Naast vloeibaar water en de nodige elementen en moleculen, is ook de beschikbaarheid van energie essentieel om leven mogelijk te maken. In ons Zonnestelsel komt energie gewoonlijk van drie mogelijke bronnen:
- Stralingsenergie van een ster, namelijk onze Zon
- Getijdenenergie door zwaartekrachtvariaties
- Interne planeetwarmte
Op Aarde zijn we gewoon dat het meeste leven gedijt vanwege Zonne-energie, maar interne warmte van de planeet speelt ook een belangrijke rol, zoals we meerdere malen in deze cursus zullen toelichten. In de zoektocht naar buitenaards leven zijn de drie energiebronnen van hierboven van groot belang.
Stralingsenergie van de Zon
Het aardse leven kwam vrij snel na haar ontstaan op de proppen met een nieuwe en erg efficiënte vorm van metabolisme, namelijk fotosynthese. Daardoor kreeg het leven al vrij snel een grote impact op de verdere evolutie van onze planeet door de productie van biomassa en zuurstofgas. Meer dan twee miljard jaar later werd fotosynthese de grote motor achter de productie van heel veel biomassa, en werd complex en meercellig leven mogelijk (planten en dieren). Vandaag leven we op een planeet met een zeer indrukwekkende biodiversiteit en heel de oppervlakte is bedekt en beïnvloed door onnoemelijk veel levensvormen. Zulke diversiteit heeft geen enkele andere planeet in ons Zonnestelsel ooit gekend, zoveel is zeker.
Echter, aan zonlicht is er geen gebrek op de gesteenteplaneten Mercurius, Venus, Aarde en Mars. De grafiek hieronder geeft aan hoeveel zonlicht elk van die planeten gemiddeld ontvangt voordat de zonnestraling door de atmosfeer gaat, en wanneer deze loodrecht invalt op het oppervlak.
Op Mars zien we dat de hoeveelheid zonne-energie bij benadering de helft is van de Aarde. Dat is nog steeds ruim voldoende voor fotosynthese zoals we die op Aarde kennen. Er zijn dus andere redenen waarom het op Mars nooit gekomen is tot een even indrukwekkende hoeveelheid en diversiteit aan leven.
Op de buitenplaneten (gasreuzen en ijsreuzen) en hun manen valt veel minder zonnestraling. Daar is het dan ook bijzonder koud aan de oppervlakte. Het is echter niet onmogelijk dat daar leven zou zijn, want er zijn nog andere energiebronnen.
Getijden-energie
Getijden-energie kennen we op Aarde vooral omdat onze grote maan het oppervlaktewater (de zee) een beetje meetrekt in haar baan, en zo eb en vloed doet ontstaan. Ook de aardkorst varieert in hoogte door de maangetijden. De zeegetijden hebben een redelijk beperkte rol gespeeld in de evolutie van het leven op Aarde. Er zijn wel nog andere redenen waarom onze grote maan zo belangrijk was in onze geschiedenis. Daarover later meer.
Getijden-energie wordt pas echt belangrijk op plaatsen waar zonne-energie zeer laag is.
De eerste onthullende beelden van de ijsmanen rond Jupiter en Saturnus kwamen van de Pioneer en Voyager missies van de Nasa vanaf de jaren 1980. Het oppervlak van deze manen bleek veel minder saai dan verwacht. Men zag oppervlaktes van bevroren water bij ongeveer -180°C. Maar interessanter was dat er allerlei patronen op die oppervlaktes te zien waren. Het leek wel of er iets van dynamiek moest zijn. Was dit geologische activiteit? Zat er onder die ijslaag misschien iets vloeibaars? Wetenschappers kwamen met verklarende modellen die later bevestigd werden door betere waarnemingen. We bekijken hieronder even het Jupiter systeem met haar vier grootste ijsmanen, namelijk de Galileïsche manen Io, Europa, Ganymedes en Calipso. Dat zijn de vier manen die je met een eenvoudige en kleine verrekijker kan zien als Jupiter aan de nachthemel verschijnt.
De maan Io laat zien hoe de kernsteen van een ijsmaan er uitziet wanneer de watermantel errond verdwenen is. Io is de enige maan in ons Zonnestelsel met vulkanisme. Er zijn constant uitbarstende vulkanen en lavastromen over de hele oppervlakte. Een foto hiervan staat in de hoofding boven deze tekst.
Interne warmte van de planeet
Planeten en andere grote objecten verzamelen bij hun ontstaan verschillende interne warmtebronnen:
- Accretie-energie: dat is kinetische energie die omgezet wordt in warmte wanneer planeet-vormende brokstukken tegen elkaar botsen.
- Warmte door radio-actief verval van minder stabiele elementen.
- Wrijvingswarmte bij interne differentiatie: wanneer zwaardere elementen naar het midden zakken en lichtere naar buiten door zwaartekracht.
Hoe snel een planeet vervolgens afkoelt hangt vooral af van hoeveel warmte deze 3 bronnen opleveren, en van de oppervlakte-volumeverhouding en dus de afmetingen van de planeet.
Interne warmte speelt een zeer grote rol bij de levende Aarde gedurende de hele geschiedenis van de planeet, en ook bij het ontstaan van leven. Dit wordt allemaal uitgebreid besproken in de cursus. In elk geval onderscheid de Aarde zich hierin van Mercurius, Mars en de Maan. Die laatste drie zijn afgekoeld totdat ze ‘geologisch dood’ waren.