(Afbeelding: © Vadim Sadovski / Shutterstock)
De meeste planeten kunnen heel lang bestaan, maar ze kunnen niet eeuwig meegaan. Hongerige sterren en gewelddadige planetaire buren kunnen een wereld volledig vernietigen, terwijl inslagen en overmatig vulkanisme een bewoonbare wereld steriel kunnen maken door de planeet van zijn water te ontdoen. Er zijn ook veel theoretische manieren die het einde van een planeet zouden kunnen betekenen, maar voor zover we weten niet.
"Planeten sterven de hele tijd in onze galactische buurt", schreef Sean Raymond, een planetair modelleur aan het Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux in Bordeaux, Frankrijk, in zijn blogserie over hoe planeten sterven. Raymond heeft talloze manieren onderzocht waarop planeten hun einde zouden kunnen bereiken. Hoewel niet alle planeten sterven, vinden de meeste uiteindelijk hun weg naar het planetaire lijkenhuis.
Klimaatramp
De klimaatcyclus van de aarde speelt een belangrijke rol om ervoor te zorgen dat de planeet niet te warm of te koud is om het leven in stand te houden. Maar er is niet veel voor nodig om het klimaat op een rotsachtige wereld zoals de aarde uit de maling te nemen, waardoor gebeurtenissen ontstaan die leiden tot een ongelooflijk hete planeet of een sneeuwbalwereld.
Op aarde wordt de temperatuur geregeld door de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer. Kooldioxide en andere broeikasgassen in de atmosfeer (zoals water, methaan en lachgas) fungeren als een deken en houden de planeet warm door te vertragen hoeveel van de straling van de zon weer de ruimte in ontsnapt. Wanneer koolstofdioxide zich ophoopt in de atmosfeer, verwarmt het het oppervlak van de planeet, waardoor het meer gaat regenen. Neerslag verwijdert dan een deel van de kooldioxide uit de atmosfeer en zet het af in de carbonaatrotsen op de zeebodem, en de planeet begint af te koelen.
Als koolstofdioxide zich sneller in de atmosfeer ophoopt dan in de rotsen kan worden opgenomen, bijvoorbeeld door een verhoogde vulkanische activiteit, kan het een weggelopen broeikaseffect veroorzaken. Temperaturen kunnen boven het kookpunt van water komen, wat een probleem kan zijn om het leven in stand te houden, aangezien al het leven zoals we het kennen water nodig heeft. Door stijgende temperaturen kan de atmosfeer ook de ruimte in ontsnappen en wordt het beschermende schild verwijderd dat straling van de zon van een planeet en andere sterren afbuigt.
"Kasverwarming is een feit van het leven voor een atmosfeer en tot op zekere hoogte wenselijk", schreef Raymond. 'Maar het kan uit de hand lopen.'
Warmte is niet de enige manier waarop het klimaat dodelijk kan worden. Als een planeet koud genoeg wordt, verandert dat lichaam in een sneeuwbal wereld, een rotsachtig object bedekt met ijs. IJs en sneeuw zijn helder en reflecteren veel van de warmte van een ster terug de ruimte in, waardoor de wereld nog verder afkoelt. In een wereld met vulkanen aan de oppervlakte kunnen uitbarstingen koolstofdioxide en andere gassen terugstoten in de atmosfeer, waardoor de wereld weer opwarmt. Maar als de sneeuwbalomstandigheden zich voordoen op een planeet zonder platentektoniek - en dus vulkanen - kan de wereld permanent in een sneeuwbaltoestand worden opgesloten.
Volgens Raymond lopen alle potentieel levensdragende planeten het risico klimaatramp, wat een planeet onbewoonbaar kan maken, maar niet volledig kan vernietigen.
Lava of leven
De sleepboot van aangrenzende werelden kan aan de baan van een planeet trekken, waardoor het binnenste van de planeet onder druk komt te staan en de hitte van de middelste laag van de aarde, de mantel, toeneemt. Die hitte moet een manier vinden om te ontsnappen, en de meest gebruikelijke methode is via een vulkaan.
Vulkanische activiteit kan de omgeving van een planeet aanzienlijk beïnvloeden. Volgens de University Corporation for Atmospheric Research, gas- en stofdeeltjes die door een vulkaan in de atmosfeer worden geworpen, kunnen de atmosfeer van een planeet beïnvloeden, de planeet afkoelen en deze tegen inkomende straling afschermen. In 1815 brak de uitbarsting uit Mount Tambora, de grootste uitbarsting in de geschiedenis van de aarde, veroorzaakte zoveel as dat de temperatuur op aarde daalde, waardoor 1816 het zogenaamde 'jaar zonder zomer' werd.
