Oude Venus-sonde vond mogelijk ook fosfine

Twee weken geleden werd bekend gemaakt dat fosfine in de atmosfeer van Venus is gevonden en dat dit mogelijk een biologische oorsprong heeft. Dit maakte nogal wat los in de wetenschap. Kwam er eerst bijna geen geld los voor Venus-missies, nu wordt er druk gespeculeerd over wat we naar Venus moeten sturen om eventueel leven in de atmosfeer aan te tonen. Het bedrijf RocketLab deelde al een impressie van een mogelijke Venus missie gebaseerd op hun standaard satellietontwerp Photon, compleet met afdalingssonde.

Eerst willen wetenschappers echter zien dat fosfine aangetoond wordt op een andere manier dan met radio spectra. Dit om te voorkomen dat we iets over het hoofd zien in de interpretatie van die gegevens. Maar wat als we nou eens al fosfine gevonden hebben met oude atmosferische sondes? De Pioneer-Venus stuurde in 1978 maar liefst 4 sondes de atmosfeer van Venus in. Een ervan, de grootste van de vier, had een instrument bij zich, genaamd Large Probe Neutral Mass Spectrometer (LNMS). Met dit instrument werd de samenstelling van de atmosfeer gemeten vanaf een hoogte van 67 km tot op het oppervlak.

De grootste sonde van de Pioneer-Venus Multiprobe missie. (Credits: NASA)

Massa spectrometers zijn instrumenten waarin molekulen in een monster worden geioniseerd. Molekulen worden in feite in stukken gebroken en die stukken hebben een elektrische lading (ionen). Daarna wordt het monster versneld en door een magnetisch veld geleid. De baan van lichtere ionen wordt meer afgeleid dan zwaardere ionen en zo komen we te weten hoe zwaar ze zijn. Op die manier hoop je te kunnen achterhalen wat de oorspronkelijke molekulen waren.

Wetenschappers hebben die de oude gegevens van dit instrument nog eens bekeken, speciaal de gegevens die verzameld zijn op 50 tot 60 km hoogte. Destijds werd er niet eens gedacht aan de mogelijkheid dat zulke stoffen in de atmosfeer zouden kunnen bestaan. En de detectie van fosfine was bovendien gemakkelijk over het hoofd te zien.

Na hernieuwd onderzoek zeggen wetenschappers dat er een “verleidelijke mogelijkheid” is, dat er fosfine gevonden is. Niet alleen fosfine zelf, maar ook de fragmenten van fosfine die je zou verwachten met een massa spectrometer te vinden. Ze zeggen verder dat het er op lijkt dat de aanwezigheid van chemische stoffen uit balans is op deze hoogte in de atmosfeer. Precies zoals je zou verwachten als er leven in de atmosfeer is, of ten gevolge van chemische reacties die ons nog niet bekend zijn.

Analyse van de Pioneer-Venus gegevens (Credits: Rakesh Mogul et al.)

Dit zou kunnen betekenen dat de onlangs gedane metingen geen kortstondige afwijking waren, maar dat het fosfine in ieder geval al 40 jaar in de atmosfeer van Venus zit. Toch is nog niet iedereen overtuigd. Zo zou de concentratie fosfine in de gegevens van Pioneer-Venus veel hoger zijn dan de concentratie die twee weken geleden gemeld is. Maar nog niet alle gegevens van Pioneer-Venus zijn onderzocht. Er is nog veel meer te vinden op microfilm. Die data is niet gedigitaliseerd en vanwege COVID-19 kunnen de wetenschappers nu niet zomaar toegang krijgen. Die toestemming hopen ze echter wel deze week te regelen.

Wetenschappers zijn daarnaast op zoek naar nog meer oude datasets. De metingen van de Venera sondes van de Sovjet Unie zijn er waarschijnlijk niet gevoelig genoeg voor. En het is niet bekend waar die gegevens zijn opgeslagen. Ook oude infrarood telescoop gegevens van Venus worden nu onderzocht. In de nabije toekomst komen de Europese BepiColombo, de Solar Orbiter en NASA’s Parker Solar Probe ook langs Venus. Wellicht dat die nog kunnen bijdragen met nieuwe metingen.

Bronnen:

http://www.leonarddavid.com/decades-old-data-backs-phosophine-detection-in-clouds-of-venus-sign-up-for-signature-of-life/

https://www.scientificamerican.com/article/a-nasa-probe-may-have-found-signs-of-life-on-venus-40-years-ago/

https://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.570059

Coverafbeelding: NASA

Stof met mogelijk biologische oorsprong gevonden in atmosfeer van Venus

Er is fosfine (PH3) gevonden in de atmosfeer van Venus. Dat werd vanmiddag tijdens een live stream van de Royal Astronomy Society onthuld. Laten we deze ontdekking stap voor stap bekijken.

