Bewoonbare zone om een ster

De bewoonbare zone (leefbare zone of Goldilockzones genoemd) is het gebied binnen een planetenstelsel op een dergelijke afstand van de ster (of meervoudige ster) dat er leven mogelijk is zoals dat voorkomt op de Aarde. Een eerste vereiste voor het ontstaan van leven is vloeibaar water. De planeet zal dus op een afstand van de ster moeten staan waardoor het water niet bevriest en niet verdampt. De lichtkracht van een ster is afhankelijk van zijn temperatuur en grote. Is een ster dus groot, met veel lichtkracht, dan zal de leefbare zone zich verder van de ster bevinden. Bij een kleine ster, met minder lichtkracht, dichterbij.

Hoofdstukken

• Voorwaarden aan de ster voor een bewoonbare zone
• Voorwaarden voor het ontstaan van leven
• Wat als we de zon verruilen voor Sirius
• Leefbare zone aan het eind van de levenscyclus van de zon
• Kan er zich ook leven ontwikkelen buiten de bewoonbare zone?

Voorwaarden aan de ster voor een bewoonbare zone

Voordat een planetenstelsel zich kan ontwikkelen rond een ster is er aardig wat tijd nodig. Het duurt minstens een miljoen jaar voordat er protoplaneten (planeten in wording) zijn ontstaan. Wil er leven ontstaan op een planeet dan is tijd weer de belangrijke factor. Voordat er zich leven heeft kunnen ontwikkeld hier op aarde waren we een ¼ miljard jaar verder. Een eerste voorwaarde waaraan een ster dus zal moeten voldoen is een lange levensduur. Dus sterren met maximaal twee zonsmassa’s (twee maal de massa van de zon M☉). Zwaardere sterren hebben een te korte levensduur voor het ontwikkelen van een planetenstelsel waar zich leven zou kunnen ontwikkelen. Des te groter de massa van een ster des te sneller het door zijn waterstof voorraad heen is. Bij lang levende sterren kan er bijna geen bewoonbare zone worden ontwikkeld, dus sterren met een minimum van 0,3 zonsmassa’s. Kleinere sterren zullen zo lichtzwak zijn dat de bewoonbare zone zo dicht bij de ster ligt dat de getijdeneffecten de planeet stilleggen. Sterren welke een planetenstelsel met leven erop zouden kunnen ontwikkelen zullen dus een massa van 0,3 tot 2 maal de zonsmassa hebben. Dit beperkt ons tot sterren uit het middengebied van de hoofdreeks van het Hertzsprung-Russelldiagram.

Voorwaarden voor het ontstaan van leven

Voordat zich leven op een planeet kan ontwikkelen zijn er een paar voorwaarden nodig. De eerste voorwaarde is, dat er op de planeet vloeibaar water (vloeibaar oplosmiddel) aanwezig is. Een tweede voorwaarde is de aanwezigheid van een magnetisch veld om het leven te beschermen tegen de geïoniseerde straling afkomstig van de zonnewind (sterrenwind). Eveneens zal de planeet moeten beschikken over organische koolwaterstoffen. Ook de aanwezigheid van genoeg warmte(energie) in combinatie met water en gassen voor het ontstaan van aminozuren. Voor het ontstaan van complexere levensvormen is een atmosfeer met een ozonlaag om het leven te beschermen tegen UV-straling ook wel wenselijk maar niet perse noodzakelijk.

Wat als we de zon verruilen voor Sirius

De zon is een type G2 met een oppervlaktetemperatuur van 5780 Kelvin en een diameter van 1,392 miljoen km. Sirius is een type A1 met een oppervlaktetemperatuur van 9700 Kelvin, diameter van 2,36 miljoen km en 23 maal de lichtsterkte van de zon. De bewoonbare zone rond Sirius ligt tussen de 2 en 5 AE. de afkorting AE staat voor astronomische eenheid, dit is een afstandsmaat die gelijk is aan de afstand van de aarde tot de zon, ongeveer 149,6 miljoen kilometer. Als Sirius de plaats van de zon zou innemen zouden Mercurius, Venus, Aarde en Mars tussen de ster en de bewoonbare zone komen te liggen. Mercurius zal er niet meer zijn omdat deze net binnen de diameter van de ster zal komen te liggen. Saturnus, Uranus en Neptunus zullen buiten de bewoonbare zone komen. Jupiter zal de enige planeet zijn die in de bewoonbare zone zal komen te liggen.

Leefbare zone aan het eind van de levenscyclus van de zon

Tegen het einde van zijn leven zal de zon opzwellen tot twee maal zijn huidige grote. Dit gebeurt als zijn waterstofvoorraad op is en de zon overgaat in heliumfusie. Omdat hier een grotere druk voor nodig is zal er ook een uit de heliumfusie een grotere stralingsdruk ontstaan om de ster in evenwicht te houden. De zon zal zover uitgroeien dat deze de baan van Mercurius zal bereiken en dit zal Mercurius niet overleven. Venus zal veranderen in een planeet als Mercurius nu is. Wat er met de aarde gebeurt zal niet helemaal duidelijk zijn omdat er meerdere opties mogelijk zijn. Door het uitzetten van de zon kan het zwaartekrachteffect veranderen waardoor de Aarde in een andere baan kan komen. Is dit niet het geval dan zal de Aarde veranderen in een droge dorre planeet met een hoge oppervlaktetemperatuur waar geen leven meer bij mogelijk is. De aarde zal zich over één miljard jaar niet meer in de leefbare zone bevinden.

Kan er zich ook leven ontwikkelen buiten de bewoonbare zone?

Volgens theoretisch onderzoek is er binnen ons zonnestelsel op andere plaatsen kans op het ontwikkelen van leven.

• De grootste kans dat deze ontwikkeling gaande is of was is op de maan Europa, één van de manen van Jupiter. Deze maan is geheel bedekt met één grote oceaan waarvan de bovenlaag bevroren is. Onder de ijsmassa bevindt zich wellicht vloeibaar water. Als er ook nog warmte bronnen aanwezig zijn behoort de kans dat er leven ontstaat of is ontstaan tot de mogelijkheden.
• Een volgende kandidaat is Mars waar mogelijk in het verleden leven tot ontwikkeling is gekomen. De omstandigheden in het verleden van Mars, zo’n een 4 miljard jaar geleden, waren van dien aard dat er waarschijnlijk vloeibaar water aan het oppervlak aanwezig was. Ook had Mars toen een dichte atmosfeer en een sterker magnetisch veld en vulkanische activiteit. Deze omstandigheden zijn zo goed als gelijk aan de Aarde in zijn beginfase. De kans dat er toen op Mars leven is ontstaan is dus aanwezig.
• Een derde mogelijke gegadigde voor leven in ons zonnestelsel is de maan Titan, een maan van Saturnus. Alle voorwaarden voor het ontstaan van leven zouden op Titan aanwezig zijn. Alleen is de plaats van water door ammoniak overgenomen. Energie is aanwezig in de vorm van vulkanische activiteit. Een ondergrondse oceaan van water en ammoniak welke door vulkanische activiteit verwarmd wordt is een geschikte omgeving voor het ontstaan van leven.

De toekomst zal uitsluitsel moeten geven. Naar alle mogelijke kandidaten zijn missies gepland welke de mogelijkheden op leven zullen onderzoeken.

Lees verder

• Wanneer zijn er geen oceanen meer?
• 140 liter water nodig voor één kopje koffie!
• James Webb ruimte telescoop opvolger van de Hubble
• Zijn de fundamenten van de Big Bang theorie stevig?
• De eerste minuten van de Big Bang