In den letzten Jahren ist die Anzahl der bestätigten außersolaren Planeten exponentiell gestiegen. Zum Zeitpunkt der Abfassung des Artikels wurden insgesamt 3.777 Exoplaneten in 2.817 Sternensystemen bestätigt, weitere 2.737 Kandidaten warten auf ihre Bestätigung. Darüber hinaus hat die Anzahl der terrestrischen (d. H. Felsigen) Planeten stetig zugenommen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Astronomen Hinweise auf Leben jenseits unseres Sonnensystems finden.
Leider existiert die Technologie noch nicht, um diese Planeten direkt zu erkunden. Infolgedessen sind Wissenschaftler gezwungen, nach sogenannten „Biosignaturen“ zu suchen, einer Chemikalie oder einem Element, das mit der Existenz des vergangenen oder gegenwärtigen Lebens verbunden ist. Laut einer neuen Studie eines internationalen Forscherteams besteht eine Möglichkeit, nach diesen Signaturen zu suchen, darin, Material zu untersuchen, das während eines Aufprallereignisses von der Oberfläche von Exoplaneten ausgestoßen wird.
Die Studie mit dem Titel „Suche nach Biosignaturen bei exoplanetaren Impact Ejecta“ wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Astrobiologie und erschien vor kurzem online. Es wurde von Gianni Cataldi geleitet, einem Forscher vom Astrobiology Center der Universität Stockholm. Zu ihm gesellten sich Wissenschaftler des LESIA-Observatoire de Paris, des Southwest Research Institute (SwRI), des Royal Institute of Technology (KTH) und des Europäischen Zentrums für Weltraumforschung und -technologie (ESA / ESTEC).
Wie sie in ihrer Studie angedeutet haben, konzentrierten sich die meisten Bemühungen zur Charakterisierung von Exoplaneten-Biosphären auf die Atmosphären der Planeten. Dies besteht darin, nach Hinweisen auf Gase zu suchen, die mit dem Leben hier auf der Erde verbunden sind - z. Kohlendioxid, Stickstoff usw. - sowie Wasser. Wie Cataldi dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Wir wissen von der Erde, dass das Leben einen starken Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre haben kann. Zum Beispiel ist der gesamte Sauerstoff in unserer Atmosphäre biologischen Ursprungs. Außerdem befinden sich Sauerstoff und Methan aufgrund des Vorhandenseins von Leben stark außerhalb des chemischen Gleichgewichts. Derzeit ist es noch nicht möglich, die atmosphärische Zusammensetzung erdähnlicher Exoplaneten zu untersuchen. Eine solche Messung wird jedoch voraussichtlich in absehbarer Zeit möglich sein. Atmosphärische Biosignaturen sind daher der vielversprechendste Weg, um nach außerirdischem Leben zu suchen. “
Cataldi und seine Kollegen erwogen jedoch die Möglichkeit, die Bewohnbarkeit eines Planeten zu charakterisieren, indem sie nach Anzeichen von Auswirkungen suchten und die Ejekta untersuchten. Einer der Vorteile dieses Ansatzes besteht darin, dass Ejekta mit größter Leichtigkeit aus Körpern mit geringerer Schwerkraft wie felsigen Planeten und Monden entweicht. Die Atmosphären dieser Körpertypen sind ebenfalls sehr schwer zu charakterisieren, so dass diese Methode Charakterisierungen ermöglichen würde, die sonst nicht möglich wären.
Und wie Cataldi angedeutet hat, würde es den atmosphärischen Ansatz in vielerlei Hinsicht ergänzen:
„Erstens ist es umso schwieriger, seine Atmosphäre zu untersuchen, je kleiner der Exoplanet ist. Im Gegensatz dazu produzieren kleinere Exoplaneten größere Mengen an austretenden Ejekta, da ihre Oberflächengravitation geringer ist, wodurch Ejekta von kleineren Exoplaneten leichter zu erkennen sind. Zweitens denken wir beim Nachdenken über Biosignaturen in Impact Ejecta hauptsächlich an bestimmte Mineralien. Dies liegt daran, dass das Leben die Mineralogie eines Planeten entweder indirekt (z. B. durch Änderung der Zusammensetzung der Atmosphäre und damit Bildung neuer Mineralien) oder direkt (durch Produktion von Mineralien, z. B. Skeletten) beeinflussen kann. Impact Ejecta würde es uns daher ermöglichen, eine andere Art von Biosignatur zu untersuchen, die zu atmosphärischen Signaturen komplementär ist. “
Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Tatsache, dass vorhandene Studien genutzt werden, in denen die Auswirkungen von Kollisionen zwischen astronomischen Objekten untersucht wurden. Zum Beispiel wurden mehrere Studien durchgeführt, in denen versucht wurde, den riesigen Aufprall, von dem angenommen wird, dass er das Erd-Mond-System vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet hat, einzuschränken (auch bekannt als Giant Impact Hypothesis).
