Wird das Webb-Teleskop bald außerirdisches Leben entdecken? Wissenschaftler sind zuversichtlich

Wissenschaftler gehen davon aus, dass im Sonnensystem zwar kein außerirdisches Leben gefunden wurde, dies jedoch sehr wahrscheinlich auf Exoplaneten (Planeten außerhalb des Sonnensystems, siehe unten) zu finden ist, und sie setzen große Erwartungen in das Webb-Teleskop.

Chris Impey, Professor für Astronomie, und Daniel Arpey, Professor für Planetenwissenschaften an der University of Arizona, glauben, dass es möglich sei, die Eigenschaften dieser Atmosphären zu analysieren und vielleicht bald Anzeichen außerirdischen Lebens zu entdecken, da das Webb-Teleskop (im Folgenden „Webb“ genannt) Spektraldaten der Atmosphären von Exoplaneten gewinnen kann.

Die Beobachtung der Atmosphären von Exoplaneten ist für das Webb-Teleskop nur eine Nebenbeschäftigung

Die Entwicklung des Webb-Teleskops dauerte 25 Jahre und kostete 10 Milliarden Dollar. Es ist ohne Zweifel das teuerste und fortschrittlichste Weltraumteleskop der Geschichte. Die Hauptmission dieses Teleskops ist sehr groß: Sie besteht darin, den Ausgangspunkt des Urknalls zu sehen, also das Universum in 13,8 Milliarden Lichtjahren Entfernung.

Durch wissenschaftliche Beobachtungen und Forschungen ist der wichtigste Beweis für den Urknall hervorgegangen: die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Sie gilt als Glut, die der erste Lichtstrahl des Urknalls hinterlassen hat, und als Überbleibsel des anfänglichsten Zustands des Urknalls. Das Webb-Teleskop wird diesen Lichtstrahl genau untersuchen und den Anfangszustand des Urknalls wiederherstellen.

Daher ist das Webb-Teleskop mit hochempfindlichen Infrarotsensoren, Spektrometern usw. ausgestattet. Der größte Unterschied zwischen dem Webb- und dem Hubble-Teleskop besteht darin, dass es im Infrarotbereich beobachten kann, der länger ist als das sichtbare Licht. Da Infrarotstrahlen kosmischen Staub durchdringen können und der Durchmesser seines Hauptspiegels 2,7-mal so groß ist wie der des Hubble-Teleskops (im Folgenden „Hubble“ genannt) und seine Lichtsammelfläche 6,5-mal so groß ist wie die des Hubble, ist die Beobachtungsfähigkeit des Webb 100-mal so groß wie die des Hubble.

Wie mächtig ist diese Fähigkeit? Manche Leute vergleichen es damit, eine Münze aus 40 Kilometern Entfernung eindeutig identifizieren zu können. Diese Analogie ist sicherlich nicht sehr streng. Wenn Weber 100-mal leistungsfähiger ist als Hubble, bedeutet das dann, dass Hubble eine Münze nur in 400 Metern Entfernung sehen kann?

Seit seinem Start wurde Webb im Weltraum von sechs Mikrometeoriteneinschlägen getroffen. Der letzte davon ging über die erwartete Einschlagsfestigkeit hinaus, für die der Satellit ausgelegt war. Daher besteht die Sorge, dass Beobachtungen und Bilder dadurch beeinträchtigt werden könnten. Aber das am 12. Juli (Pekingerzeit) veröffentlichte Bild ist immer noch erstaunlich. Im Vergleich zum Hubble Extreme Deep Field, auch Hubble Ultra Deep Field genannt, fällt die Lücke sofort auf.

Es wird gesagt, dass Webb mit einem Sandkorn auf seinen Fingerspitzen und ausgestrecktem Arm Tausende von Galaxien in einem so kleinen Bereich des Himmels fotografiert hat. Die am weitesten entfernte Galaxie ist 13,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Allerdings wies der vom Hubble fotografierte Himmelsbereich ursprünglich deutlich weniger Galaxien auf, und auch die Klarheit war völlig anders. (Siehe Bild oben)

Dies versetzt viele Astronomen in Ekstase und weitere Geheimnisse des Universums werden enthüllt. Kein Wunder, dass der US-Präsident den ursprünglich geplanten Veröffentlichungstermin nicht abwarten konnte und bereits einen Tag vorher eine Pressekonferenz abhielt, an der Präsident und Vizepräsident gleichzeitig teilnahmen – ein seltenes Ereignis. Die veröffentlichten Bilder, die viel klarer waren als die des Hubble, beruhigten alle, da sie nun wussten, dass mehr als 10 Milliarden Dollar nicht umsonst verschwendet worden waren.

