Een verrassende bevinding, omdat vaak wordt gedacht dat de aarde reeds het perfecte voorbeeld is van een bewoonbare wereld. Maar het kan dus nog beter!

Tot die conclusie komen onderzoekers in The Astronomical Journal. Voor hun studie maakten ze gebruik van gedetailleerde modellen die gebaseerd zijn op data die ons zonnestelsel zoals dat er vandaag de dag uitziet, beschrijven. Vervolgens maakten ze op basis daarvan een alternatief model van ons zonnestelsel waarin de baan van Jupiter iets excentrischer is.

Ovaler
En dat bleek dus interessante gevolgen te hebben voor onze eigen planeet. “Als de baan van Jupiter net iets ovaler (excentrischer) zou zijn, zou de enorme zwaartekracht van Jupiter ervoor zorgen dat de aarde ook ietwat uit zijn cirkelvormige baan wordt getrokken en daardoor een meer ovale vorm krijgt,” vertelt hoofdauteur Pam Vervoort, die na haar masterstudie aan de Universiteit Utrecht nu als PhD-student verbonden is aan de University of California, Riverside. En dat zorgt ervoor dat het bewoonbare oppervlak van de aarde (door de onderzoekers gedefinieerd als het gebied waarin de temperatuur boven de 0 graden Celsius ligt) groter wordt. “Veel levensvormen die we hier op aarde kennen, hebben temperaturen boven het vriespunt nodig om te overleven, reproduceren, en rijkelijk aanwezig te zijn, omdat ze afhankelijk zijn van vloeibaar water,” legt Vervoort uit. “De polen zijn daarom de gebieden waar het minste leven is. Als de baan van de aarde iets ovaler zou zijn, zou dat betekenen dat ze gemiddeld over een jaar meer zonlicht ontvangt en dus zal een groter oppervlak (vooral rond de polen) temperaturen boven het vriespunt ervaren en zal de bewoonbaarheid toenemen.”

Tegelijkertijd zijn er natuurlijk gebieden op aarde die nu al vrij warm zijn en in zo’n scenario nog warmer zouden worden. Maar dat maakt ze niet direct onleefbaar en daarom neemt het bewoonbare oppervlak netto gezien dus nog steeds toe. “Veel organismen leven momenteel in de warme tropen en kunnen hoge temperaturen weerstaan. Zelfs in de droge woestijnen leven veel organismen, inclusief micro-organismen, die de extreme condities kunnen overleven. De bovenlimiet voor bewoonbare temperaturen wordt vaak geschat rond de 60°C voor meercellige organisme en 100°C voor bacteriën. Boven deze waarden is vloeibaar water niet mogelijk en worden celstructuren afgebroken.”

Kleine aanpassing
En zo kan een aanpassing in de baan van Jupiter onze planeet dus leefbaarder maken. Het is daarbij wel belangrijk dat de baan van Jupiter niet té ovaalvormig wordt, benadrukt Vervoort. “Als de baan van Jupiter te ovaal is, dan zou dat ons zonnestelsel onstabiel maken en planeten zouden op elkaar kunnen botsen.” En dat komt de leefbaarheid vanzelfsprekend dan weer niet ten goede.

Verrassend
Dat het überhaupt mogelijk is om de aarde nóg leefbaarder te maken, is toch wel verrassend, vindt ook Vervoort. “Vaak wordt er gedacht dat de aarde het perfecte voorbeeld is van een extreem bewoonbare wereld. We hebben vloeibaar water op het oppervlak, de temperaturen op grote delen van het aardoppervlak zijn ideaal voor levensvormen zoals wij ze kennen, en de seizoenen zijn relatief mild. Maar wij tonen aan dat er een ideaal scenario is waarin een planeet zelfs leefbaarder kan zijn dan ons huidige aard-klimaat.”

