Suche nach außerirdischem Leben: Unsere Erde als belebter Exoplanet
Andreas Müller
3 min
Symbolbild: Die Erde in einer Aufnahme der NASA-Mondmission „Apollo 17“. Copyright: NASA
Zürich (Schweiz) – Für die geplante Weltraumteleskop-Mission „LIFE“ haben Schweizer Wissenschaftler Instrumente entwickelt, mit denen die Konzentration von atmosphärischen Gasen und vor allem Biomarkern sowie Oberflächenbedingungen auf fernen potenziell lebensfreundlichen Exoplaneten vermessen werden sollen. Ein erster Test, der den Blick statt ins ferne All auf die Erde richtete, war nun erfolgreich.
Wie das Team um Sascha Quanz von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETH) aktuell im „The Astrophysical Journal“ (DOI: 10.3847/1538-4357/ad198b) berichtet, zeigt eine Untersuchung des Instituts für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH, dass „Leben auf der Erde möglich“ ist. Hierzu erläutert die Pressemitteilung weiter: „Dabei ging es den Forschenden natürlich nicht um die Beantwortung der Frage an sich. Vielmehr nahmen sie die Erde als Beispiel, um nachzuweisen, dass die geplante Weltraummission LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) ein Erfolg werden kann – und dass das vorgesehene Messverfahren funktioniert.“
Hintergrund
Mit einem Verbund aus fünf Satelliten will die internationale LIFE Initiative unter der Führung der ETH Zürich zukünftig Spuren von Leben auf Exoplaneten nachweisen. Dazu sollen erdähnliche Exoplaneten genauer untersucht werden, also jene Gesteinsplaneten, die eine ähnliche Größe und Temperatur wie die Erde besitzen, jedoch andere Sterne als unserer Sonne umkreisen.
Konzept der fünf zu einem großen Instrument verbundenen LIFE-Satelliten (Illu.). Copyright/Quelle: ETH Zürich / LIFE Initiative)
„Der Plan ist, dort im Weltraum, wo das James-Webb-Teleskop stationiert ist, fünf kleinere Satelliten zu positionieren. Diese bilden gemeinsam ein großes Teleskop, das als Interferometer die Wärmestrahlung von Exoplaneten im Infrarotbereich auffangen wird. Aus dem Spektrum des Lichts lässt sich dann ableiten, wie die untersuchten Exoplaneten und ihre Atmosphäre zusammengesetzt sind. Im Lichtspektrum sollen chemische Verbindungen nachgewiesen werden, die auf Leben auf den Exoplaneten hinweisen“, erklärt Sascha Quanz.
In ihrer Studie untersuchten die Physiker und Physikerinnen Jean-Noël Mettler, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz und Ravit Helled, wie gut die LIFE-Mission einen Exoplaneten im Hinblick auf seine Bewohnbarkeit charakterisieren könnte. Dazu betrachteten sie unsere Erde als Exoplaneten und gaben der angedachten LIFE-Instrumentation Beobachtungen zu unserem Heimatplaneten vor.
Einzigartig an der Untersuchung sei, dass das Team die Fähigkeit der künftigen LIFE-Mission an realen statt an simulierten Spektren getestet hat. Sie nutzten dazu Daten eines Erdatmosphärenmessgeräts des NASA-Forschungssatelliten „Aqua“. Mit diesen Daten erzeugten sie Emissionsspektren der Erde im mittleren Infrarotbereich, wie sie bei künftigen Beobachtungen von Exoplaneten erfasst werden könnten.
„Zwei Überlegungen standen dabei im Mittelpunkt. Erstens: Wenn ein großes Weltraumteleskop aus dem All die Erde beobachten würde, welche Art von Infrarotspektrum würde es aufnehmen? Weil die Erde aus großer Entfernung beobachtet würde, sähe sie aus wie ein unscheinbarer Fleck – ohne erkennbare Merkmale wie Meer oder Berge –, ein einzelner Pixel auf einem digitalen Bild. Das heißt, die Spektren wären dann räumliche und zeitliche Mittelwerte, die davon abhängen, welche Ansichten des Planeten das Teleskop einfangen würde und für wie lange.“
Anhand der Ergebnisse leiteten die Forschenden sodann zwei Überlegung ab: „Wenn diese gemittelten Spektren analysiert würden, um Informationen über die Atmosphäre und die Oberflächenbedingungen der Erde zu erhalten, wie würden die Ergebnisse von Faktoren wie der Beobachtungsgeometrie und den jahreszeitlichen Schwankungen abhängen?“
Hierzu berücksichtigte das Team um Quanz drei Beobachtungsgeometrien – die beiden Ansichten von den Polen und zusätzlich eine äquatoriale Ansicht – und konzentrierten sich auf Daten, die in den Monaten Januar und Juli aufgenommen wurden, um so die größten saisonalen Veränderungen zu berücksichtigen.
Das wichtigste Ergebnis der Studie bezeichnen die Forschenden als ermutigend: „Wenn ein Weltraumteleskop wie LIFE den Planeten Erde aus rund 30 Lichtjahren Entfernung beobachten würde, würde es Hinweise auf eine gemäßigte, bewohnbare Welt finden.“ So konnte das Team in den Infrarotspektren der Erdatmosphäre Konzentrationen der atmosphärischen Gase CO2, Wasser, Ozon und Methan nachweisen sowie Oberflächenbedingungen, die das Vorkommen von Wasser begünstigen. Der Nachweis von Ozon und Methan ist dabei besonders wichtig, da diese Gase von der Biosphäre der Erde produziert werden.
Diese Ergebnisse sind zudem unabhängig von der Beobachtungsgeometrie, was wiederum ebenfalls eine gute Nachricht sei, „da die genaue Beobachtungsgeometrie bei zukünftigen Beobachtungen von erdähnlichen Exoplaneten wahrscheinlich unbekannt sein wird.“
Beim Vergleich von jahreszeitliche Schwankungen war das Ergebnis hingegen weniger aufschlussreich: „Auch wenn die atmosphärische Saisonalität nicht leicht zu beobachten ist, zeigt unsere Studie, dass Weltraummissionen der nächsten Generation beurteilen können, ob nahe gelegene gemäßigte erdähnliche Exoplaneten bewohnbar oder sogar bewohnt sind», so Quanz abschließend.
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