Natuur- en sterrenkundigen bedenken de gekste dingen bij hun pogingen om de kosmos beter te begrijpen. In de Far Out-rubriek elke maand een mooi voorbeeld. Ditmaal: zijn er fikse planeten die voor een groot deel uit water bestaan of maakt een oceaan van magma die onmogelijk?

‘Planet of the plankton.’ Zo noemde de Britse krant The Daily Mail exoplaneet K2-18b afgelopen voorjaar. Volgens onderzoekers van de University of Cambridge zou deze verre wereld namelijk met oceanen bedekt kunnen zijn – en in die oceanen zou misschien wel minuscuul leven rondzwemmen. In de atmosfeer van K2-18b hadden de onderzoekers namelijk bepaalde stofjes aangetroffen die hier op aarde vooral worden uitgestoten door plantaardig plankton.

Het nieuwtje werd behoorlijk kritisch ontvangen – vooral omdat allesbehalve vaststond dat de genoemde stofjes écht voorkwamen in de ‘lucht’ van K2-18b. Bovendien, zo merkten andere deskundigen op, is het maar de vraag of de planeet daadwerkelijk beschikt over oceanen van vloeibaar water. Misschien lijkt hij wel meer op de ijsreuzen Neptunus en Uranus in ons eigen zonnestelsel, en heeft hij niet eens een vast oppervlak.

Sterrenkundige Aaron Werlen van de Ludwig-Maximillians-Universität van München en collega’s gaan in een nieuwe studie nog een stap verder. Daaruit valt namelijk te concluderen dat K2-18b zeker weten geen oceaanwereld is, om de simpele reden dat dit soort grote oceaanwerelden volgens hun simulaties helemaal niet bestáán.

Lees ook:

• Astronomen claimen ‘sterkste aanwijzingen’ voor buitenaards leven tot nu toe
• Saturnusmaan Enceladus heeft moleculen die de bouwstoffen voor leven kunnen vormen

Oceaan van magma

De planeten waar het hier om gaat, zijn zogenoemde hycean worlds, waarbij ‘hycean’ een samentrekking is van hydrogen en ocean. Deze planeten, een slag groter dan de aarde, zijn omhuld door een dikke atmosfeer van waterstof (hydrogen) en bestaan voor 10 tot zelfs 90 procent uit water.

Zulke planeten zouden ver van hun ster zijn ontstaan, waar het zo koud is dat water in de ruimte ‘samenvriest’ tot kleine korreltjes, die makkelijk kunnen worden opgepikt door werelden in wording. Later kan zo’n planeet dan naar zijn ster toe bewegen, waardoor al het verzamelde ijs smelt. Resultaat: een wereld bedekt met een diepe oceaan waarin leven zou kunnen ontstaan.

Maar, zo stellen Werlen en zijn team, dan laat je buiten beschouwing wat er verder allemaal gebeurt op een planeet van dit type. Als zo’n planeet net is gevormd, bestaat het oppervlak daarvan namelijk uit een oceaan van magma, duizenden graden heet. Bovendien kan zo’n magma-oceaan niet zomaar stollen. “De dichte waterstofatmosfeer van dit soort planeten werkt als een thermische deken”, legt Werlen uit. “Die houdt de warmte vast en voorkomt dat het oppervlak kan afkoelen door straling de ruimte in te sturen. Daardoor blijft het oppervlak tot miljarden jaren lang gesmolten.”

Waarom dat van belang is? Omdat, zo zegt hij, de bestanddelen van watermoleculen (waterstof en zuurstof) in die magma-oceaan kunnen oplossen. De grote vraag is dan: wat gebeurt er als je zo’n magma-oceaan lange tijd zijn gang laat gaan? Hoeveel water houd je dan nog over om er een ‘gewone’ oceaan van te maken?

Ondiepe oceaan

Om die vraag te beantwoorden, simuleerden Werlen en collega’s enkele honderden jonge, hete planeten met verschillende massa’s, samenstellingen, temperaturen en afstanden tot hun ster. De ontluisterende uitkomst: álle planeten die ze bekeken, bestonden uiteindelijk voor minder dan 1,5 procent uit water – zelfs als dat aanvankelijk bijvoorbeeld 30 procent was.

Nu is een planeet met zo weinig water sowieso geen hycean world; die moeten namelijk zoals gezegd voor minstens 10 procent uit water bestaan. Maar misschien is 1,5 procent water alsnog genoeg voor een ondiepere oceaan? De aarde herbergt tenslotte nog veel minder water – tussen 0,03 en 0,3 procent – en onze planeet is allesbehalve droog en dood.

Helaas: ook als de planeten uit de simulaties van Werlen en zijn team een relatief bescheiden voorraadje water overhouden, maakt het ze nog niet geschikt voor leven. Dat water vormt namelijk geen vloeibaar laagje op hun oppervlak, maar is volledig gemengd met het waterstof in de atmosfeer. Het enige sprankje hoop is nog dat, op de lange termijn, een deel van die dikke waterdampatmosfeer de ruimte in verdwijnt. “Onder de juiste omstandigheden kan dan alsnog vloeibaar water ontstaan”, zegt Werlen, “maar die processen liggen buiten het bereik van onze studie.”

Sub-Neptunussen

Dat lijkt nog weer een nagel aan de doodskist van K2-18b als mogelijk thuis van buitenaards leven. Zoals gezegd was al onduidelijk of de geclaimde stofjes inderdaad in de atmosfeer van de planeet voorkomen. Ben je bereid daar toch in mee te gaan, dan is het vervolgens bijna onmogelijk om te bewijzen dat die stofjes daadwerkelijk zijn geproduceerd door leven. En nu blijkt dus ook nog de kans bijzonder klein dat deze planeten bedekt zijn met water. Tot zover het ‘beste bewijs voor buitenaards leven tot nu toe’, zoals de University of Cambridge het onderzoek triomfantelijk noemde in haar persbericht.

Dat wil zeggen… Áls Werlen en zijn team gelijk hebben. Yamila Miguel, sterrenkundige aan de Universiteit Leiden, waarschuwt dat we het hier hebben over planeten die groter zijn dan de aarde en kleiner dan Neptunus; zogenoemde sub-Neptunussen. “In ons zonnestelsel vind je zulke planeten niet. Daardoor weten we ook niet hoe ze in elkaar zitten. Daar zijn nog heel wat laboratoriumdata en berekeningen voor nodig.” Ze raadt dan ook aan om het resultaat van Werlens studie niet als de ultieme waarheid te omarmen. “Wel lijken de interacties tussen de atmosfeer en de magma-oceaan van zo’n planeet extreem belangrijk en hanteert deze studie de juiste aanpak om die beter te leren begrijpen.”

Deze Far Out staat ook in KIJK 1-2026.