Het kan slechter
De aarde is als het om leefbaarheid gaat dus niet perfect. Maar dat we het ook veel slechter hadden kunnen treffen, is algemeen bekend. Zelfs in ons eigen zonnestelsel zijn genoeg hemellichamen aan te wijzen waarop leven uitgesloten of in het gunstigste geval lastig is. En in hun studie tonen Vervoort en collega’s aan dat een andere kleine aanpassing in de baan van Jupiter de leefbaarheid van de aarde ook flink terug kan brengen. “Als Jupiter zich dichter bij de aarde zou bevinden, zou dit leiden tot hevige schommelingen in de as van de aarde wat ervoor zorgt dat de aarde extreme seizoenen kan hebben: warme zomers afgewisseld met extreem koude winters. Tijdens deze wintermaanden zullen grote delen van het aardoppervlak zich onder het vriespunt bevinden wat de bewoonbaarheid dus doet afnemen.”

Implicaties voor de zoektocht naar buitenaards leven
Het onderzoek van Vervoort en collega’s is meer dan een grappig gedachte-experiment omtrent de leefbaarheid van onze eigen planeet. Uiteindelijk hopen de onderzoekers namelijk dat hun bevindingen van pas kunnen komen in de zoektocht naar leefbare exoplaneten. Nu wordt de leefbaarheid van exoplaneten vaak voornamelijk beoordeeld door na te gaan of deze vloeibaar water kan herbergen. Dat is weer afhankelijk van de baan van de planeet, of nauwkeuriger gezegd: de afstand tot de moederster. Want is die afstand te klein, dan kan eventueel vloeibaar water zomaar verdampen. Maar is de afstand te groot, dan kan eventueel vloeibaar water zomaar bevriezen. In beide gevallen is leven zoals wij dat kennen – en dat alleen in aanwezigheid van water kan ontstaan en standhouden – ondenkbaar. Wat het onderzoek van Vervoort en collega’s maar weer eens laat zien, is dat leefbaarheid veel meer behelst dan de aanwezigheid van water alleen. Ook de stand van de as, de vorm van de omloopbaan van de planeet en eventuele invloeden van veel zwaardere planeten in hetzelfde stelsel spelen een rol.

Op dit moment is het echter niet altijd mogelijk om al die informatie voor planeten buiten ons zonnestelsel te verzamelen en de leefbaarheid dus grondig te beoordelen, legt Vervoort uit. “Er zou meer aandacht geschonken moeten worden aan het belang van seizoenaliteit, en variaties in de draaias en excentriciteit, en hoe dat de eventuele bewoonbaarheid beïnvloed. Eén van de redenen waarom dit vaak niet onderzocht wordt is dat het moeilijk (en soms onmogelijk) is om dit te meten. Met de huidige technieken kunnen we de excentriciteit van planeten bepalen en het is zelfs mogelijk om in te schatten hoe de excentriciteit van exoplaneten over duizenden tot miljoenen jaren verandert als we een goed idee hebben van alle objecten in het sterrenstelsel. Een probleem is dat het, in de meeste gevallen, moeilijk is om uit te sluiten dat er geen andere ongedetecteerde planeten aanwezig zijn in de stelsels die de zwaartekrachtsberekening kunnen beïnvloeden. Dit maakt deze schattingen momenteel nog heel onzeker.” Maar tegelijkertijd heeft Vervoort goede hoop dat de gaten die er nu nog in onze kennis van exoplaneten zit, gaandeweg worden opgevuld – Bijvoorbeeld met behulp van de krachtige James Webb-telescoop – waardoor we deze planeten en hun leefbaarheid ook beter kunnen gaan begrijpen.

Ten slotte heeft de zoektocht naar leefbare planeten buiten ons zonnestelsel natuurlijk ook weer implicaties voor ons. Zo kan het ons helpen begrijpen hoe leven ontstaat, onder welke omstandigheden het voet aan de grond kan krijgen en hoe uniek wij – en onze toch niet helemaal perfect leefbare planeet – nu eigenlijk zijn.