Die veröffentlichten Bilder sind lediglich ein Test für Webbs Fähigkeiten und die wirklich gezielten Beobachtungen haben noch nicht begonnen. Die Beobachtung von Exoplaneten ist zwar nur ein Nebenjob, aber dieser flüchtige Blick war wirklich schockierend. Es hat tatsächlich die Atmosphäre des Planeten erfasst, was bedeutet, dass durch die Analyse der Atmosphäre des Planeten festgestellt werden kann, ob es auf diesem Planeten Leben gibt!

Wie finden Astronomen Exoplaneten?

Seit Beginn der neuen Ära der Weltraumforschung im letzten Jahrhundert hoffen Wissenschaftler, außerirdisches Leben oder sogar außerirdische Zivilisationen zu finden. Als die Menschen noch nicht in der Lage waren, nahegelegene Planeten klar zu erkennen, hatten sie auf der Grundlage einiger Hinweise, die sie beobachteten, viele Fantasien, wie etwa Venusianer, Marsianer usw.

Tatsächlich fantasierten die Menschen schon in der Antike über die Existenz von Leben auf dem Mond, dem uns am nächsten gelegenen Planeten. Im alten China gibt es eine Legende, dass die schöne Chang'e im Guanghan-Palast auf dem Mond lebte. Die unbemannten Erkundungs- und bemannten Mondlandungsaktivitäten des letzten Jahrhunderts haben den über Jahrtausende überlieferten Mythos zerstört. Auf dem Mond ist nicht nur niemand, es gibt auch keine Atmosphäre und nicht einmal eine Spur von Leben.

Daher richteten die Menschen ihre Aufmerksamkeit auf Venus und Mars, die uns am nächsten sind. Durch das Teleskop können wir schwach die dichte Atmosphäre der Venus und die spinnennetzartigen Rillen auf dem Mars erkennen. Daher spekulierten die Leute, dass es auf der Venus Venusianer und auf dem Mars Marsianer gäbe und dass die Schluchten auf dem Mars von Menschenhand errichtete Projekte der Marsianer seien. Dem Ausmaß nach zu urteilen, waren sie in der Lage, solch gewaltige, von Menschenhand geschaffene Projekte zu realisieren, und das Niveau der Zivilisation dort war weit höher als das der Menschen.

Mit den darauffolgenden Planetenerkundungsaktivitäten wurden diese Fantasien eine nach der anderen zerstört. Nicht nur wurde auf der Venus und dem Mars kein Leben gefunden, sondern auch auf keinem der großen und kleinen Planeten, Zwergplaneten und Satelliten im gesamten Sonnensystem wurden keinerlei Hinweise auf Leben gefunden. Die Wissenschaftler gaben jedoch nicht auf und suchen weiterhin unermüdlich nach Leben auf Planeten wie Titan, Europa, Mars usw., auf denen ihrer Meinung nach Leben existieren könnte.

Doch in einem Punkt scheint es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft schon lange Konsens zu geben: Es ist unmöglich, dass im Sonnensystem hochentwickeltes außerirdisches Leben existiert. Selbst wenn es auf diesen Planeten Leben gäbe, handelt es sich um Pilzleben auf extrem niedrigem Niveau. Aus diesem Grund richten Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit schon seit langem auf Bereiche außerhalb des Sonnensystems und beginnen mit einer groß angelegten Suche nach Exoplaneten.

Nach Jahrzehnten harter Arbeit wurden durch die Entwicklung einer Reihe immer fortschrittlicherer Teleskope inzwischen mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt. Diese Erkenntnisse stützen die Tatsache, dass Sterne häufig von Planeten begleitet werden. Aber gibt es Leben oder Zivilisation auf diesen Planeten? Wertvolle Hinweise gibt es bislang nicht.

Doch bislang bedeutet die sogenannte „Entdeckung“ nicht, dass man diese Planeten tatsächlich „sieht“ oder deutlich erkennt. Um es ganz offen zu sagen: Die meisten von ihnen „spüren“ einfach die Existenz von Planeten dort. Dies liegt daran, dass die derzeitigen Beobachtungsmöglichkeiten des Menschen im Vergleich zum riesigen Universum zu gering sind. Selbst das leistungsstärkste Teleskop kann die Sterne, die uns am nächsten sind, nicht klar erkennen. Wir können nur einen hellen Fleck sehen, von Planeten, die zehn- oder sogar millionenmal kleiner sind als Sterne, ganz zu schweigen.

Wenn heutzutage mit Teleskopen beobachtet werden soll, ob sich um einen Stern Exoplaneten befinden, wird hauptsächlich die Transitmethode oder auch Okkultationsmethode genannt. Wenn sich ein Planet zwischen unserer Sichtlinie zu einem Stern befindet, wird der Stern verdeckt, d. h. seine Helligkeit ändert sich ein wenig und er erscheint periodisch.

Mithilfe dieses Lichtvariationsphänomens und einiger anderer Hilfsmethoden können Wissenschaftler grob bestimmen, ob es sich um einen Planeten handelt, und die Masse des Planeten, seine Entfernung vom Stern und seine Umlaufzeit berechnen. Anschließend werden durch einige andere Methoden, wie etwa die Radialgeschwindigkeitsmethode und die Mikrolinsenmethode, hauptsächlich durch den Dopplereffekt und das Gesetz der Schwerkraft, die Daten des Planeten anhand der Änderungen in der Bewegung zwischen dem Planeten und dem Stern bestimmt. Ich werde sie hier nicht erklären.

Von den mehr als 5.000 Planeten wurden nur sehr wenige durch direkte Abbildung beobachtet, aber diese sogenannten „Bilder“ sind lediglich unscharfe Lichtpunkte von der Größe einiger Pixel, die im Allgemeinen durch nicht sichtbares Licht, beispielsweise Infrarotspektren, erfasst werden. Mittlerweile wurden mehr als 100 Planeten direkt beobachtet. Bei allen handelt es sich um riesige Gasplaneten, die meisten davon sind Dutzende Male massereicher als Jupiter.

Auf diese Weise bleibt die Frage, wie die entdeckten Planeten aussehen und ob es auf ihnen Anzeichen für Leben gibt, noch mehr eine Vermutung.

Wie also stellt Webb fest, ob es Leben auf Exoplaneten gibt?

Das Webb-Teleskop ist das leistungsstärkste Teleskop, das je gebaut wurde, und kann eine Münze aus 40 Kilometern Entfernung deutlich erkennen. Doch das Universum ist so groß, dass selbst der uns am nächsten gelegene Stern Proxima Centauri, der 4,3 Lichtjahre entfernt ist, viel mehr als 40 Kilometer entfernt wäre, wenn man ihn auf die Größe einer Münze verkleinern würde. Dies entspräche dem Wert einer Münze im Wert von Tausenden oder Zehntausenden von Kilometern.

Daher ist es immer noch ein Luxus, einen Planeten klar zu sehen. Webb verfügt jedoch über einige eigene Fähigkeiten. Sobald er die Augen öffnete, erfasste er das atmosphärische Spektrum eines Planeten, der mehr als 1.000 Lichtjahre von uns entfernt ist. Tatsächlich hatte Webbs Vorgänger Hubble bereits zuvor die Atmosphären zahlreicher Exoplaneten analysiert und 2013 klare Signale für die Existenz von Wasser auf einem Planeten erhalten.

Allerdings waren die vom Hubble beobachteten Signale noch sehr vage und enthielten nur sehr wenige Informationen. Auf der Grundlage der Beobachtungen des Hubble bestätigte Weber diese Beweise weiter.

WASP-96b ist ein Gasriese, der 1.150 Lichtjahre von uns entfernt entdeckt wurde. Seine Masse beträgt etwa die Hälfte der Masse des Jupiters und sein Durchmesser ist größer als der des Jupiters, nämlich 1,2-mal so groß wie der des Jupiters. Es befindet sich im südlichen Sternbild Phönix. Der Planet befindet sich mit nur etwa 6,43 Millionen Kilometern Entfernung sehr nahe an seiner eigenen Sonne (Stern), was nur etwa einem Neuntel der Entfernung des Merkur von der Sonne entspricht, und seine Umlaufzeit beträgt nur etwa dreieinhalb Erdentage.