Wat is fosfine?

Fosfine is een vrij simpel molekuul met een fosfor atoom met drie waterstof atomen. Het is vrij giftig en ontvlambaar, maar het is ook een zogenaamde biomarker. Dat wil zeggen, een stof die normaal (op rotsachtige planeten) alleen door leven gevormd wordt. Vorig jaar werd zelfs gesuggereerd dat fosfine de beste biomarker is om leven mee te zoeken met de nog te lanceren James Webb Space Telescope.

Wat is er precies gevonden?

Met de James Clerk Maxwell Telescope in Hawaii werd een dip in het radiospectrum gevonden die wijst op de aanwezigheid van fosfine. Met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chili zijn vervolgens betere metingen gedaan die de vondst van fosfine bevestigden.

Het fosfine werd gevonden in een middelste wolkenlaag in de atmosfeer op zo’n 50-60 km hoogte. En dat is toevallig ook de hoogte waar tropische temperaturen heersten. En dat is een stuk aangenamer dan de temperatuur op het oppervlak van Venus (rond de 460 graden).

De hoeveelheid fosfine die afgeleid is van het radarsignaal, is rond de 20 deeltjes per miljard deeltjes (parts per billions).

De dip in het radiospectrum van de James Clerk Maxwell Telescope (donkere lijn) en van de ALMA telescoop (lichtere lijn). (Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al. & JCMT (East Asian Observatory))

Wat zou de oorsprong van fosfine kunnen zijn?

Fosfine is een biomarker, maar men wilde eerst alle andere mogelijke bronnen uitsluiten. Daarbij is gedacht aan:

  • Stoffen die hoog in de atmosfeer afgebroken worden door (ultraviolet) zonlicht. Ofwel fotochemische reacties.
  • 70 andere reacties de fosfine vormen, inclusief reacties in en onder invloed van stof, aerosolen en dergelijke.
  • Reacties met rotsgesteente op het oppervlak, eventueel onder invloed van vulkanisme.

En wat de wetenschappers zeggen, is dat fosfine op die manier wel gevormd zou kunnen worden, maar niet in de hoeveelheden die gevonden zijn.

Dus zijn er twee andere mogelijkheden:

  • Nieuwe chemie: als in, chemische reacties die niet bekend zijn.
  • Een biologische oorsprong.

Fosfine molekulen in de atmosfeer van Venus (Credit: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada).

Maar komt fosfine ook niet in de atmosfeer van Jupiter en Saturnus voor?

Dat klopt. Fosfine werd in Jupiter’s atmosfeer al in 1975 ontdekt. Maar fosfine wordt daar in het binnenste van Jupiter gevormd onder invloed van een enorme hoeveelheid energie. Venus is wel heet en kent een hoge atmosferische druk op het oppervlak, maar niet genoeg om langs die weg fosfine te produceren.

Dus leven?

De wetenschappers benadrukten nog eens dat ze niet claimen dat ze leven gevonden hebben. Maar deze vondst vraagt wel om extra onderzoek.

Het is ook niet de eerste aanwijzing voor mogelijk even in de atmosfeer van Venus. Zo werd ontdekt dat de – in het ultraviolet – donkere banden in de atmosfeer gevormd werden door “partikels ter grootte van microben”.

Als er leven is, waar komt dat dan vandaan?

De afgelopen jaren zijn aanwijzingen steeds sterker geworden dat Venus niet altijd zo’n helse planeet geweest is als tegenwoordig. De vermoedens zijn dat 1 miljard jaar geleden er zelfs oceanen (van water) geweest zouden kunnen zijn.

Ook zou microbiologisch leven afkomstig kunnen zijn van Aarde. Bijvoorbeeld van materiaal dat vrij kwam bij een inslag op Aarde. En wie weet hebben we het zelf meegebracht. Nadat bleek dat Venus op het oppervlak kokendheet was, zijn de Venus-landers misschien niet met dezelfde zorg ontsmet als dat met Mars-landers het geval was.

Hoe zijn de reacties in de planetaire wetenschap?

Lang niet alle planetair wetenschappers zijn overtuigd van een biologische oorsprong van fosfine. Er is al een verhit debat gaande, onder andere op Twitter, waarin een heel spectrum van meningen van “als je geen niet-biologische reacties kunt bedenken waarop fosfine gevormd wordt, betekent niet dat de oorsprong biologisch is” (Carolyn Porco) tot “ik roep al jaren dat biologisch leven in de atmosfeer van Venus mogelijk is” (David Grinspoon).

Hoe gaan we vinden of er echt leven op Venus is?

