, ook Saturnus, is de uitzondering. Op het oppervlak geen water maar meren van vloeibaar methaan en ethaan. De chemie is compleet anders. Als daar leven bestaat, is het niet onze soort — en precies daarom zou het zo interessant zijn om te vinden. NASA's Dragonfly-missie (lancering rond 2028) wordt een soort helikopter die er rond­hopst.

Biosignaturen — de vingerafdruk van leven

Bij exoplaneten is de enige methode het licht dat door hun atmosfeer reist tijdens een transit. Dat licht draagt de chemische vingerafdruk van de gassen eromheen. De vraag is welke combinatie van gassen alleen door leven gemaakt kan worden.

Zuurstof alleen is niet genoeg; die kan ook door UV-splitsing van water ontstaan. Methaan alleen is niet genoeg; dat komt uit vulkanisme. Maar zuurstof én methaan samen, in aanzienlijke hoeveelheden, zou een alarmbel zijn. Die twee reageren razendsnel met elkaar — als ze tegelijk aanwezig zijn, moet iets ze continu bijmaken. Op aarde doen planten en microben dat. Op een andere wereld? Tot nu toe onbekend.

Andere verdachten: distikstofoxide, dimethylsulfide, chloormethaan. Stuk voor stuk moleculen die op aarde bijna uitsluitend door biologie worden geproduceerd.

Webb heeft inmiddels de atmosfeer van K2-18b, een "hycean wereld" op 120 lichtjaar, onderzocht. Eerste waarnemingen suggereerden een hint van dimethylsulfide — maar de signalen zijn zwak en vervolgmetingen zijn bezig. Zo'n ontdekking zou, als ze bevestigd wordt, het grootste nieuws van de eeuw zijn. Wees voorlopig voorzichtig.

De Drake-vergelijking — een denkoefening

In 1961 schreef de Amerikaanse astronoom Frank Drake een vergelijking op voor een werkbijeenkomst. Het doel was niet een antwoord te berekenen, maar de vraag te structureren: hoeveel technologisch communicerende beschavingen zijn er op dit moment in de Melkweg?

N = R* × fₚ × nₑ × fₗ × fᵢ × f꜀ × L

• R* — het tempo waarmee geschikte sterren in de Melkweg ontstaan (ongeveer 1,5-3 per jaar).
• fₚ — fractie van die sterren met planeten (inmiddels geschat op bijna 1).
• nₑ — gemiddeld aantal leefbare planeten per ster met planeten (0,1 tot 0,4).
• fₗ — fractie van leefbare planeten waarop leven ontstaat (volstrekt onbekend, ergens tussen 0 en 1).
• fᵢ — fractie waar intelligentie evolueert.
• f꜀ — fractie waar die intelligentie communicerende technologie ontwikkelt.
• L — hoe lang zulke beschavingen radiosignalen de ruimte in sturen.

De eerste drie factoren kunnen we nu redelijk invullen dankzij Kepler en opvolgers. De laatste vier zijn wilde gissingen. Afhankelijk van welke getallen je invult, kom je uit op één beschaving (alleen wij) of op miljoenen. Drake zelf gokte grofweg tien­duizend. Carl Sagan nog optimistischer. Bemanningen van de Voyagers vonden het meest plausibel "een stuk of tien in onze galactische buurt".

De Drake-vergelijking is geen wetenschap in enge zin — het is een dashboard. Ze vertelt je precies welke factoren het onzekerst zijn en dus het eerst geïnvesteerd moet worden.

SETI en Breakthrough Listen

Luisteren naar radiosignalen begon in 1960, toen Frank Drake zijn antenne op twee nabije sterren richtte (Project Ozma). Hij vond niks. Sindsdien is SETI — Search for Extraterrestrial Intelligence — continu operationeel geweest, met dipjes en pieken in financiering.

In 2015 lanceerde de Russische ondernemer Yuri Milner Breakthrough Listen: honderd miljoen dollar, tien jaar looptijd, systematisch onderzoek van een miljoen nabije sterren en honderd galaxyen met de grootste radiotelescopen ter wereld. Het is de grootste SETI-inspanning ooit. Tot dusver: stilte. Eén opvallend signaal uit 2019 ("BLC1") richting Proxima Centauri bleek na analyse aardse ruis.

Het beroemdste raadsel blijft het "Wow! Signal" van 15 augustus 1977. Astronoom Jerry Ehman zag een 72 seconden durende radio-uitbarsting op Ohio State's "Big Ear"-telescoop, op een frequentie die volgens SETI-logica "de juiste" zou zijn. Hij schreef "Wow!" in de kantlijn. Nooit herhaald, nooit verklaard. Een puzzel die nog steeds open is.

Drie dingen om mee te nemen

1. Leven is taai. Extremofielen op aarde rekken de definitie van leefbaar behoorlijk uit. Daarmee wordt de lijst van plausibele plekken langer, niet korter.
2. We hebben vinkenlijsten, geen bewijs. Europa, Enceladus, Mars, K2-18b — allemaal kandidaten. Er is tot op heden geen enkele bevestigde detectie van buitenaards leven, in welke vorm dan ook.
3. De Drake-vergelijking is een dashboard. Ze vertelt je welke onzekerheden ertoe doen. De laatste factoren (leven, intelligentie, communicatie, levensduur) zijn het grote zwarte gat in onze kennis.

In de volgende les vragen we precies wat Enrico Fermi in 1950 aan zijn lunchmaatjes vroeg. Als het universum zo groot is, en sterren zo oud, waar is dan iedereen?

Tot dan. Blijf nieuwsgierig.