Während angenommen wird, dass solche riesigen Kollisionen in der letzten Phase der Entstehung des terrestrischen Planeten (die ungefähr 100 Millionen Jahre dauert) häufig waren, konzentrierte sich das Team auf die Auswirkungen von Asteroiden- oder Kometenkörpern, von denen angenommen wird, dass sie während der gesamten Lebensdauer eines Exoplaneten auftreten System. Auf dieser Grundlage konnten Cataldi und seine Kollegen Modelle für Exoplaneten-Ejekta erstellen.
Wie Cataldi erklärte, verwendeten sie die Ergebnisse aus der Literatur zu Impact Cratering, um die Menge der erzeugten Ejekta abzuschätzen. Um die Signalstärke der durch die Ejekta erzeugten zirkumstellaren Staubscheiben abzuschätzen, verwendeten sie die Ergebnisse aus der Literatur zu Trümmerscheiben (d. H. Extrasolaren Analoga des Haupt-Asteroidengürtels des Sonnensystems). Am Ende erwiesen sich die Ergebnisse als ziemlich interessant:
„Wir haben festgestellt, dass ein Aufprall eines Körpers mit einem Durchmesser von 20 km genug Staub erzeugt, um mit aktuellen Teleskopen nachweisbar zu sein (zum Vergleich: Die Größe des Impaktors, der die Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren getötet hat, soll jedoch etwa 10 km betragen). Die Untersuchung der Zusammensetzung des ausgestoßenen Staubes (z. B. Suche nach Biosignaturen) ist jedoch für aktuelle Teleskope nicht erreichbar. Mit anderen Worten, mit aktuellen Teleskopen konnten wir das Vorhandensein von ausgestoßenem Staub bestätigen, aber nicht dessen Zusammensetzung untersuchen. “
Kurz gesagt, das Studium von Material, das von Exoplaneten ausgestoßen wird, ist in unserer Reichweite und die Möglichkeit, seine Zusammensetzung eines Tages zu untersuchen, ermöglicht es Astronomen, die Geologie eines Exoplaneten zu charakterisieren - und damit seine potenzielle Bewohnbarkeit genauer einzuschränken. Gegenwärtig sind Astronomen gezwungen, fundierte Vermutungen über die Zusammensetzung eines Planeten anzustellen, basierend auf seiner scheinbaren Größe und Masse.
Leider ist eine detailliertere Studie, die das Vorhandensein von Biosignaturen in Ejekta bestimmen könnte, derzeit nicht möglich und wird selbst für Teleskope der nächsten Generation wie das sehr schwierig sein James Webb Weltraumteleskop (JWSB) oder Darwin. In der Zwischenzeit bietet die Untersuchung von Ejekta aus Exoplaneten einige sehr interessante Möglichkeiten, wenn es um Untersuchungen und Charakterisierung von Exoplaneten geht. Wie Cataldi anzeigte:
„Indem wir die Ejekta eines Aufprallereignisses untersuchen, können wir etwas über die Geologie und Bewohnbarkeit des Exoplaneten lernen und möglicherweise eine Biosphäre entdecken. Die Methode ist die einzige Möglichkeit, auf den Untergrund eines Exoplaneten zuzugreifen. In diesem Sinne kann der Aufprall als ein von der Natur bereitgestelltes Bohrexperiment angesehen werden. Unsere Studie zeigt, dass bei einem Aufprallereignis entstehender Staub im Prinzip nachweisbar ist und zukünftige Teleskope möglicherweise die Zusammensetzung des Staubes und damit die Zusammensetzung des Planeten einschränken können. “
In den kommenden Jahrzehnten werden Astronomen außersolare Planeten mit Instrumenten zunehmender Empfindlichkeit und Kraft untersuchen, um Hinweise auf das Leben zu finden. Mit der Zeit könnte die Suche nach Biosignaturen in den Trümmern um Exoplaneten, die durch Asteroideneinschläge erzeugt wurden, zusammen mit der Suche nach atmosphärischen Biosignaturen durchgeführt werden.
Mit diesen beiden Methoden können Wissenschaftler mit größerer Sicherheit sagen, dass ferne Planeten nicht nur das Leben unterstützen können, sondern dies auch aktiv tun!
