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

NASA kiest mogelijke missies naar Venus, Io en Triton

Waar gaat NASA in de toekomst naar toe in het zonnestelsel? Deze week maakte NASA een nieuwe selectie van Discovery-klasse missies bekend. Dit zijn relatief goedkope wetenschappelijke missies die door universiteiten voorgesteld kunnen worden. Er is budget voor een of twee van zulke nieuwe missies, maar voor nu heeft NASA er vier geselecteerd om verder uit te werken.

De missies gaan naar Venus, Jupiter-maan Io en Neptunus-maan Triton.

 

TRIDENT

Toen Voyager-2 in 1989 langs Neptunus vloog, bleken er op Triton duidelijke sporen te zijn van geisers. Dit was totaal onverwacht: Neptunus en Triton staan zo ver van de zon, dat astronomen een koude en totaal bevroren maan aan dachten te treffen. En er was meer: de aanwijzingen waren groot dat Triton een Kuipergordel object was, dat ingevangen in een baan rond Neptunus was.

TRIDENT moet in 2025 gelanceerd worden en dat zal geen uitstel dulden, want daarna duurt het decennia voor weer zo’n vlucht met weinig brandstof ondernomen kan worden. TRIDENT zal langs Venus en Jupiter (en Io) vliegen, voor het in 2038 aankomt bij Neptunus en Triton.

Helaas is TRIDENT een flyby missie. Om in een baan rond Neptunus of Triton te komen, zou veel brandstof nodig zijn en dat zou de missie te duur maken. TRIDENT zal op slechts 500 km langs Triton scheren en daarbij in de gelegenheid zijn om het hele oppervlak van deze maan in kaart te brengen. Ook zal TRIDENT in staat zijn om vast te stellen of er pluimen zijn en meten of er onder het oppervlak zich een oceaan bevindt.

TRIDENT flyby.PNG
Hoe de flyby van TRIDENT moet plaats vinden. (Afbeelding K. L. Mitchell , L. M. Prockter, W. E. Frazier, W. D. Smythe, B. M. Sutin, D. A. Bearden, en het Trident Team.)

 

VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy)

Het is al even geleden sinds NASA een missie naar Venus stuurde. En dat terwijl die planeet steeds meer vragen oproept. Zo zijn de aanwijzingen steeds sterker dat Venus vulkanisch actief is. VERITAS is een missie die Venus met radar in kaart moet gaan brengen. Dat deed de Magellan missie in 1989 ook, maar VERITAS heeft een resolutie van 30 meter in plaats van Magellan’s 1 km.

Daarbij brengt VERITAS Venus ook in kaart in infrarood, waarmee vulkanisme gevonden kan worden. En VERITAS gaat het zwaartekrachtveld van Venus meten.

Veritas20150930.jpg
De VERITAS radarsonde (Afbeelding: NASA/JPL-Caltech)

 

DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus)

Een grote onbeantwoorde vraag is waarom twee planeten van ongeveer gelijke grootte, Aarde en Venus, zulk extreem ander klimaat kunnen ontwikkelen. Venus heeft een oppervlakte temperatuur van 460 graden Celsius, op Aarde stroomt water. De hoop is dat de DAVINCI+ missie daar antwoorden op kan geven.

DAVINCI_Venus_mission_descent
De DAVINCI+ afdalingssonde. (Afbeelding: NASA/GSFC)

Terwijl DAVINCI+ in 66 minuten afdaalt naar het oppervlak, zal de afdalingssonde druk bezig zijn de samenstelling van de atmosfeer te bepalen. Een belangrijke vraag is wat er gebeurd is met water op Venus. Er zijn aanwijzingen dat Venus heel vroeger water op het oppervlak heeft gehad. Maar waar is dat gebleven?

DAVINCI+ zal een camera bij zich hebben die tijdens de afdaling en op het oppervlak foto’s zal maken. DAVINCI+ zal de eerste Venus afdaler zijn sinds 1986.

Io Volcano Observer (IVO)

Tja, waarom zou je Jupiter’s vulkanische maan Io in vredesnaam van zo dichtbij willen onderzoeken? Er is geen oceaan van water, geen geisers en geen enkele aanwijzing voor leven. Io heeft vulkanisme zoals je dat verwacht: met lava. Maar daarin is Io dan samen met de Aarde uniek in. En we zouden van Io heel veel kunnen leren over hoe plaattektoniek werkt. Sterker nog, we weten eigenlijk heel weinig over hoe plaattektoniek tot stand komt.

IVO moet daarom in 2031 in een baan rond Jupiter komen en een aantal flyby’s langs Io maken. De reden dat IVO niet in een baan rond Io komt, is omdat Io dicht rond Jupiter draait. Het stralingsveld van Jupiter zou daarbij de electronica verwoesten. Beter dan om vanuit een hoge baan af en toe (negen keer in vier jaar) langs Io te scheren. En de hoop is dat IVO daarbij door de pluim van een vulkaan vliegt, zodat die geanalyseerd kan worden. Uiteraard heeft IVO de nodige camera’s om het vulkanisme uitgebreid in beeld te brengen.

Om te vieren dat de Io Vulcano Observer een stap verder is gekomen, maakte de astronoom en kunstenaar James Tuttle Keane een model van Io dat je kunt uitprinten en op een bol kan plakken:

 

De uiteindelijke beslissing welke van deze missies er echt gelanceerd gaat worden, wordt in 2021 genomen. Afhankelijk van het budget zouden er een of twee missies kunnen zijn.

 

Bronnen:

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7597

https://en.wikipedia.org/wiki/Trident_(spacecraft)

https://en.wikipedia.org/wiki/VERITAS_(spacecraft)

https://en.wikipedia.org/wiki/DAVINCI

https://en.wikipedia.org/wiki/Io_Volcano_Observer

Klik om toegang te krijgen tot 3200.pdf

Klik om toegang te krijgen tot 3200.pdf

 

Coverafbeeldingen: NASA/JPL-Caltech