Wat als de aarde geen maan had gehad?

KIJK-redactie

2018-08-25 08:59:04

maan neil armstrong

Vandaag is het zes jaar geleden dat astronaut Neil Armstrong is overleden. Armstrong staat natuurlijk vooral bekend als de man die in 1969 als eerste mens voet op de maan zette. Maar wat als de aarde helemaal geen maan had gehad? 

Uit het logboek van een ruimteschip afkomstig van de planeet Znok: “Eindelijk is de dag daar. Na een lange, barre reis zijn we aangekomen in het veelbelovende planetenstelsel met de gele dwergster dat onze sterrenkundigen Solaria noemen. Onze blik is gevestigd op de derde planeet vanaf die ster, de gemarmerde blauwe bol die we Terra hebben gedoopt. Zou het echt zo kunnen zijn – zou hier buitenznoks leven kunnen bestaan? Terra heeft er alle eigenschappen voor. Ze heeft een vast oppervlak met vloeibaar water en in tegenstelling tot haar buurplaneten ligt ze perfect in de zo belangrijke bewoonbare zone.

Vol spanning voeren we langs enkele grote gasreuzen, een asteroïdengordel en een rode planeet, koersend op die blauwe knikker. Maar hoe we ook speuren: Terra heeft geen maan! Nerveus geroezemoes klinkt onder de bemanning. Zodra we onze meetapparatuur erbij pakken, wordt ons bange vermoeden bevestigd: de blauwe planeet lijkt geen leven te bevatten. Naar de reden hoeven we niet lang te zoeken. Terra ligt helemaal op haar kant en draait in nauwelijks acht uur om haar as. De atmosfeer is vijandig en het klimaat onstuimig. Om nog maar te zwijgen over het oppervlak, dat ligt bezaaid met inslagkraters. We dachten het al: zonder een flinke maan wordt planetair leven bijzonder lastig.”

© NASA, iStock, Bewerking: Lisa van Doorn

Zo’n 4,5 miljard jaar geleden vond de moeder aller botsingen plaats in ons nog jonge zonnestelsel. Een object ter grootte van de planeet Mars ramde onze oeraarde. Uit de brokstukken kwam ons grote juweel van de nachthemel tevoorschijn: de maan. Maar wat als die botsing nooit had plaatsgevonden? Als dat grote object, Theia genoemd, de aarde op een haar na had gemist? Het had zomaar gekund.

En dan? Geen romantische kussen bij maanlicht, geen weerwolfmythes, geen maandkalender. En Neil Armstrong, de eerste mens op de maan, zou een andere carrière hebben gehad.

Maar we hebben nog veel meer aan de maan te danken. Denk bijvoorbeeld aan eb en vloed, de seizoenen en ons 24-uurs ritme. Zonder een (grote) maan zou onze levendige planeet waarschijnlijk helemaal niet zo levendig zijn. Hoe zou dat eruit zien, een maanloze aarde?

Lepel in de oersoep

Ten eerste zou de invloed van getijden op de jonge aarde (veel) kleiner zijn geweest. Met alle  gevolgen van dien. Eb en vloed zoals wij die kennen, ontstaan grotendeels door de zwaartekracht van de maan. De oceaan aan de kant van de aarde die het dichtst bij de maan is, ondervindt een trekkracht. Daardoor stulpt het water aan beide kanten van de aarde een beetje uit: vloed.

Wanneer die aantrekking er niet is, is het eb. Ook de zon trekt aan de aardse zeeën, maar omdat die verder weg staat, is het effect minder sterk. “De getijden die de zon veroorzaakt, zijn drie keer zo zwak als die van de maan”, vertelt planetair geoloog Jason Barnes van de Universiteit van Idaho (VS). “Zonder een maan zou het vloedwater nog maar tot een hoogte reiken van ongeveer een derde van nu.”

Ooit stond de maan veel dichterbij dan nu, met sterke getijden tot gevolg. Die hebben mogelijk geleid tot het samenbrengen van de bouwstenen van leven in getijdepoeltjes. Zonder maan was dit wellicht veel trager of niet gebeurd. © SPL/ANP

Surfen kunnen we dan dus wel vergeten, maar dat is de minste van onze zorgen. Getijden hebben waarschijnlijk een essentiële rol gespeeld bij het ontstaan van leven. Toen de maan nog jong was, stond hij zeker twintig keer zo dicht bij de aarde als nu, op zo’n 20.000 kilometer afstand. En aangezien de getijdekracht toeneemt naarmate de maan dichterbij staat, moeten de verschillen tussen eb en vloed enorm zijn geweest. Mogelijk stroomde het zeewater bij vloed kilometers ver het land in.

