De kleur van planten op andere planeten

Onze zoektocht naar andere planeten waar leven zou kunnen bestaan gaat onverminderd voort. Sinds 1995 zijn er al meer dan 280 exoplaneten ontdekt (planeten buiten ‘ons’ zonnestelsel). We kunnen nog niet vertellen of deze planeten ook leven zouden kunnen herbergen, maar het is slechts een kwestie van tijd voordat we daar achter komen...

Op andere planeten zouden planten rood, blauw of zelfs zwart kunnen lijken (zoals de Aarde vanuit de ruimte voor ons als groen/blauw door het leven gaat), afhankelijk van het type ster (de zon is het G-type) waar ze omheen draaien en de planten daar ook via fotosynthese energie verkrijgen.

Waarom moeten we dan misschien naar andere kleuren kijken? Dit heeft alles te maken met het spectrum wat uitgezonden wordt door de ster waar de planeet omheen draait. Als er namelijk gebruik wordt gemaakt van fotosynthese, dan klinkt het logisch dat het organisme de meest energierijke straling opneemt. In het geval op Aarde ligt de piek van het energiespectrum in het blauw-groen en toch zien de meeste planten er groen uit. Dit klinkt dus onlogisch en zo lijkt het dat planten het beste licht reflecteren. Het antwoord ligt in het feit dat fotosynthese niet afhankelijk is van de totale hoeveelheid lichtenergie, maar van de energie per foton en het aantal fotonen die het licht maken.

Blauwe fotonen hebben meer energie dan rode, maar de zon straalt meer rode uit. Planten gebruiken blauwe fotonen voor hun kwalitatieve eigenschappen, terwijl de rode worden gebruikt om hun kwantitatieve. De tussenliggende groene fotonen hebben geen van beide eigenschappen: niet de energiehoeveelheid en niet het grote aantal, dus reflecteren ze hier meer van.

Er zijn nog vele andere factoren die het invallende licht op een planeet kunnen beïnvloeden wat tot gevolg heeft dat men er niet klakkeloos vanuit kan gaan dat het spectrum wat een ster uitstraalt ook daadwerkelijk het spectrum is dat op het oppervlak terecht komt. Op Aarde is in de bovenste lagen van de atmosfeer het aantal gele fotonen het grootst (golflengen tussen de 560 en 590 nanometer). Het aantal fotonen neemt door de atmosfeer gradueel af bij langere golflengen en veel sneller bij de kortere golflengten. Het zonlicht wordt opgenomen door waterdamp, wat onder andere infrarood licht opneemt. Zuurstof laat zich vinden doordat het licht absorbeert tussen de 687 en 761 nm. Het ultraviolette licht wordt zeer sterk door ozon opgenomen (zichtbaar licht).

Doordat er zoveel wordt opgenomen door de atmosfeer, is het aantal gele fotonen wat de aarde bereikt, kleiner dat het aantal rode (rond de 685 nm). Planten hebben zich aan dit spectrum aangepast. Dat de eerste organismen die fotosynthese gebruikten, andere kleuren chlorofyl gehad zullen hebben, spreekt bijna voor zich, aangezien er eerst vrijwel geen zuurstof in de atmosfeer zat.

Er is sterk bewijs dat er al zo’n 3,4 miljard jaar geleden organismen waren die fotosynthese gebruikt zouden kunnen hebben. Deze zouden onder water begonnen zijn omdat in water makkelijk veel voedingsstoffen oplossen en dus veel biochemische reacties kan laten plaatsvinden en omdat er nog vrijwel geen ozonlaag was, water is ook een goed schild tegen UV straling. Deze eerste onderwater bacteriën absorbeerden infrarode fotonen. Deze eerste onderwaardeerbacteriën produceerden nog geen zuurstof. Pas zo’n 2,7 miljard jaar terug begonnen cyanobacteriën in de oceanen met het produceren van zuurstof. Langzaam kwam er meer zuurstof in de atmosfeer waardoor rode en bruine algen konden ontstaan. Met meer atmosfeer, werd ook ondieper water veiliger en groene algen verschenen.

Het is voor wetenschappers een aardige klus om uit te zoeken of we dus mogelijk te maken hebben met een planeet met daarop organisch leven. Maar er is een andere hele belangrijke factor voor leven. De ster waarnaast de planeet zich bevindt. Ten eerste moet de ster lang genoeg kunnen leven om complex leven te kunnen laten ontstaan. Astronomen bepalen het type ster dan ook kleur wat dan weer correspondeert met temperatuur, grootte en levensduur. Slechts enkele typen leven lang genoeg om complex leven een mogelijkheid te geven te ontstaan.

Rond een ster bevindt zich de zogenaamde ‘Goldilock’ zone. Dit is de zone waar het nog warm genoeg is voor water om vloeibaar te zijn. Bij rode dwergen staat de planeet dan mogelijk zo dicht bij, dat het moeilijk wordt om de planeet te kunnen ontdekken. En de vegetatie rond sterren met weinig straling, is die dan misschien zwart voor onze ogen omdat alle licht geabsorbeerd wordt?

Onze Aardse ervaringen kunnen we niet zomaar loslaten op andere sterren en planeten. En voor alle type sterren geldt: is het stuk land op de planeten groot genoeg om door ons waargenomen te worden? Wanneer kunnen we telescopen verwachten die zo krachtig zijn dat ze ook daadwerkelijk dingen kunnen onderscheiden? Wat voor golflengte moet gemeten worden? Uiteindelijk komt het erop neer dat de kennis van onze eigen planeet het belangrijkste is om begrip te krijgen van wat er ver weg gebeurt.

Biosignaturen:
Zuurstof + water
Ozon
Methaan
Methylchloride
Stikstofdioxide

Interessante link: www.stellarium.org

(Bron: Scientific American, April 2008)