Leben im Weltall : Erde an Exoplanet: Ist da jemand?

Die Geophysikerin Lena Noack und der Biophysiker Andreas Elsässer forschen zu möglichem Leben auf anderen Planeten.

Catarina Pietschmann
Künstlerische Darstellung des Planetensystems um den Stern K2-138, der sich außerhalb unseres Sonnensystems befindet.
Künstlerische Darstellung des Planetensystems um den Stern K2-138, der sich außerhalb unseres Sonnensystems befindet.Foto: NASA/JPL-Caltech

Gibt es Leben auf fernen Planeten? Kaum eine Frage fasziniert die Menschheit so wie diese. Angesichts von geschätzten 70 Trilliarden Sternen (70 000 000000 000000 000000), von denen ungezählte wie die Sonne Trabanten besitzen, ist es mehr als wahrscheinlich, dass die Antwort „ja“ lautet. Innerhalb wie außerhalb unseres Sonnensystems. „Wichtig ist aber zu definieren, was genau man mit Leben meint“, sagt Juniorprofessorin Lena Noack, Geophysikerin und Astrobiologin an der Freien Universität. Aliens mit zwei Armen, Beinen und Augen erwartet sie nicht unbedingt. „Aber ich gehe davon aus, dass es da draußen Leben in unterschiedlichen Formen und Komplexitäten gibt.“

Zwei Milliarden Jahre lang waren Einzeller die einzigen Bewohner der Erde. „Diese Lebensform könnte im Universum sehr verbreitet sein“, meint Noack. „Die Wahrscheinlichkeit für Mehrzeller wie Pflanzen oder Tiere ist schon weit geringer.“ Welche Voraussetzungen muss ein Planet bieten, damit dort Leben entstehen kann? Wie wichtig ist flüssiges Wasser? Wie genau entstanden die Planeten unseres Sonnensystems? Wie würde man Leben überhaupt erkennen, wenn es dem auf der Erde gar nicht ähnelt? Fragen wie diese diskutierten mehr als 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus ganz Europa bei der Jahrestagung der European Astrobiology Network Association (EANA 2018), die Ende September auf dem Geo-Campus der Freien Universität in Lankwitz stattfand.

Mehrere Tausend Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, sogenannte Exoplaneten, wurden bereits entdeckt. Manche haben eine toxische Atmosphäre, andere sind viel größer, dichter und schwerer oder deutlich kleiner als die Erde. Etliche umkreisen sehr leuchtarme Sterne, sogenannte M-Zwerge, was Photosynthese und damit Pflanzenwachstum erschweren oder unmöglich machen würde.

Schon bald wird ein direkter Blick auf Exoplaneten möglich sein

Lena Noack interessiert, wie „erdähnlich“ andere Planeten tatsächlich sind. „Dabei geht es nicht um die Optik – also ob es Kontinente und Ozeane gibt –, sondern um astro- und geophysikalische Eigenschaften, die die Entstehung von Leben begünstigen könnten: optimaler Abstand zum Stern, Intensität der Strahlung des Sterns, Aktivität im Innern, stabile Temperaturen auf der Oberfläche, eventuelle Plattentektonik.“ Wenn es um die Bewohnbarkeit – die Habitabilität – eines Himmelskörpers geht, sind das wichtige Faktoren. Plattentektonik, verbunden mit Vulkanausbrüchen und Erdbeben, erscheint auf den ersten Blick schlecht für das Leben auf der Oberfläche.

Auf weite Sicht sind die Folgen jedoch durchaus positiv, für die langfristige Bewohnbarkeit zumindest der Erde wohl sogar essentiell. Denn dadurch wird der globale Kohlenstoffkreislauf angeregt. „Durch das Abtauchen ozeanischer Platten werden immer wieder Teile des Meeresbodens, auf dem sich Karbonate, Schalentiere und andere organische Abfallstoffe abgelagert haben, in den Erdmantel zurückgeführt. Dort schmilzt das Material mit der Zeit, und Kohlendioxid wird durch vulkanische Aktivität der Atmosphäre wieder zugeführt.“ Zugleich kühlt die abtauchende Kruste den Mantel, was das Magnetfeld, das im Eisenkern der Erde produziert wird, langfristig stabil hält. Lena Noack möchte auch besser verstehen, wie sich die frühe Erde entwickelt hat und ein theoretisches, physikalisches Modell davon erstellen. „Das erlaubt uns, Parameter zu definieren, die uns helfen, unter den Tausenden Exoplaneten, die bereits entdeckt worden sind, vielleicht fünf herauszufinden, bei denen eine erdähnliche Entwicklung am wahrscheinlichsten ist.“