Die sterke getijden dienden als een soort pollepel in de oersoep: ze veegden de bouwstenen voor DNA en eiwitten bij elkaar in getijdepoeltjes, waarna complexe structuren konden ontstaan. Bovendien zorgden ze ervoor dat bepaalde mineralen zich bij die bouwstenen konden voegen om het bouwproces te versnellen. Het ontstaan van leven had misschien veel langer geduurd als de aarde het had moeten doen met de veel zwakkere getijden van de zon – als er dan al  leven was ontstaan.

De ‘sneeuwbalaarde’ van zo’n 700 miljoen jaar geleden werd mogelijk veroorzaakt door een schommeling van de aardas met ongeveer 1 graad. Zonder stabiliserende maan zou de aarde misschien veel heftiger ‘wiebelen’, met enorme klimaatveranderingen tot gevolg. © SPL/ANP

Etmaal van zeven uur

Maar dat is nog niet alles, want de sterke getijden vertraagden óók de rotatiesnelheid van de jonge aarde. “De uitstulping van water bij hoog tij trekt de maan voorwaarts en versnelt hem in zijn baan. Dit gaat ten kost van de rotatiesnelheid van de aarde”, legt Darren Williams van de Pennsylvania State University (VS) uit. Hij is deskundig op het gebied van planeetgeologie en klimatologie.

Uit groeiringen in koraalfossielen blijkt dat de aarde ooit zeker vier keer zo snel draaide als nu; een etmaal bestond toen uit 5 à 6 uur. De maan en de zon hebben dat opgerekt tot 24 uur. De zon draagt voor ongeveer een derde bij aan de getijden en daarmee ook de rotatiesnelheid van de aarde. In aanmerking genomen dat de maan vroeger harder aan de aarde trok dan nu, zou een etmaal op de huidige aarde zónder maan slechts 7 à 12 uur duren. Het leven van dier en mens, dat is ingesteld op een interne klok van 24 uur, zou er compleet anders uitzien. Alle activiteiten – werk, slaap, eten, voortplanting – zijn daar op afgestemd. Dat alles zouden we in een paar uur daglicht moeten klaren.

Barns en Williams twijfelen echter of de afwezigheid van de maan echt tot zo’n kort etmaal zou hebben geleid. De inslag van Theia zelf heeft de draaisnelheid van de aarde namelijk waarschijnlijk ook beïnvloed. “Alleen zijn door die gigantische inslag alle aanwijzingen gewist over de oorspronkelijke rotatiesnelheid van de aarde. Het is dan ook onmogelijk te voorspellen hoe lang een dag zou hebben geduurd zonder de maanformatie”, stelt Barnes.

Meer ijstijden?

Dan de jaargetijden. Ook daarbij komt de maan om de hoek kijken, namelijk als stabilisator van de draaias van de aarde. Die staat nu vrijwel stabiel op 23,5 graden, wat onze seizoenen veroorzaakt. Tijdens een deel van de omloop om de zon is het noordelijk halfrond meer naar de zon toe gekeerd en is het daar zomer, een halfjaar later is dat zo op het zuidelijk halfrond. Over een periode van 100.000 jaar schommelt de aardas slechts zo’n 1 tot 3 graden. Ter vergelijking: Mars wiebelt circa 10 graden  in ongeveer dezelfde periode.  In enkele tientallen miljoen jaren is dit zelfs 60 graden. En wat blijkt: Mars heeft geen grote maan. Alleen twee kleine, ingevangen  asteroïden.

Het lijkt er dus op dat een grote maan voor stabilisatie van de aardas zorgt. Dat is het beste te vergelijken met een draaitol. Net als zo’n tol heeft een planeet een lichte uitstulping aan de evenaar, als gevolg van de draaisnelheid. De zon en onze maan trekken beurtelings aan deze bult, net zoals de zwaartekracht van het aardoppervlak aan een draaitol trekt. Daardoor gaat de planeet wiebelen, zoals een draaitol die net te langzaam draait. Dit proces heet axiale precessie. Daarnaast vindt er ook aantrekking plaats door de grote planeten, waaronder Jupiter, waardoor de aarde een beetje in zijn baan om de zon wiebelt. Dit heet orbitale precessie. Het samenspel van de twee soorten precessie bepaalt de mate van wiebeling van de aardas.

Op Jupiter razen stormen rond met windsnelheden van honderden kilometers per uur. Dat komt deels doordat de planeet zo snel draait: een dag duurt er 10 uur. Een maanloze aarde zou mogelijk zelfs nog sneller draaien, met misschien net zulk vijandig weer tot gevolg. © SPL/ANP

“De axiale precessie is ongeveer een derde sneller dan de orbitale precessie. Daardoor weet de draaias een bijna constante helling van 23,5 graad te houden met de baan om de zon”, legt Williams uit. “Als er geen maan was om de axiale precessie snel genoeg te houden, zouden de draaias en de baanas even hard wiebelen. Daardoor gaan ze elkaar versterken en krijg je een chaotisch schommelende aardas.”