Vulkanen kunnen ook het tegenovergestelde effect veroorzaken - opwarming van de aarde - omdat ze broeikasgassen in de atmosfeer afgeven. Frequente en grote vulkaanuitbarstingen kunnen een op hol geslagen broeikaseffect veroorzaken dat een bewoonbare wereld als de aarde in iets zou veranderen meer zoals Venus.
We hoeven niet ver te zoeken naar een echt voorbeeld van een vulkaanwereld. Jupiter's maan Io is het meest vulkanisch actieve lichaam in het zonnestelsel, met honderden vulkanen die continu uitbarsten. Als de aarde evenveel zou trekken als Io door de zwaartekracht van Jupiter wordt getrokken, zou de aarde volgens Raymond 10 keer meer vulkanische activiteit hebben dan Io.
Komeetramp
Rotsachtige asteroïden en ijzige kometen zijn planetaire "kruimels" die hun naburige werelden aanzienlijke problemen kunnen bezorgen, vooral wanneer ze worden weggeslingerd door ijs- en gasreuzen.
Terwijl de planeten zich in hun laatste banen vestigen, kunnen hun zwaartekrachtslepen asteroïden en kometen verplaatsen. Sommige kunnen in de buitenwijken van het planetaire systeem worden geduwd, terwijl andere naar binnen worden geslingerd en uiteindelijk botsen met rotsachtige werelden, waar het leven mogelijk probeert te evolueren.
In ons buitenste zonnestelsel duwden de laatste bewegingen van Neptunus in zijn permanente baan meerdere kometen naar binnen en passeerden ze van planeet tot planeet totdat ze Jupiter bereikten. Jupiter gooide sommige van deze ijzige lichamen naar buiten, maar andere werden naar binnen geslingerd naar de aarde gedurende een periode die bekend staat als de Laat zwaar bombardement.
Tegenwoordig verzamelt de aarde elke dag constant ongeveer 100 ton (90 ton) interplanetair materiaal in de vorm van stof. Objecten groter dan ongeveer 330 voet (100 meter) vallen slechts ongeveer eens in de 10.000 jaar naar de oppervlakte, terwijl lichamen groter dan twee derde van een mijl (1 kilometer) slechts eens in de 100.000 jaar neerstorten, volgens NASA's Centrum voor Near Earth Objects Studies.
Wanneer gigantische planeten deze destructieve kruimels in de richting van de zon gooien, nemen botsingen toe en komen er vaker botsingen voor. Middelgrote objecten kunnen stof en vuil in de atmosfeer gooien, wat de atmosferische processen kan verstoren. Grote impacts kunnen nog meer nare effecten veroorzaken, niet alleen vanwege de verwoesting op de nul, maar ook omdat ze genoeg puin kunnen opwerpen om een impact winter, de planeet in een mini-ijstijd werpend. Met voldoende inslagen achter elkaar, konden de klimaateffecten op elkaar voortbouwen totdat ze uiteindelijk de wereld onbewoonbaar maakten.
Op basis van waarnemingen van de planetaire resten die rond andere sterren zijn gevonden, berekende Raymond dat ongeveer 1 miljard aardachtige planeten in de melkweg uiteindelijk zullen worden vernietigd door een bombardement van asteroïden.
Een slechte grote broer
Als het meest massieve object in het zonnestelsel na de zon, Jupiter gedraagt zich als een beschermende grote broer, het beschermen van de kleinere rotsachtige planeten tegen puin, en reuzen rond andere werelden spelen waarschijnlijk dezelfde rol. Maar als een gasreus als Jupiter onstabiel wordt, kan dat een vernietigend effect hebben op de kleinere werelden eromheen.
Nadat sterren zijn gevormd, wordt de schijf van overgebleven materiaal geeft aanleiding tot planeten. Zwaartekrachtsleepboten van het gas en stof in de schijf oefenen een kracht uit op de planeten en kunnen de gasreuzen de eerste paar miljoen jaar in het gareel houden. Als het eenmaal weg is, kunnen de planeten echter gemakkelijker van baan veranderen. Omdat gigantische planeten veel kleiner zijn dan hun rotsachtige broers en zussen, kunnen hun zwaartekrachtsstoten een aanzienlijk verschil maken bij het verschuiven van de banen van kleinere planeten. Maar grote werelden zijn niet immuun; twee gigantische planeten kunnen aan elkaar trekken en kunnen zelfs heel dicht bij elkaar passeren. Volgens Raymond komen deze reuzen zelden met elkaar in botsing, maar bieden ze elkaar zwaartekrachtschoppen. Uiteindelijk zouden sommige werelden kunnen zijn eruit geschopt van de baan volledig en wordt verzonden naar zwevend door de ruimte niet gehecht aan een ster.
