Astronomen und Planetenwissenschaftler glaubten zu wissen, wie man Beweise für das Leben auf Planeten jenseits unseres Sonnensystems findet. Eine neue Studie zeigt jedoch, dass die Monde extrasolarer Planeten „falsch positive“ Ergebnisse liefern können, die der Suche ein unangenehmes Element der Unsicherheit hinzufügen.
Bisher wurde bestätigt, dass mehr als 1.800 Exoplaneten existieren, wobei die Zahl rapide steigt. Etwa 20 davon gelten als potenziell bewohnbar. Dies liegt daran, dass sie nur etwas massereicher als die Erde sind und ihre Elternsterne in Entfernungen umkreisen, in denen möglicherweise flüssiges Wasser existiert.
Astronomen hoffen bald in der Lage zu sein, die Zusammensetzung der Atmosphären solch vielversprechender fremder Welten zu bestimmen. Sie können dies tun, indem sie das von ihnen absorbierte Lichtspektrum analysieren. Für erdähnliche Welten, die kleine Sterne umkreisen, kann diese herausfordernde Leistung mit dem James Webb-Weltraumteleskop der NASA erreicht werden, dessen Start für 2018 geplant ist.
Sie glaubten zu wissen, wie man nach der Signatur des Lebens sucht. Es gibt bestimmte Gase, die in einer Atmosphäre im chemischen Gleichgewicht nicht zusammen existieren sollten. Die Erdatmosphäre enthält viel Sauerstoff und Spuren von Methan. Sauerstoff sollte in einer stabilen Atmosphäre nicht vorhanden sein. Wie jeder mit Rostflecken an seinem Auto weiß, neigt es stark dazu, sich chemisch mit vielen anderen Substanzen zu verbinden. Methan sollte in Gegenwart von Sauerstoff nicht vorhanden sein. Beim Mischen reagieren die beiden Gase schnell unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser. Ohne ein Verfahren, um es zu ersetzen, wäre Methan in einem Jahrzehnt aus unserer Luft verschwunden.
Auf der Erde bleiben sowohl Sauerstoff als auch Methan zusammen vorhanden, da die Versorgung durch Lebewesen ständig wieder aufgefüllt wird. Bakterien und Pflanzen ernten bei der Photosynthese die Energie des Sonnenlichts. Dabei werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, wobei freier Sauerstoff als Abfallprodukt freigesetzt wird. Etwa die Hälfte des Methans in der Erdatmosphäre stammt von Bakterien. Der Rest stammt aus menschlichen Aktivitäten, einschließlich des Anbaus von Reis, der Verbrennung von Biomasse und der Blähung, die von den riesigen Herden von Kühen und anderen Wiederkäuern unserer Spezies erzeugt wird.
An sich ist es nicht überraschend, Methan in der Atmosphäre eines Planeten zu finden. Viele rein chemische Prozesse können es schaffen, und es ist in den Atmosphären der Gasriesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sowie auf dem großen Saturnmond Titan reichlich vorhanden. Obwohl Sauerstoff allein manchmal als möglicher Biomarker angepriesen wird; seine Anwesenheit an sich ist auch kein solider Beweis für das Leben. Es gibt rein chemische Prozesse, die es auf einem fremden Planeten schaffen könnten, und wir wissen noch nicht, wie wir sie ausschließen können. Das Zusammenfinden dieser beiden Gase scheint jedoch so nah wie möglich zu sein, um Beweise für die Aktivitäten des Lebens zu finden.
Ein Schraubenschlüssel wurde von einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Dr. Hanno Rein vom Institut für Umwelt- und Physikwissenschaften der Universität von Toronto in Kanada in diese ganze Auseinandersetzung hineingeworfen. Ihre Ergebnisse wurden in der Mai 2014 Ausgabe der veröffentlicht Verfahren der National Academy of Sciences USA.
Angenommen, sie stellten fest, dass Sauerstoff in der Atmosphäre eines Planeten vorhanden ist und Methan separat in der Atmosphäre eines Mondes vorhanden ist, der den Planeten umkreist. Das Team verwendete ein mathematisches Modell, um das Lichtspektrum vorherzusagen, das von einem Weltraumteleskop in der Nähe der Erde für plausible Planet-Mond-Paare gemessen werden könnte. Sie fanden heraus, dass die resultierenden Spektren denen eines einzelnen Objekts sehr ähnlich waren, dessen Atmosphäre beide Gase enthielt.
Sofern der Planet keinen der nächstgelegenen Sterne umkreist, haben sie gezeigt, dass es nicht möglich ist, ein Planet-Mond-Paar mithilfe einer Technologie, die in Kürze verfügbar sein wird, von einem einzelnen Objekt zu unterscheiden. Das Team bezeichnete ihre Ergebnisse als "unpraktisch, aber unvermeidlich ... Es wird möglich sein, Hinweise auf eine mögliche Besiedlung zu erhalten, aber alternative Erklärungen dieser Hinweise auszuschließen, wird auf absehbare Zeit wahrscheinlich unmöglich sein."
Referenzen und weiterführende Literatur:
Der Katalog für bewohnbare Exoplaneten, Planetary Habitability Laboratory, Universität von Puerto Rico, Arecibo
Kaltenegger L., F. Selsis, M. Fridlund et al. (2010) Entschlüsselung spektraler Fingerabdrücke bewohnbarer Exoplaneten. Astrobiology, 10 (1) p. 89-102.
Major J. (2013) Erdartige Exoplaneten sind überall um uns herum. Space Magazine
Rein H., Fujii Y. und Spiegel D. S. (2014) Einige unbequeme Wahrheiten über Biosignaturen, an denen zwei chemische Spezies auf erdähnlichen Exoplaneten beteiligt sind. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften, 111 (19) p. 6871-6875.
Sagan C., Thompson W. R., Carlson R., Gurnett, D., Hord, C. (1993) Eine Suche nach Leben auf der Erde vom Galileo-Raumschiff aus. Natur, 365 p. 715-721.
