Suche nach Lebensspuren auf erdnächsten Exoplaneten vielleicht schwieriger als gedacht

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Künstlerische Darstellung von TRAPPIST 1d (r.) und seinem Stern (l.). Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Planeten wie dieser einige ihrer Lebensspuren vor den Beobachtungen der Astronomen verstecken könnten (Illu.).
Copyright: MPIA-Grafikabteilung

Heidelberg (Deutschland) – Neue Simulationen legen die Möglichkeit nahe, dass die Suche nach Leben auf Planeten außerhalb des Sonnensystems schwieriger sein könnte als bislang gedacht: Ungewöhnliche globale Luftströmungen könnten atmosphärische Komponenten, die auf dortiges leben hinweisen können, in der Äquatorregion sammeln, wo sie mittels teleskopischer Fernbeobachtung nur schwer zu entdecken wären. Das Ergebnis offenbart die Notwendigkeit erweiterter Strategien für die Suche etwa nach sauerstoffproduzierenden Organismen auf fernen Welten.

Die derzeitigen Hoffnungen für den Nachweis von Leben auf fernen Exoplaneten liegt in der Suche sogenannte atmosphärischer Biomarker, also chemischer Moleküle, die von lebenden Organismen erzeugt und in die Atmosphäre abgegeben werden. Zu diesen Biomarkern gehört beispielsweise die molekulare Sauerstoffvariante Ozon, wie sie auch aus großer Ferne, etwa in den Atmosphären der unserem Sonnensystem nächstgelegenen Exoplaneten entdeckt werden könnte.

In der Erdatmosphäre bildet dieses Molekül die bekannte Ozonschicht, die die Erdoberfläche vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne schützt. Auf Exoplaneten könnte Ozon ein Hinweis auf sauerstoffproduzierende Bakterien oder Pflanzen sein.

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Wie Ludmila Carone vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und Kollegen aktuell im Fachjournal “Monthly Notes of the Royal Astronomical Society” (DOI: 10.1093/mnras/stx2732) berichten, haben sie in ihren Simulationen einige der nächsten potenziell erdähnlichen Exoplaneten untersucht: Proxima b etwa, der den der Sonne am nächsten liegenden Stern (Proxima Centauri) umkreist, und den vielversprechendsten Planeten der TRAPPIST-1-Planetenfamilie, TRAPPIST-1d. “Diese Planeten umkreisen ihre Sterne in so geringer Entfernung, dass ‘gebundene Rotation’ vorliegen sollte: Die Schwerkraft, die zwischen Planet und Stern wirkt, dreht den Planeten dabei in eine “bevorzugte Orientierung”. Das Ergebnis ist ein Planet, dessen eine Seite (ähnlich unserem Erdenmond) immer dem Stern zugewandt ist.

Die Simulationen zeigen, dass eine solche ungewöhnliche Tag-Nacht-Teilung dazu führen kann, dass einige chemische Verbindungen – darunter auch das besagte Ozon – durch die ebenso ungewöhnlichen Strömungsbedingungen in einer Art Äquator-Falle gefangen sein könnten: Während auf der Erde Strömungen aus den Äquatorregionen in Richtung der Pole u.a. das Ozon gleichmäßig über den gesamten Globus verteilt, könnte das bei Planeten in gebundener Rotation anders sein: “Zumindest für Planeten, die ihrem Stern nahe genug sind, um ihn in 25 Tagen oder weniger zu umkreisen, führen die Hauptströmungen von den Polen in Richtung Äquator und bewirken, dass sich das Ozon lediglich in Äquatornähe sammelt”, so die Forscher.


Die Erdatmosphäre (l.) hat eine Art atmosphärisches “Förderband” von Luftströmungen, das Ozon aus den Hauptproduktionsgebieten in Äquatornähe in Richtung der Pole transportiert. Dieser Mechanismus ist wichtig dafür, dass die Erde eine globale Ozonschicht besitzt. Bestimmte Exoplaneten (r.) könnten hingegen Luftströmungen aufweisen, die Ozon in den Äquatorgebieten gefangensetzen. (Illu.)

Copyright: L. Carone & Grafikabteilung MPIA

Wenn wir also in der Atmosphäre eines fernen Planeten kein Ozon entdecken können, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass es auf ihm auch kein sauerstoffproduzierendes Leben oder Sauerstoff gibt.

“Vielleicht haben wir schlicht am falschen Ort gesucht und das Ozon ist anderswo versteckt”, erläutert Carone die Schlussfolgerung aus den Simulationen. Dieser Umstand müsse berücksichtigt werden, wenn Strategien für die Suche nach Leben auf anderen Planeten formuliert werden. “Dass die Suche nach außerirdischem Leben nicht einfach werden würde, wussten wir von Anfang an. Wie schwierig sie tatsächlich wird, das beginnen wir gerade erst herauszufinden.”

Die Frage, ob Leben auf einem solchen erdähnlichen Exoplaneten mit einer Ozonschicht nur im äquatorialen Bereich, oder ganz ohne schützende Ozonschicht, überhaupt möglich wäre, beantwortet die Wissenschaftlerin dennoch mit einem vorsichtigen ja: “Proxima b und die TRAPPIST-Planeten umkreisen rote Zwerge, rötliche Sterne, die allgemein nur sehr wenig schädliches UV-Licht emittieren. Andererseits können diese Sterne sehr temperamentvoll sein. Sie neigen zu heftigen Strahlungsausbrüchen, bei denen auch UV-Strahlung freigesetzt wird.”

“Es gibt viel, was wir noch nicht über diese roten Zwergsterne wissen. Aber ich bin zuversichtlich, dass wir in fünf Jahren viel mehr wissen werden”, so Carone abschließend. “Bis dahin sollten sowohl Fortschritte in der Modellierung als auch die Verfügbarkeit deutlich besserer Daten wie denen des James Webb Space Telescope zu maßgeblichen Fortschritten führen.”

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