Webb beobachtete WASP-96b 6,4 Stunden lang und verwendete dabei das Nahinfrarot-Spaltlose-Spektrometer (NRISS), um die photometrischen Variationen und Transmissionsspektren des Planeten im Bereich von 0,6 bis 2,8 Mikrometern zu messen. Dabei kamen bestimmte Details ans Licht, die zuvor in der Atmosphäre verborgen waren, nämlich deutliche Wasserflächen, Anzeichen von Dunst und Hinweise auf Wolken, deren Existenz bei früheren Beobachtungen nicht sicher oder sogar nicht einmal vermutet worden war.

Tatsächlich konnte Weber nicht genau erkennen, wie der Planet aussah, doch durch Infrarotbeobachtungen erhielt er Spektraldaten der Atmosphäre. Durch die Analyse dieser Spektren können Forscher herausfinden, aus welchen Komponenten die Atmosphäre des Planeten besteht und wie hoch ihre jeweilige Häufigkeit (Inhaltsverhältnis) ist.

Die atmosphärischen Komponenten von Planeten mit und ohne Leben weisen unterschiedliche Eigenschaften auf. Bestimmte Elemente können nur während des Lebensstoffwechsels entstehen und diese lebensrelevanten Komponenten erscheinen in der Atmosphäre. Dies ist die durch Leben veränderte Atmosphäre und zeigt die Merkmale des Lebens, wie Sauerstoff und Methan in der Atmosphäre.

Pflanzen und Algen auf der Erde verändern die Farbe der Atmosphäre, weil Chlorophyll und andere Pigmente bei der Photosynthese bestimmte Wellenlängen des Lichts einfangen. Webb kann diese unterschiedlichen Farbspektren mithilfe seiner empfindlichen Infrarotkamera präzise erfassen. Wenn bei einem Planeten ein Spektrum festgestellt wird, das auf das Vorhandensein von Chlorophyll hinweist, ist dies ein typischer Beweis für die Existenz von Leben.

Natürlich ist es unwahrscheinlich, dass es auf einem Planeten wie WASP-96b Leben geben könnte. Dieses Mal hat Webb nur geübt, und das war für die Wissenschaftler ein gutes Zeichen. Von den mehr als 5.000 Exoplaneten, die bislang entdeckt wurden, sind etwa 4 % oder mehr als 200 erdähnliche Planeten, auf denen mit größerer Wahrscheinlichkeit Leben existiert. Darunter befinden sich Dutzende sogenannter bewohnbarer Planeten, also Planeten, die weder zu weit noch zu nah an ihren Sternen sind und auf denen es möglicherweise flüssiges Wasser gibt. Diese stehen im Mittelpunkt von Webbs zukünftigen Beobachtungen.

So ist beispielsweise TRAPPIST-1e, der nur 39 Lichtjahre von uns entfernt ist, ein erdähnlicher Planet. In den kommenden Monaten wird Webb seine Linse darauf richten. TRAPPIST-1 ist ein roter Zwergstern der Spektralklasse M. Sein Planetensystem ist ein sehr bedeutsames und besonderes System. Es gibt mindestens 7 erdähnliche Planeten, von denen sich 3 in der sogenannten bewohnbaren Zone befinden!

Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass durch die Beobachtung dieses Planetensystems die Existenz von Leben entdeckt wird! Dies gibt den Wissenschaftlern Hoffnung. Wenn außerirdisches Leben tatsächlich entdeckt wird, wäre dies ein gewaltiger Durchbruch im menschlichen Verständnis des Universums und des Lebens und die wissenschaftliche Forschung würde in eine neue Ära eintreten. Dies wird eine große Versuchung für Wissenschaftler sein, die ständig auf der Suche nach neuen Entdeckungen sind.

Daher hat das Webb-Teleskop eine bahnbrechende Bedeutung, da es seine Augen für das Universum in den fernen Tiefen des Weltraums öffnet, und die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft verfolgt täglich aufmerksam seine neuen Entdeckungen. Was denkst du darüber? Willkommen zur Diskussion, danke fürs Lesen.

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