Tussen 200 duizend sterren, op tot honderd lichtjaren: hier zoekt Tess naar een nichtje van de aarde

De lancering is het volgende hoofdstuk in de speurtocht naar buitenaards leven – een van de grote vragen van de wetenschap. Tess gaat op zoek naar exoplaneten: planeten die rond sterren draaien buiten het zonnestelsel. De Amerikaanse satelliet is de opvolger van Kepler, de telescoop die de afgelopen jaren al duizenden van zulke planeten heeft ontdekt.

200 duizend sterren

Tess volgt een andere strategie bij zijn speurtocht, zegt Ignas Snellen, hoogleraar astronomie aan de Universiteit Leiden en gespecialiseerd in exoplaneten en hun atmosfeer. Kepler had een relatief grote telescoop waarmee hij diep het heelal in kon turen. De sterren die Kepler bestudeerde, stonden ver weg – honderden lichtjaren. Vanwege zijn grote telescoop kon Kepler maar een klein deel van de hemel bekijken. Alsof je door een dakkapel naar de sterren tuurt.

Tess is kleiner en gaat de complete hemel bestuderen, zowel het noordelijk als zuidelijk halfrond. Maar liefst 200 duizend sterren zal Tess de komende jaren in zijn vizier krijgen, op enkele tot honderd lichtjaren. ‘Nog altijd een immense afstand, maar in kosmisch opzicht dichtbij’, zegt Snellen. Het zijn de sterren die we met een beetje geluk ook met het blote oog kunnen zien.

Kans op leven

Dat Tess dichterbij kijkt, heeft voordelen, stelt Snellen. Als de ruimtetelescoop een planeet ontdekt, kunnen astronomen gemakkelijker haar massa bepalen. Is een planeet zwaar genoeg en niet al te groot – tot zeg twee keer de diameter van de aarde – dan is er wellicht een zusje van de aarde ontdekt. Als het zusje dan ook nog in de leefbare zone cirkelt – een denkbeeldige ring rond de ster waar het niet te warm en niet te koud is – dan bestaat er kans op leven.

Om te bepalen of er werkelijk leven kan zijn, zijn andere instrumenten nodig. Hier komt de James Webb-telescoop in beeld, de extreem gevoelige (en kostbare: 10 miljard dollar volgens een schatting uit 2016) ruimtetelescoop, waarmee astronomen de atmosfeer van exoplaneten kunnen bestuderen. De lancering van James Webb is onlangs weer uitgesteld met een jaar, tot 2020. ‘Misschien is dat een klein geluk’, zegt Snellen, ‘want nu krijgt Tess extra tijd om interessante exoplaneten te ontdekken’.

_{Lees verder onder de afbeeldingen.}

Ruimte-enquête

Dat Tess alle planeten ontdekt die rond de 200 duizend sterren cirkelen, is uitgesloten. Waar Kepler vijf jaar lang naar een gebied kijkt, houdt Tess een soort ruimte-enquête. Eerst een jaar aan het zuidelijk halfrond, daarna aan het noordelijk halfrond. Tess kijkt elke maand naar een ander deel van de hemel. Het kan dus gebeuren dat een planeet passeert op het moment dat Tess even niet kijkt. Kepler keek zo lang dat de telescoop meerdere passages van dezelfde planeet kon waarnemen. Astronomen konden hierdoor met meer zekerheid vaststellen of er sprake was van een planeet. Tess zal zeker exoplaneten over het hoofd zien.

De kans op een exacte kopie van de aarde, die eens per jaar om de zon draait, is erg klein. Mogelijk worden wel leefbare planeten gevonden bij kleinere sterren die minder fel stralen dan de zon. De leefbare zone ligt dichter bij de ster, waardoor een planeet in dit gebied een kortere omlooptijd heeft. De kans dat deze wordt waargenomen, is hierdoor groter. ‘We gaan dus geen zusje van de aarde vinden, maar misschien wel een neefje of nichtje’.

Meer geduld

En dan? De planeten die volgens Tess interessant zijn, zullen de komende jaren worden onderzocht met de James Webb-telescoop en mogelijk zal Cheops, de Europese ‘opvolger’ van Tess zijn iets grotere telescoop ook op deze sterren richten. Maar het wachten is op de Extremely Large Telescope (ELT), die nu in Chili wordt gebouwd. Deze supertelescoop is over tien jaar klaar en zal naar verwachting de samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten kunnen vaststellen. Met behulp van spectrografie kan worden bepaald of daar elementen in zitten die een aanwijzing zijn voor leven. Zoals zuurstof.

Kepler, Tess en Cheops geven astronomen dus eerste aanwijzingen welke exoplaneten interessant zijn. James Webb en de ELT zullen laten zien of een van deze planeten mogelijk leven bevatten. Nog meer geduld is wel vereist. Snellen: ‘Over een jaar of tien weten we meer.’

Zo bezien kunnen die twee dagen extra vertraging er nog wel bij.

Hoe bepaal je of een exoplaneet gasachtig of rotsachtig is?

Om te bepalen of een exoplaneet op aarde lijkt, moet haar dichtheid bekend zijn. Dit gaat door eerst de diameter vast te stellen. Tess kan die bepalen als de planeet voor haar ster langs trekt. Vervolgens wil je haar massa weten. Doordat de planeet om haar ster cirkelt, brengt haar massa de ster een klein beetje aan het wiebelen. Hierdoor beweegt de ster telkens een beetje naar de aarde toe en er weer vanaf. Dit veroorzaakt minieme fluctuaties in de frequenties van het licht dat de ster uitzendt. Vergelijk het met een passerende brandweerauto, waarvan toonhoogte van de sirene verandert als hij langsraast. Dit heet het dopplereffect en iets soortgelijks treedt op bij licht. Het wiebelen van de ster kan daardoor op aarde worden gedetecteerd. Weet je hoe veel de ster wiebelt, dan kan de massa van de planeet worden berekend. Als massa en diameter bekend zijn, kan weer de dichtheid worden bepaald. Is die laag (grote planeet, weinig massa) dan is het vermoedelijk een gasachtige planeet, net als Jupiter. Is de dichtheid hoog (kleine planeet, grote massa), dan is de planeet vermoedelijk rotsachtig. Is ze niet groter dan twee keer de aarde en cirkelt ze in de leefbare zone, dan gaat deze exoplaneet in het mapje ‘interessant’.