De pluraliteit der werelden
Over ons planetenstelsels en andere
Christoffel Waelkens, Instituut voor Sterrenkunde K.U.Leuven Onze wereld in kosmisch perspectief
Voor Aristoteles was er een fundamenteel verschil tussen de boven- en ondermaanse werelden, voor de atomisten niet. Het zijn de laatsten die gelijk gekregen hebben. Op het eerste zicht is het niet evident dat de ‘aardse’ natuurwetten elders ook gelden, maar sinds Newton en vele volgelingen blijkt dit wel te kloppen. Vandaag hebben we begrepen dat het eigenlijk niet ‘onze’ wetten zijn, maar deze van de hele kosmos, waarvan wij een product zijn dat zich nu toevallig bevindt waar het zich bevindt. De natuurwetten zijn universeel, hetgeen niet hoeft te betekenen dat we ze terdege kennen!
Onze zon is een ster zoals vele andere. Het is een oude vraag of die andere ook planetenstelsels hebben. Pas sinds 1995 heeft men dit laatste kunnen bevestigen. Ons eigen zonnestelsel
Belangrijke eigenschappen van ons eigen zonnestelsel zijn:
- het planetenstelsel sluit goed aan bij een vlak, het evenaarsvlak van de zon; - de vier planeten dichtst bij de zon zijn vast, en zijn relatief arm aan de lichtste
elementen waterstof en helium;
- de vier volgende planeten zijn reuzenplaneten, in grote mate gasvormig, en met een meer ‘normale’ (kosmische) samenstelling;
- tussen aardse en reuzenplaneten en voorbij de reuzenplaneten bevinden zich twee gordels met kleine objecten.
Deze eigenschappen krijgen een natuurlijke verklaring binnen het gangbare scenario voor het ontstaan van het planetenstelsel uit de schijf van gas en stof die de zon omgaf na haar
vorming. In die schijf heeft het stof zich in opeenvolgende stadia verenigd tot vaste planeten, en waar ook ijs tot het stof behoorde tot planeten met aanzienlijke massa’s. In dat laatste geval is dan ook gas gravitationeel gebonden, en zijn reuzenplaneten gegroeid.
Detectie van planeten bij andere sterren
Ook andere sterren ontstaan met een schijf van stof en gas. Het is dan vrij natuurlijk dat ook daar planetenstelsels de regel zijn eerder dan de uitzondering. Maar ze zien, is niet
eenvoudig. Immers, planeten zijn uiterst zwakke bronnen naast een – per definitie – heldere ster. Rechtstreekse detectie is moeilijk, maar niet echt onmogelijk. Om planeten te zien bij andere sterren, zijn technieken waarbij we de ster zelf verduisteren nodig, en dit kan enkel via technologisch uitdagende ruimte-experimenten. Het optimale spectrale gebied is het infrarood, waar het contrast het minst nadelig is.
Vooralsnog zijn wij aangewezen op indirecte methoden om da aanwezigheid van planeten bij andere sterren aan te tonen, maar deze methoden blijken wel vrij robuust te zijn. Het heeft alles te maken met basis-mechanica: een planeet en de moederster bewegen rond een
gemeenschappelijk massacentrum. De aanwezigheid van een planeet is aannemelijk wanneer de ster zich blijkt te bewegen rond een punt dat dicht bij de ster is gelegen, want ‘dicht’ betekent dat het andere lichaam een kleine massa heeft. Metingen die de benodigde nauwkeurigheid halen, zowel wat betreft de posities van sterren als hun snelheden, zijn eindelijk mogelijk geworden.
In het voorkomende geval dat de gezichtslijn nauw aanleunt bij het baanvlak van de planeet, kan een gedeeltelijke bedekking van de ster door de planeet worden waargenomen. Dit helpt ons massa’s en afmetingen nauwkeurig te bepalen, en lijkt de beste methode om aardse planeten te vinden.
Exoplaneten
Het is de methode via snelheidsmetingen die het eerst (1995), en tot dusver het meest,
planeten rond andere sterren heeft aangetoond. Vandaag kennen we er al een 200-tal, genoeg om al enig zicht te krijgen over de systematiek van andere planetenstelsels. Niet
verwonderlijk worden eerst de zwaarste planeten gevonden. Dergelijke planeten in dichte banen verwacht men het eerst te vinden, want bij hen zijn de waarneembare effecten het grootst.
Dat reuzenplaneten dicht bij hun moederster voorkomen, is wel verrassend in het licht van de ontstaansscenario’s. Een model, dat reeds vóór 1995 werd gesuggereerd, is dat die planeten ver van de ster ontstaan, en nadien naar binnen migreren als gevolg van getijdenwerking met de gasschijf. De mate waarin migratie gebeurt, vergroot de mogelijke uitkomsten van het vormingsproces.
Ons zonnestelsel is niet het enige. Of en in welke mate het typisch is, blijft een open vraag. Het 200-tal gekende exosolaire systemen geeft een beeld dat enigszins vertekend is door de mate van detecteerbaarheid van verschillende systemen. Eens te meer blijkt evenwel dat het heelal meer verbeelding heeft dan wij.
Wie zijn wij?
Een planetenstelsel als het onze is duidelijk niet een evident eindresultaat van de evolutie van schijven rond sterren. Niet alle andere configuraties zijn gunstig voor het voorkomen van een biosfeer als de onze. Een beaat optimisme om elders aanwijzingen te vinden voor gevorderde levensvormen is nog steeds bekritiseerbaar. Echter, veel wijst erop dat de 21ste eeuw uitsluitsel zal geven over een probleem dat de mensheid bezighoudt sinds de eerste vormen van wetenschappelijk denken werden ontwikkeld.
.Examenvragen
1. Beschrijf de wetenschappelijke context van de controverse of Pluto het al dan niet verdient als 'planeet' geclassificeerd te worden.
2. Bespreek hoe ons beeld over andere planetenstelsels mede wordt bepaald door selectie-effecten verbonden met de mogelijkheden tot waarnemen.
3. In welke mate kunnen we uitspraken doen over hoe gewoon een planetenstelsel als het onze is?