Exoplaneten lassen sich bisher nur indirekt aufspüren – mithilfe der Transitmethode: Astronomen beobachten die Helligkeit eines Sterns und schließen aus einer periodischen Abschwächung seines Lichts auf den umlaufenden Planeten. Radius, Masse und der Abstand zu seinem Stern, aus dem sich die Oberflächentemperatur vage schätzen lässt – viel mehr Informationen gibt es über Exoplaneten bisher nicht. Kein Mensch wird je einen Fuß auf sie setzen können, denn selbst der nächstgelegene Exoplanet Proxima Centauri b (entdeckt 2016) ist von der Erde mehr als vier Lichtjahre entfernt.

Schon bald wird es Space-Teleskope geben, mithilfe derer man vom Weltraum aus einen direkten Blick auf Exoplaneten werfen kann. „Sie werden Lichtquanten aus deren Atmosphäre einsammeln, die wir spektral analysieren können, um die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre zu bestimmen. Die spektrale Analyse erlaubt dann auch die Identifikation von möglichen Biosignaturen“, sagt der promovierte Biophysiker Andreas Elsässer, der wie Lena Noack an der Organisation der EANA 2018 beteiligt war.

Geplant sind auch Experimente auf der Raumstation ISS

Während Lena Noack vor allem die Geophysik der Planeten im Blick hat, interessiert sich Elsässer für winzigste Teilchen in deren Atmosphäre. Er will Biomarker identifizieren, die man für die Suche nach außerirdischem Leben im Sonnensystem und darüber hinaus verwenden kann. „In der Vergangenheit wurde nur auf sehr einfache Moleküle, wie Sauerstoff, Ozon oder Wasser geachtet. Sauerstoff aber kann auch durch nichtbiologische Prozesse entstehen und ist kein eindeutiges Anzeichen für Leben.“ Elsässer denkt daher an organische Verbindungen wie Methan und Zerfallsprodukte von Aminosäuren oder von langkettigen Kohlenwasserstoffen. „Letztere sind normalerweise nicht gasförmig. Aber durch die Strahlung brechen sie, werden kleiner und flüchtig“, so der Biophysiker. „Und dann sehen wir sie möglicherweise auch in der Atmosphäre eines Planeten.“

Um herauszufinden, wonach er tatsächlich suchen muss, stellt Elsässer in Planetensimulationskammern, in denen sich Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung variieren lassen, mögliche planetare Bedingungen nach, bestrahlt organische Moleküle und analysiert deren Zerfallsprodukte. „Was die Strahlung angeht, haben wir begrenzte Möglichkeiten: Das komplette Sonnenspektrum zu simulieren, ist extrem schwierig.“

Das soll sich bald ändern. Gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der europäischen Weltraumorganisation ESA und der US-amerikanischen Bundesbehörde NASA arbeitet Andreas Elsässer an einer Experimentierplattform, die an der Außenhülle der Internationalen Raumstation ISS angebracht werden soll. Dort gibt es keine schützende Erdatmosphäre. Etwa vom Jahr 2020 an wird es dann mittels Spektrometern im ultravioletten, sichtbaren und Infrarot-Bereich möglich sein zu beobachten, was unter realen Weltraumbedingungen mit den Biomolekülen der Probenkammern passiert.

Wird man denn noch in diesem Jahrhundert außerirdisches Leben entdecken? Ja, ist Lena Noack überzeugt. „Ich bin sicher, dass wir interessante Hinweise finden werden. Aber es ist schwer, eindeutige Beweise für Leben auf einem Exoplaneten zu finden. Ich gehe davon aus, dass es immer Wissenschaftler geben wird, die außerirdisches Leben bestreiten, solange es keine Kommunikation mit einer anderen Lebensform gibt.“

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