Raymond berekende dat ongeveer 5 miljard rotsachtige werelden door gasreuzen zijn vernietigd. De meeste vernietiging vond waarschijnlijk plaats kort nadat de planeten waren gevormd. Er gebeurde echter waarschijnlijk een handvol later in de levensduur van het systeem, nadat het leven de tijd had om te evolueren. Als slechts 1% van de gasreuzen later in hun planetaire leven instabiel werd, is het mogelijk dat 50 miljoen planetaire systemen bewoonde werelden hebben vernietigd door ze in hun ster te gooien.
Stellaire snacken
Net als planeten kunnen sterren tot een einde komen en kan hun transformatie drastische gevolgen hebben voor de planeten die er omheen draaien.
Rode dwergsterrenhet kan bijvoorbeeld meer dan 100 miljoen jaar duren voordat ze hun helderheid op lange termijn bereiken, tien keer langer dan onze zon. Planeten die in een baan rond een rode dwerg draaien, kunnen zich een paar miljoen jaar in de bewoonbare zone bevinden, maar naarmate de ster helderder wordt, kan al het levensondersteunende water onder de hogere temperaturen verdampen.
Maar planeten die rond een hete, rode dwerg draaien, kunnen nog steeds het leven in stand houden. 'We weten niet of dit proces planeten volledig uitdroogt of alleen een paar buitenste lagen van de oceaan verwijdert', schreef Raymond. "Als een planeet genoeg water in zijn binnenste vasthoudt (er wordt aangenomen dat de aarde een paar keer het oppervlaktewater in de mantel heeft), dan zou hij zijn oceanen kunnen verliezen door later nieuwe te ontgassen. Het is een complex samenspel tussen geologie en astronomie en de uitkomst is onbekend - voor nu. " Schatte Raymond dat 100 miljard planeten mogelijk zijn uitgedroogd door hun rode dwerg.
Zonachtige sterren geven bewoonbare planeten meer tijd om water vast te houden, waardoor het leven een kans krijgt. Maar de temperatuur van de zon verandert ook en wordt langzaam miljarden jaren lang helderder. Over een miljard jaar, zei Raymond, zal de planeet niet langer in de bewoonbare zone zijn; water zal niet langer vloeibaar blijven op het aardoppervlak. In plaats daarvan zal de planeet een snel broeikaseffect ondergaan en uiteindelijk op Venus lijken.
Wanneer een zonachtige ster 10 miljard jaar oud wordt, raakt hij zonder waterstof en breidt hij zich uit tot ergens tussen de 100 en 200 keer zijn huidige grootte. (Onze zon is 4,5 miljard jaar oud, dus we hebben nog wat tijd voordat dit gebeurt.) In het zonnestelsel zullen Venus en Mercurius ingeslikt door de ster, terwijl de veranderende zwaartekracht van de zon Mars en de buitenste planeten verder naar buiten zal duwen. De aarde staat aan de rand en kan elk lot ondergaan. Ongeveer 4 miljard rotsachtige werelden worden waarschijnlijk verteerd door een langzaam oplichtende ster.
De meest massieve sterren exploderen erin vurige supernova na een relatief korte levensduur van een paar miljoen jaar. Er zijn geen planeten gevonden rond deze massieve sterren, maar dat kan zijn omdat er zo weinig massieve sterren zijn om te doorzoeken en exoplaneten nog steeds moeilijk te vinden zijn, schreef Raymond. Hoe dan ook, alle planeten rond deze gigantische sterren zullen waarschijnlijk worden vernietigd door de explosieve dood van de ster.
Dit artikel is geïnspireerd op de serie van astronoom Sean Raymond Hoe planeten sterven.
Extra middelen:
- Leer meer over planetaire evolutie op Sean Raymond's PlanetPlanet-blog.
- Lees meer over de planetaire "kruimels" die de aarde bereiken, van The Center for Near Earth Objects.
- Lees meer over de verschillen tussen verschillende soorten sterren.
