Methan vermutlich der am besten detektierbare Indikator für außerirdisches Leben
Copyright: 2022 Elena Hartley
Santa Cruz (USA) – Mit dem baldigen Einsatz des neuen Weltraumteleskops James Webb wird die Zeit jener Generation von erd- und weltraumgestützten Teleskopen eingeläutet, in der wir in der Lage sein werden, die Atmosphären ferner Welten auch jenseits unseres eigenen Sonnensystems auf deren chemische Zusammensetzung hin zu analysieren. Von besonderem Interesse sind dabei sogenannte Biosignaturen, also Hinweise für biologische Aktivität. Eine neue Studie zeigt, dass Methan vermutlich der am einfachsten, aus der Ferne detektierbare außerirdische Biomarker ist.
„Wenn Leben an mehreren Orten im Universum vorhanden ist, so könnte atmosphärisches Methan eines der ersten Anzeichen für außerirdisches Leben sein, das von Astronomen entdeckt werden wird“, erläutert das Team um Maggie Thompson von der University of Santa Cruz.
Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.2117933119) erläutern, wurde bislang Sauerstoff als hoffnungsvollste Biosignatur diskutiert. „Allerdings dürfte Sauerstoff mit dem James Webb Space Telescope nur schwer zu detektieren sein“, erläutert die Doktorandin.
Trotz früherer Studien zu Methan als Biosignatur, gab es bislang keine aktuelle Bewertung der Bedingungen auf einem Planeten, durch die Methan zu einer wirklich guten Biosignatur wird. „Mit unserer Arbeit wollen wir einen Rahmen für zukünftige Beobachtungen liefern, anhand derer Methan auf Felsplaneten als potenzielle Biosignatur bewertet werden kann.“
Neben der biologischen Herkunft gibt es auch eine ganze Reihe geologischer Prozesse, durch die Methan entstehen und freigesetzt werden kann. Zu diesen zählen vulkanische Aktivitäten, chemische Reaktionen in den Ozeanen, hydrothermale Schlote, tektonische Vorgänge sowie Kometen- und Asteroideneinschläge.
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Dennoch kann die Anwesenheit von Methan in einer planetaren Atmosphäre ein guter Indikator für dortige biologische Aktivität sein, da das Gas selbst sehr instabil und flüchtig ist und durch photochemische Reaktionen sehr schnell wieder zerstört wird. Findet sich in einer Atmosphäre also ausreichend Methan, so muss es auf diesem Planeten auch eine stetige und starke Quelle dafür geben, die die entsprechend hohen Werte aufrechterhält.
„Von der Erde wissen wir, dass biologische Aktivität große und ausreichende Mengen an Methan produzieren kann, nicht zuletzt, weil Methan durch den biologischen Stoffwechsel sehr leicht erzeugt wird“, erläutert der an der Studie ebenfalls beteiligte Joshua Krissansen-Totton. „Nicht-biologische Prozesse hingegen können nur schwer derart ausreichende Mengen an Methan erzeugen und aufrechterhalten, dass diese dann auch mit Webb detektiert werden könnten.“ So würden beispielsweise ausgasende Vulkane nicht nur Methan sondern auch Kohlenmonoxid in eine Atmosphäre eingeben, während biologische Aktivität dazu tendiert, Kohlenmonoxid zu konsumieren. Entsprechend stellten die Forschenden also fest, dass nicht-biologische Prozesse nur schwer zu Atmosphären lebensfreundlicher Planeten führen können, die sowohl reich an Methan als auch an Kohlendioxid sind aber nur wenig bis kein Kohlenmonoxid aufweisen.
In ihrer Studie heben die Autoren und Autorinnen die Notwendigkeit hervor, zur Bewertung potenzieller Biosignaturen den gesamten planetaren Kontext in Betracht zu ziehen.
„Angesichts eines Felsplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern in dessen lebensfreundlicher Zone umkreist, ist atmosphärisches Methan eine sehr wahrscheinliche Biosignatur, wenn die Atmosphäre auch Kohlendioxid enthält, es mehr Methan als Kohlenmonoxid gibt und eine extrem wasserreiche planetare Zusammensetzung ausgeschlossen werden kann.“
Die Forschenden sehen Methan als ein Teil der Frage, ob es auf einem Planeten Leben gibt. Allerdings müsse auch jene Geochemie in Betracht gezogen werden, durch die ein Planet auch mit seinem Stern wechselwirkt, da es auch hier viele Prozesse gibt, die eine Planetenatmosphäre über geologische Zeiträume hinweg beeinflussen kann. Hierzu benennt die Studie eine Vielzahl von Möglichkeiten „falscher Positiv-Signale“, anhand derer Methan fälschlicherweise als Biosignatur bewertet werden kann. „Es gibt zwei Dinge, die dabei schief gehen können: Man kann etwas als Biosignatur deuten, aber einem falschen Positivergebnis überliegen. Man kann aber auch eine tatsächliche Biosignatur übersehen“, so Krissansen-Totton. „Anhand unserer Studie wollen wir die Möglichkeit dieser Fehlinterpretationen von Methan möglichst minimieren. Unsere Arbeit konzentriert sich bislang jedoch auf die naheliegendsten falschen Positivsignale für Methan als Biosignatur. Die Atmosphäre felsiger Exoplaneten können uns aber auch überraschen. Deshalb müssen wir auch weiterhin mit der Bewertung unserer Daten sehr sorgfältig sein. Zukünftig müssen wir uns deshalb auch noch mehr auf die Erkennung und Bewertung eher ungewöhnlicher Entstehungsmechanismen von nicht-biologischem Methan konzentrieren.“
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Recherchequelle: UCSC
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