Wetenschappers vragen al decennia om nieuwe missies om Venus te onderzoeken. Maar Venus-missies vielen vaak buiten de prijzen. Deze vondst van fosfine zou daar wel eens verandering in kunnen brengen. Er zijn een paar mogelijke Venus-missies:

  • De Indiase ruimtevaartorganisatie ISRO kondigde aan in 2023 de Venus orbiter Shukrayaan-1 te lanceren. Het budget is nog niet helemaal rond. De selectie van de instrumenten die meegaan op Shukrayaan-1 is nog niet rond, dus misschien kan ISRO de nieuwe bevindingen in de selectie meewegen.
  • Voor de volgende Discovery klasse missie van NASA zijn twee van de vier kandidaten Venus missies. Onder andere DAVINCI+, een sonde die in de atmosfeer moet afdalen, zou interessant onderzoek kunnen doen. De andere Venus-missie, VERITAS, moet Venus met radar in kaart brengen.
  • Venera-D is een Russische Venus-lander die veel langer op het oppervlak onderzoek moet doen dan met de Venera missies van de 1970-er en 1980-er jaren mogelijk was. Dit is een grote Venus missie die tot stand moet komen in samenwerking met NASA, met een lancering in 2026 of 2027. Het budget was echter de afgelopen jaren een probleem.

Een groot voordeel van missies naar Venus is dat Venus dichtbij de Aarde staat, en dat er veel vaker lanceerwindows mogelijk zijn dan Mars, om maar te zwijgen over manen zoals Europa en Enceladus.

Wat voor onderzoek zouden de wetenschappers van deze paper zelf graag zien?

Ze hadden het in de live stream zelf over infrarood spectrometers, massaspectrometers en misschien zelfs een microscoop. Er was ook hoop op commerciële missies. Onlangs kondigde het bedrijf Rocket Labs aan dat de nieuwste versie van hun Electron raket Venus zou kunnen bereiken.

Op vragen van ruimtevaart journalisten gaven ze aan dat Venus ballonnen ook interessant zouden kunnen zijn. Er zijn al eens twee Franse ballonnen in de atmosfeer van Venus afgezet op een missie van de Sovjet Unie. Die deden 2 dagen onderzoek. De wetenschappers zouden nu liever ballon-missies zien die weken of maanden actief zijn.

Wat betekent deze vondst voor het Venus onderzoek?

Het zou het begin van hernieuwde belangstelling naar Venus kunnen betekenen. Een beetje zoals de Mars meteoriet waar in 1996 vermeende sporen van microben gevonden werden. Of dat echte sporen van microben waren, is altijd onderwerp van discussie gebleven. Maar nadat jarenlang er geen onderzoek gedaan werd naar Mars, volgde opeens de ene na de andere missie. Wie weet kan zoiets ook bij Venus gebeuren.

Bronnen:

https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4

https://www.eso.org/public/news/eso2015/

https://www.planetary.org/articles/venus-phosphine-biosignature

Wie leven zoekt op exoplaneten, zoekt fosfine

Astronomen kijken erg uit naar de komst van de James Webb Space Telescope. Met deze ruimtetelescoop is het mogelijk de atmosfeer van exoplaneten te onderzoeken. Daarmee zou je in principe het bestaan van leven op die planeet moeten kunnen aantonen. Maar waar moet je dan op letten? Je zou daarbij aan allerlei stoffen kunnen denken, zoals zuurstof of methaan, maar die stoffen kunnen ook op niet-biologische wijze ontstaan.

Daarom is de wetenschap op zoek naar een biosignatuur: een stof die enkel ontstaan kan zijn door leven. Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology denken zo’n stof gevonden hebben: fosfine (een fosfor atoom met drie watersof atomen).

Voor ons is fosfine uiterst giftig en ontvlambaar en voor de meeste zuurstof-ademende wezens niet goed. Maar anaerobe micro-organismen, zoals de eerste bacteriën maken deze stof zelf. En er is geen ander niet-biologisch proces dat fosfine maakt op planeten zoals de Aarde. (In de atmosferen van Jupiter en Saturnus is ook fosfine gevonden, maar dat is waarschijnlijk gevormd onder de intense druk en temperatuur diep in die planeten)

De James Webb Space Telescope zal in staat zijn fosfine te detecteren tot op 16 lichtjaar, zolang er in de atmosfeer net zoveel fosfine zit als het methaan-gehalte hier op Aarde. Dat betekent wel dat de micro-organismen flink fosfine moeten produceren, willen we het ontdekken.

Bronnen:

http://news.mit.edu/2019/phosphine-aliens-stink-1218

https://phys.org/news/2019-12-smelly-poisonous-molecule-sure-fire-extraterrestrial.html

Credits coverafbeelding: NASA, MIT