Buitenaards oplosmiddel

Ruimteverkenner Curiosity heeft bewijs gevonden dat op Mars lange tijd water stroomde. Water is een vereiste voor al het leven zoals we dat kennen. Maar ook koolwaterstoffen zouden leven kunnen ondersteunen. Zolang het maar een vloeibaar oplosmiddel is. Een overzicht van de levensvatbare plekken in ons zonnestelsel.

Onlangs presenteerde ruimtevaartorganisatie NASA de nieuwste foto’s van haar marsverkenner Curiosity, die sinds een kleine twee maanden over het oppervlak van Mars rondrijdt. Als de onderschriften niet zouden vermelden dat de plaatjes op Mars zijn genomen, zou je verwachten dat het vakantiekiekjes zijn van iemand die de woestijn van Nevada bezoekt. Toegegeven, NASA-wetenschappers hebben de kleuren zo aangepast dat Mars wordt afgebeeld zoals het eruit zou zien onder het licht dat we op Aarde gewend zijn. Maar dat neemt niet weg dat het marsoppervlak veel gelijkenissen vertoont met een aardse woestijn; rotsen, zand, stenen en vooral schroeiende droogte. Op het eerste gezicht is dat geen hoopvol gegeven in de zoektocht naar buitenaards leven. Een zompig, vruchtbaar moeras zou tot betere vooruitzichten leiden. Dat er daar geen van zijn op Mars, was al langer bekend.

Het nieuwe, hoopgevende feit dat NASA uit haar foto’s haalt, zit hem in de steentjes. Die zijn mooi afgerond, net als de stenen op Aarde. De wetenschappers van NASA zijn het erover eens dat dit het eerste sluitende bewijs is dat er ooit lange tijd water heeft gestroomd over het oppervlak van Mars. Wind en waterstromen zorgen normaal gesproken voor erosie, en dus het afronden van rotsen en stenen. De grootte van de kiezels verraadt dat de wind niet de oorzaak is van de ronde vormen; ze zijn te zwaar om door wind te worden verplaatst. Curiosity heeft dus een oude rivierbedding gefotografeerd. Daarin stroomde ooit gedurende een lange periode water met een snelheid van ongeveer drie kilometer per uur en met een diepte van enkele decimeters, zo rekende NASA uit. De rivierbanken en de scheiding tussen grind en fijner zand, die ook te zien zijn, ondersteunen deze conclusie.

‘Eerdere marsmissies vonden ook al aanwijzingen voor water op Mars,’ zegt Pascale Ehrenfreund, hoogleraar astrobiologie aan de Universiteit Leiden. ‘Maar elke missie heeft weer betere apparatuur om preciezere metingen te doen. Curiosity heeft nu vastgesteld dat de waterstroom een lange periode standhield. Dat betekent dat er daar een leefbare omgeving is ontstaan, waarin leven zich zou hebben kunnen ontwikkelen.’

Oplosmiddel
In de zoektocht naar buitenaards leven kijken wetenschappers meestal naar aanwijzingen voor water, omdat het de stof is waar alle bekende levensvormen op gebaseerd zijn. Maar wat is er eigenlijk zo speciaal aan water? Water is vloeibaar bij temperaturen die zich uitstrekken over honderd graden Celsius. Bij 1°C is het een vloeistof, en als je het 98 graden verwarmt, dan is het nog steeds vloeibaar. Vergeleken met andere stoffen is dit een erg brede range. Je kunt dus zeggen dat water een typische vloeistof is. En dat is precies wat nodig is om complexe moleculen te vormen, die uiteindelijk tot een levende cel kunnen leiden. Ehrenfreund: ‘Behalve energie en geschikte moleculen heb je een reactiemedium nodig waarin die moleculen kunnen reageren tot complexe structuren. Water is daar een van de beste oplosmiddelen voor.’

En hoewel water dus de optimale stof lijkt om leven te ondersteunen, hoeft het niet de enige te zijn. Als een planeet geen water bevat, kan het altijd nog andere oplosmiddelen herbergen. ‘Een heleboel onderzoeken laten zien dat koolwaterstoffen ook gebruikt kunnen worden om complexe moleculen te vormen’, zegt Ehrenfreund. Voorbeelden daarvan zijn ethaan (C₂H₆), methaan (CH₄) en ammoniak (NH₃). Die stoffen zijn bij lagere temperatuur vloeibaar, en zouden dus in de buitenste gebieden van ons zonnestelsel – voorbij Mars, vanaf Jupiter – als oplosmiddel voor leven kunnen dienen, aangezien het daar kouder is dan rond de aarde. Deze regio ligt buiten de officiële ‘leefbare zone’, op een afstand van een ster waar de temperatuur niet tussen de nul en honderd graden Celsius ligt. Maar de aanwezigheid van vloeibare koolwaterstoffen kunnen toch een indicatie geven voor leefbare condities. De gasplaneten die dit gebied bevolken, lijken niet geschikt voor leven, maar zij huisvesten wel een aantal veelbelovende manen.

Zonnestelsel
Titan, een maan van Saturnus, heeft vermoedelijk meren van koolwaterstoffen op haar oppervlak, wat het een kandidaat maakt om andersoortig leven te huisvesten. De andere manen in de buitenste gebieden van ons zonnestelsel bevatten over het algemeen veel water, voornamelijk in de vorm van ijs. Daar is de grootste hoop dus toch gevestigd op leven dat op water is gebaseerd, maar dan onder het oppervlak, waar het warmer is. Zo bestaat Rhea - ook van Saturnus - voor 75 procent uit ijs en worden de oppervlaktes van Europa, Callisto en Ganymedes (allen van Jupiter) voor het grootste gedeelte bedenkt door een ijslaag. Onder het ijs bevindt zich wellicht vloeibaar water. Enceladus (Saturnus) is gedeeltelijk bedekt met ijs, en heeft geisers die ijsdeeltjes uitspuwen. Dat duidt op stromend water onder het oppervlak.

Op de binnenste planeten, vlakbij de Zon, is het voor water in principe ook mogelijk om over het oppervlak te stromen. Op aarde zagen we dat al, en nu dus ook indirect op Mars. Ehrenfreund: ‘Vier miljard jaar geleden was de atmosfeer op Mars veel dikker, dus de temperatuur lag hoger. Toen zou vloeibaar water leven hebben kunnen ondersteunen. Op Mars floreerde het leven waarschijnlijk lang geleden.’

Meer wetenschapsnieuws in ons gratis Eos Weekblad op tablet: