Stel dat er verre planeten zijn vol met polariserende kevers… kun je dat dan zien?

3 dagen geleden 1

Willeke Mulder (32) wil dolgraag tekenen van buitenaards leven vinden. Dit nobele doel wil nog weleens ingezet worden bij losjes gerelateerd sterrenkundig onderzoek om een subsidie binnen te slepen, maar Mulder werkte er écht aan tijdens haar promotieonderzoek in Leiden. Dat deed ze door de polarisatie van licht onder de loep te nemen. Bevlogen legt ze uit: „Licht is een golf, en die trilling kan een bepaalde richting op staan. Als al die lichtgolven dezelfde kant op trillen, noemen we het lineair gepolariseerd. Als de hoek ook nog eens draait, noemen we het circulair gepolariseerd. Wacht, ik laat het je zien!”

Mulder pakt een zwarte 3D-bril en een opgezette kever uit haar tas. Het knalgroene schild van de scarabee is de felste kleur in het verder bescheiden kamertje van het grootste bakstenen gebouw van Nederland: de Inktpot, in Utrecht. Het gebouw doet nu dienst als het hoofdkantoor van ProRail, waar ze als dataconsultant werkt.

„De kever komt uit Mexico, de bril rechtstreeks uit de bioscoop. Kijk nu eens door het rechterglas van de bril naar het schild van de kever.” Welja: door het rechterglas bekeken verdwijnt de felgroene kleur en lijkt de kever ineens pikzwart. „Het linkerglas laat alleen linksom draaiend licht door, het rechterglas precies andersom. We zien dat bijna al het licht dat de kever weerkaatst, linksom draait en dus geblokkeerd wordt door het rechterglas. Daarom verdwijnt de kleur!”

Die sterke neiging om links- of rechtsom draaiend licht te weerkaatsen is uniek aan leven op aarde, vertelt Mulder. Dat komt omdat de moleculaire bouwstenen waaruit het leven is opgebouwd, bijvoorbeeld dna, óók een specifieke kant op draaien. Deze moleculen hebben in principe twee varianten die elkaars spiegelbeeld zijn, maar in de natuur komt slechts één variant voor. „Dat noemen we homochiraliteit. Er zijn dus geen mensen wier dna de andere kant op draait. Dat is maar goed ook, want ons lichaam is gebouwd om suikers – van nature rechtshandige moleculen – om te zetten in energie. Met een linkshandig suikermolecuul kan ons verteringsstelsel helemaal niets.”

Ook chlorofyl, een molecuul dat fotosynthese mogelijk maakt in planten, kent een draaivoorkeur. Mulder haalt een plantje tevoorschijn. „Een collega heeft aan de hand van klimopbladeren heel mooi laten zien wat homochiraliteit voor ons kan betekenen in de zoektocht naar buitenaards leven. Hij plukte een blaadje af en mat gedurende twee weken de hoeveelheid weerkaatst circulair gepolariseerd licht. Naarmate het blad stierf, haar groene kleur verloor en verschrompelde, daalde het signaal. Mochten we dus licht detecteren met een voorkeur voor linksom of rechtsom, dan is dat een ijzersterke aanwijzing voor actieve biologische processen op een andere planeet.”

Van luchtballon naar kleine satelliet

Om een dergelijk teken van leven te detecteren is een uiterst gevoelig meetinstrument nodig, een zogeheten spectropolarimeter. Mulder hielp bij het ontwikkelen van het instrument én probeerde het uit op de enige astronomische bron waarvan zeker is dat er leven aanwezig is: de aarde. „Vanuit het optisch lab gingen we de natuur in, met een heteluchtballon. Het bleek een ideale manier om de aarde van grote hoogte te bekijken op zoek naar circulaire polarisatie, vooral vanwege de stabiele vlucht. We slaagden erin om via gepolariseerd licht bewijs te vinden voor leven op aarde!” Ze lacht. „We ondervonden wel dat het opstijgen en landen aardig spannend is met een kostbaar, kwetsbaar instrument aan boord. Bij het landen tuimelde mijn collega omver terwijl hij de spectropolarimeter beschermde.”

Met de vergaarde data ontwikkelt Mulders onderzoeksgroep een natuurkundig model, waarmee te voorspellen is hoe een buitenaards ‘teken van leven’ – in de vorm van gepolariseerd licht – eruit zou moeten zien. „Ik moet er wel bij zeggen: op de afstand van een exoplaneet is het signaal waarschijnlijk heel subtiel, zelfs al wemelt het op de planeet van de polariserende kevers. De volgende stap is afschatten hóé subtiel, door steeds de aarde van wat verder weg te bekijken. Dan gaan we van een luchtballon naar een kleine satelliet in een baan om de aarde, en uiteindelijk naar de maan.”

Tijdens Mulders PhD maakte ze zelfs een spectropolarimeter ruimteklaar, tot ze bij het testen een mankement in het instrument ontdekte: „Een optisch element gedroeg zich niet zoals we dachten, wat leidde tot valse detecties. Jammer genoeg wist ik te laat wat er precies aan de hand was, maar er wordt gestaag aan gewerkt door mijn oud-collega’s in Leiden. Liever op aarde corrigeren en wat vertraging, dan onbruikbare data vanuit de ruimte opgestuurd krijgen!”

Volgens Mulder is de maan de ideale manier om onderzoek naar gepolariseerd licht op de kaart te zetten. „Om geld voor dit soort onderzoek bij elkaar te krijgen, moet je mensen laten zien: we kunnen met gepolariseerd licht op afstand leven detecteren. Zelfs in de sterrenkunde is polarisatie geen groot onderwerp, terwijl we er zo veel van kunnen leren. Gelukkig komen er langzaamaan plannen om toekomstige telescopen uit te rusten met polarisatiefilters, zoals de aankomende Nancy Grace Roman-ruimtetelescoop.”

Enthousiasme overdragen

Wetenschap bedrijven alleen is niet genoeg, vindt Mulder. „Je moet je publiek vertellen waar je mee bezig bent, het enthousiasme overdragen.” In haar proefschrift staan verschillende insignes geïnspireerd door haar onderzoek: atmosferische lagen, links- en rechtshandige moleculen, en de felgroene kevers sieren de pagina. „Dat heb ik gedurende mijn PhD altijd gedaan, het tekenen. En op YouTube heb ik wat uitlegfilmpjes over sterrenkunde staan.”

Zelf gaat ze buiten de wetenschap verder, nu als dataconsultant bij ProRail. Toch heeft haar PhD haar perspectief op werk gevormd. „Als je zo veel onderzoek doet naar leven op aarde, krijg je ontzettend veel begrip voor hoe zeldzaam we zijn in het universum. Ik wilde echt een baan met maatschappelijk nut. Ik hoop dat ik op mijn manier dus door data te analyseren én daarover te communiceren – mijn steentje kan bijdragen aan de verduurzaming van verkeer in Nederland.”

Haar enthousiasme over polarisatie van licht is echter niet verdwenen. „Dat blijft gewoon echt mijn passie, dat is wat ik leuk vind. Wanneer iemand mijn onderzoek in Leiden voortzet, zou ik het ook super vinden om daaraan mee te werken, al is het in mijn vrije tijd. Samen met andere oud-polarisatieonderzoekers volg ik het vakgebied nog actief. En mijn ervaring met het verwerken van beelddata komt continu van pas bij mijn werk, waar ik help computermodellen te optimaliseren die defecten in treinrails opsporen.”

Zou een polarisatiecamera daarbij kunnen helpen? „Ik heb hier dus echt over na zitten denken! Van een glad spoor verwachten we namelijk dat het heel goed lineair gepolariseerd licht weerkaatst. Sommige chemische schade aan het spoor is heel moeilijk met het oog of een camera te zien, maar wie weet dat de chemicaliën voor een andere polarisatie van het licht zorgen. Een polarimeter zou misschien nog kunnen werken ook.”

Wie is Willeke Mulder?

GeborenIn Hengelo, in 1993. Hobby’s?Parachutespringen, tekenen, bakken. „Ik geef me elk jaar op voor Heel Holland Bakt. Deze keer ben ik verzocht een videoauditie op te sturen, dat heb ik dit weekend gedaan. Ik heb lamingtons gemaakt, Australische spongecakejes!” Wie inspireerde je PhD?„Mijn tweelingzus Liesbeth. Tijdens haar PhD in de technische natuurkunde kreeg ik het van dichtbij mee, wat mij aanzette om ook te promoveren.”

Lees het hele artikel