Vingerafdruk aards leven te zien in maneschijn

Er is leven ontdekt op aarde. Dat wisten we natuurlijk al, maar nu is het ook bewezen op een manier die straks bruikbaar kan zijn bij de zoektocht naar leven op planeten buiten ons zonnestelsel.

Dat schrijven drie Europese astronomen die de Very Large Telescope (VLT) in Chili op de maan hebben gericht (Nature, 1 maart). Doorgaans bestaat maanlicht grotendeels uit weerkaatst zonlicht. Maar de dagen voor en na Nieuwe Maan, als de maan een smalle sikkel is, vertoont ook het donkere maandeel een zwakke gloed. Dit asgrauwe schijnsel of aardlicht is niets anders dan weerkaatst licht van onze planeet.

Dat aardlicht komt oorspronkelijk van de zon maar is door de aardatmosfeer heen gegaan, en gereflecteerd door wolken, oceanen en terreinen van uiteenlopende aard. Ook wordt een deel van het zonlicht geabsorbeerd door gassen.

Al deze effecten laten sporen achter in het aardlicht. En sommige van die ‘vingerafdrukken’ – zoals bijzondere combinaties van atmosferische gassen als zuurstof, ozon, methaan en kooldioxide – zijn kenmerkend voor organisch leven. Vingerafdrukken van dat type worden biosignaturen genoemd.

De astronomen hebben het aardlicht onderzocht alsof het licht van een exoplaneet was – een planeet die om een verre ster draait. Die vergelijking gaat wel een beetje mank. Op de eerste plaats is niet rechtstreeks naar het licht van de aarde gekeken, maar naar de reflectie ervan door de maan. En hoewel daarbij veel licht verloren is gegaan, is de waarneming van het asgrauwe schijnsel altijd nog vele malen eenvoudiger dan die van de zwakke gloed van een exoplaneet.

Vanaf de aarde gezien is een exoplaneet vergelijkbaar met een stofkorreltje vlak naast een felle gloeilamp. Er bestaat echter een verschil tussen het licht van de ‘gloeilamp’ – de ster dus – en het licht van het ‘stofkorreltje’. Licht dat door een atmosfeer is gegaan en/of door oceanen en land is weerkaatst, is sterk gepolariseerd. Dat wil zeggen dat de elektrische en magnetische velden waaruit de lichtgolven bestaan een specifieke oriëntatie hebben gekregen. (Normaal sterlicht is een mengsel van alle mogelijke polarisaties.)

Die polarisatie kan worden gebruikt om het licht van een exoplaneet te onderscheiden van dat van zijn moederster. Ook het aardlicht is ‘spectropolarimetrisch’ onderzocht. Op die manier hebben de astronomen kunnen vaststellen dat de aardatmosfeer deels bewolkt is, dat een deel van het aardoppervlak met oceanen is bedekt en dat er vegetatie op aarde aanwezig is.

In de jaren ’90 hebben onderzoekers van het Nederlandse ruimteonderzoeksinstituut SRON aardse biosignaturen gemeten door een polarimeter op de blauwe hemel te richten. De nieuwe metingen tonen aan dat de polarisatiekenmerken bewaard blijven als je het licht van de ‘hele’ aarde in één keer waarneemt.

In een begeleidend commentaar wijst Christoph Keller van de Sterrewacht Leiden erop dat het nog wel even zal duren voordat exoplaneten spectropolarimetrisch onderzocht kunnen worden. De aardatmosfeer hindert de waarnemingen te sterk, ook met nieuwe, grotere telescopen. Dit soort onderzoek moet vanuit de ruimte gebeuren.

Volgens Keller en Daphne Stam van SRON Utrecht, die ook een commentaar schreef, moetmeer ervaring worden opgedaan met spectropolarimetrische metingen van de aarde – het enige betrouwbare vergelijkingsmateriaal. Een grote onzekerheid in de recente metingen is de invloed van de maan op de polarisatie van het aardlicht. Dit probleem kan worden verholpen door een kleine telescoop op de maan neer te zetten – bijvoorbeeld als ‘passagier’ van een toekomstige maanlander. Een instrumentje ter grootte van een melkpak zou de voorbereidingen op de toekomstige speurtocht naar biosignaturen bij exoplaneten al enorm vooruithelpen.