"Toen we de eerste aanwijzingen voor fosfine in het spectrum van Venus aantroffen, was dat een schok!", zegt teamleider Jane Greaves van Cardiff University (VK), die de signatuur van fosfine als eerste opmerkte in waarnemingen van de James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), die wordt beheerd door de East Asian Observatory op Hawaï. Om deze ontdekking te bevestigen moesten de 45 antennes van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili, een gevoeligere telescoop waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) partner is, worden ingezet. Beide faciliteiten namen Venus waar op een golflengte van ongeveer 1 millimeter – een type straling dat niet waarneembaar is met het menselijk oog. Alleen speciale telescopen die op grote hoogte zijn gestationeerd kunnen deze straling goed detecteren.
Tekst gaat verder na de artist impression van de atmosfeer van Venus met fosfine-moleculen (inzet). De detectie van fosfine zou erop kunnen wijzen dat er buitenaards ‘luchtleven’ bestaat. (c) ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech
Niet-biologische bronnen nemen hooguit een tienduizendste voor hun rekening
Het internationale team, met onderzoekers uit het VK, de VS en Japan, schat dat fosfine slechts in kleine concentraties in de wolken van Venus voorkomt: ongeveer twintig op elke miljard moleculen. In vervolg op hun waarnemingen hebben de astronomen berekeningen gedaan om te onderzoeken of deze hoeveelheden afkomstig zouden kunnen zijn van natuurlijke niet-biologische processen op de planeet. Daarbij is onder meer gedacht aan de inwerking van zonlicht, mineralen die zijn opgestoven vanaf het oppervlak, vulkanische activiteit en bliksem, maar deze processen zouden fosfine bij lange na niet in de waargenomen hoeveelheden kunnen produceren. De niet-biologische bronnen zouden hooguit een tienduizendste daarvan voor hun rekening kunnen nemen.
Aardse bacteriën kunnen ook fosfine maken
Om de gedetecteerde hoeveelheid fosfine (dat uit waterstof en fosfor bestaat) op Venus te kunnen produceren, zouden aardse organismen volgens het team op ongeveer 10% van hun maximale capaciteit moeten werken. Van aardse bacteriën is bekend dat ze fosfine maken: ze nemen fosfaten op uit mineralen of biologisch materiaal, voegen waterstof toe, en stoten ten slotte fosfine uit. Eventuele organismen op Venus zullen waarschijnlijk heel anders zijn dan hun aardse verwanten, maar ook zij zouden de bron van de atmosferische fosfine kunnen zijn.
Tekst gaat verder na compositiefoto. De dip in het JCMT-spectrum (grijs) vormde de eerste aanwijzing dat er fosfine aanwezig is in de atmosfeer vanVenus. Het gedetailleerdere spectrum van ALMA (wit) bevestigde het. (c) ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al. & JCMT (East Asian Observatory)
Twee sterrenwachten zagen hetzelfde
Hoewel de ontdekking van fosfine in de wolken van Venus als een verrassing kwam, hebben de onderzoekers vertrouwen in hun detectie. "Tot onze grote opluchting waren de omstandigheden voor de vervolgwaarnemingen met ALMA goed, en stond Venus onder een gunstige hoek ten opzichte van de aarde. De verwerking van de gegevens was echter lastig, omdat ALMA doorgaans niet naar subtiele effecten in zeer heldere objecten zoals Venus kijkt", zegt teamlid Anita Richards van het UK ALMA Regional Centre en de Universiteit van Manchester.
"Uiteindelijk ontdekten we dat beide sterrenwachten hetzelfde hadden gezien: de zwakke absorptie op de juiste golflengte om fosfine-gas te kunnen zijn, waarbij de moleculen door lagere, warmere wolken worden verlicht", voegt Greaves, hoofdauteur van het vandaag in Nature Astronomy gepubliceerde onderzoek, daaraan toe.
Tekst gaat verder na deze artist’s impression van fosfine-moleculen die in de door de wind meegevoerde wolken van Venus op hoogten van 55 tot 80 kilometer zweven en een deel van de millimetergolven die op lagere hoogten worden geproduceerd absorberen. (c) ESO/M. Kornmesser/L. Calçada
Wolken bestaan voor 90% uit zwavelzuur
Een ander teamlid, Clara Sousa Silva van het Massachusetts Institute of Technology in de VS, heeft onderzocht in hoeverre fosfine kan worden gebruikt als ‘biosignatuur’-gas van leven op planeten rond andere sterren. Bij gewone chemische processen komt namelijk maar heel weinig van dit gas vrij. Ze zegt: "De ontdekking van fosfine op Venus was een onverwachte meevaller! Ze roept wel veel vragen op, zoals hoe eventuele organismen daar zouden kunnen overleven. Op aarde zijn micro-organismen bestand tegen ongeveer 5% zuur in hun milieu, maar de wolken op Venus bestaan vrijwel geheel uit zuur."
Het team denkt dat hun ontdekking hout snijdt, omdat vele alternatieve manieren om fosfine te maken kunnen worden uitgesloten. Tegelijkertijd geven de astronomen toe dat het aantonen van de aanwezigheid van ‘leven’ nog veel onderzoek zal vergen. Hoewel de hoge wolken op Venus aangename temperaturen van rond de 30 graden Celsius hebben, zijn ze ongelooflijk zuur. Ze bestaan voor ongeveer 90% uit zwavelzuur, wat nogal problematisch kan zijn voor eventueel aanwezige micro-organismen.
Vervolgonderzoek om chemische oorzaak uit te sluiten
ESO-astronoom en Europees ALMA programma-manager Leonardo Testi, die niet bij het nieuwe onderzoek betrokken was, zegt: "De niet-biologische productie van fosfine op Venus is in strijd met onze huidige kennis van de fosfine-chemie in de atmosferen van rotsachtige planeten. De bevestiging van leven in de Venus-atmosfeer zou een grote doorbraak betekenen voor de astrobiologie. Het is dus van cruciaal belang om dit spannende resultaat een vervolg te geven in de vorm van theoretisch en observationeel onderzoek, om de mogelijkheid uit te sluiten dat fosfine op rotsachtige planeten ook een andere chemische oorsprong kan hebben dan op aarde."
Verdere waarnemingen van Venus en van rotsachtige planeten buiten ons zonnestelsel, bijvoorbeeld met ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope, kan aanwijzingen opleveren over het ontstaan van fosfine en bijdragen aan de zoektocht naar tekenen van leven buiten de aarde.
Wetenschappelijk artikelen
- ‘Phosphine Gas in the Cloud Decks of Venus’ (pdf). In Nature Astronomy, 14 september 2020. Door: Jane S. Greaves et al.
- ‘The Venusian Lower Atmosphere Haze as a Depot for Desiccated Microbial Life: A Proposed Life Cycle for Persistence of the Venusian Aerial Biosphere’. In Astrobiology, augustus 2020 (begeleidend artikel door enkele van de teamleden)
- ‘Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres’. In: Astrobiology, januari 2002 (gerelateerd onderzoek door enkele van dezelfde auteurs )
Bron: persbericht ESO