De vraag is dan hoe sterk precies. Volgens de studie van de Franse sterrenkundige Jacques Laskar in 1993 zou met het ontbreken van een grote maan de aardas tussen de 0 en 85 graden wiebelen. Dat zou betekenen dat de aarde in de loop van de tijd van volledig rechtop tot bijna op zijn zij zou kantelen. Zulke grote schommelingen zetten het klimaat letterlijk op z’n kop: al vanaf een hoek van 54 graden krijgt een van de polen meer zonlicht dan de evenaar en bij 90 graden bevriezen tropische zeeën en verandert het poolgebied in de Sahara. En na een paar miljoen jaar keert alles weer om. Op zo’n wispelturige planeet zouden we steeds moeten verhuizen – als er  al leven zou zijn.

Dat was een schok voor sterrenkundigen die op zoek zijn naar planeten bij andere sterren. Dit zou betekenen dat er veel minder bewoonbare werelden zijn, want een grote maan zoals de onze is een zeldzaamheid. Maar een computersimulatie van Barnes begin dit jaar gaf nieuwe hoop. “Zonder maan zou de aardas gemiddeld  10 graden schommelen. Als we de aarde van vandaag nemen, geeft dat flinke klimaatveranderingen.

Ter vergelijking: een verandering van 1 graad heeft waarschijnlijk in het verleden tot ijstijden geleid. We zouden met het ontbreken van de maan dus zeker meer van dit soort ijstijdcyclussen zien. Maar door een hoger gehalte aan broeikasgassen en een andere verdeling van oceanen en continenten in vroegere tijden zou zo’n verschuiving op de jongere aarde waarschijnlijk weinig tot geen effect hebben gehad op het klimaat en dus op het leven”, aldus Barnes.

Leven zonder maan?

Een heel andere rol die mogelijk voor onze maan is weggelegd, is die van keeper. Met zijn diameter van bijna 3500 kilometer zou hij volgens sommigen als schild kunnen werken tegen asteroïden of kometen die de aarde bedreigen. “Nu is er waarschijnlijk weinig effect, maar toen de maan in het verleden dichterbij stond, kon diens zwaartekracht inderdaad misschien de aarde hebben behoed voor gevaren. Momenteel ben ik precies deze vraag aan het onderzoeken”, zegt Williams.

Volgens sommige wetenschappers heeft de maan ons in het verleden als een soort keeper beschermd tegen vernietigende meteorietinslagen; vandaar de vele inslagkraters. Anderen beweren dat hij soms juist meteorieten naar de aarde trekt. © NASA

Barnes gelooft er niet zo in. “In bepaalde gevallen kon de maan inderdaad sommige asteroïden opvangen en andere van baan doen veranderen. Maar in andere gevallen kon hij de gevaartes ook juist naar de aarde toetrekken. Alles bij elkaar is het effect van de maan op de inslag-frequentie volgens mij nihil.”

Wat wel zeker is, is de rol van de maan op onze beschaving. Al sinds mensengeheugenis kijken mensen naar de maan. Hij heeft ons meer geleerd over de zon en de planeten. Hij stond centraal in de ruimtewedloop van de jaren zestig en zeventig (wie krijgt de eerste mens op de maan?) en heeft daarmee de weg vrijgemaakt voor vele technologische en wetenschappelijke doorbraken.

Kortom, we mogen onze maan dankbaar zijn. Zonder onze buur was leven op aarde misschien onmogelijk geweest, met zijn enorme klimaatverschuivingen, een korte dag en kleine getijden. Aan de andere kant: er is leven aangetroffen op de meest extreme locaties op aarde, zoals bij hoge druk en temperatuur. Leven is dus misschien wel weerbaarder dan we denken. We weten pas zeker of een maan essentieel is voor leven als we tekenen van leven vinden op een maanloze planeet bij een andere ster. Maar daarvoor is een extreem grote en scherpe ruimtetelescoop nodig – en het duurt nog wel even voor die er is.

Deze Wat als-aflevering stond ook in KIJK 13/2012.

Tekst: Marysa van den Berg

De KIJK 50 jaar-special ligt nu in de winkel met daarin de spannendste, opmerkelijkste en grappigste verhalen uit de lange geschiedenis van het blad. Wil je deze editie liever bestellen? Dat kan ook in onze webshop.







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Mens