Vielleicht ist es nicht unmöglich. Wenn es wirklich außerirdisches Leben gibt, ist es wirklich schwierig, seine Existenz zu bestätigen!

Auf anderen Planeten könnte es Leben geben, aber wie können wir sicher sein, dass es existiert, wenn wir dort gefangen sind? Eine gute Idee besteht darin, in anderen Welten nach Verbindungen zu suchen, die als Schlüsselbestandteile des Lebens, wie wir es kennen, gelten. Die Entdeckung dieser sogenannten Biosignaturen – chemischer Verbindungen, die nachweislich von lebenden Organismen produziert werden – wäre ein starker Beweis dafür, dass auf einem Planeten möglicherweise Leben vorhanden ist. Doch die Gewinnung von Chemikalien von so weit entfernten Planeten und die Auswahl der richtigen Verbindungen, nach denen gesucht werden soll, ist kompliziert. Professor Ignas Snellen von der Universität Leiden in den Niederlanden hat Techniken zur Kombination von Daten der größten erdgebundenen Teleskope mit kontrastreicher Bildgebung perfektioniert.

Diese Bildgebungsmissionen können schwache Objekte wie Planeten sichtbar machen und die Teleskope verwenden hochpräzise Spektroskopie, um die verschiedenen Wellenlängen des Lichts zu untersuchen, das sie aus dem Weltraum erfassen. Dies geschieht, indem möglichst viel echtes Sternenlicht herausgefiltert wird, wodurch alle Informationen, die von Exoplaneten gewonnen werden können, sichtbar werden. Durch die Untersuchung des Lichts, das durch die Atmosphäre eines Planeten dringt und die Erde erreicht, kann man herausfinden, welche Arten von Gasen vorhanden sind. Während die Teleskope noch nicht groß genug sind, um die Spektren erdgroßer Planeten zu untersuchen, erforschen Wissenschaftler größere Exoplaneten und verfeinern die Methode an sogenannten heißen Jupitern, also Planeten, die zu heiß sind, um Leben, wie wir es kennen, zu beherbergen. Dabei handelt es sich um riesige Gasplaneten, die ihren Mutterstern in sehr geringer Entfernung umkreisen.

Exoplanetensysteme

Tatsächlich sind sie so nah beieinander, dass sie durch die Gezeitenkräfte gebunden sind, und wie der Mond der Erde dreht sich der Exoplanet bei jeder Umlaufbahn um seinen Stern nur einmal. Da eine Seite dieser Planeten immer im Licht und die andere im Dunkeln liegt, wird die helle Seite so heiß, dass die Atmosphäre kochen kann, wodurch ein Wind entsteht, der Material vom Planeten wegbläst, ähnlich wie der Schweif eines Kometen. Im Projekt EXOPLANETBIO setzten Professor Snellen und sein Forschungsteam erstmals hochpräzise Spektroskopie ein, um mit erdgebundenen Teleskopen den Heliumgehalt in der Atmosphäre heißer Jupiter zu bestimmen und so Aufschluss über den Fortgang dieses Prozesses zu geben.

Dies ist ein Durchbruch für diese heißen Jupiter. Diese Arten von Exosphärenschweifen sind bekannt, aber sie sind schwer zu beobachten, da sie nur durch die Erkennung von Wasserstoff sichtbar werden, der durch die Erdatmosphäre nicht erkannt werden kann. Daher wurde das Hubble-Weltraumteleskop verwendet. Mit der stärkeren Heliumleitung ist dies nun sehr gut vom Boden aus mit einem Teleskop möglich. Wenn man weiß, ob ein heißer Jupiter seine Atmosphäre abgibt und wie lange dies dauern könnte, könnte man auch verstehen, wie sich die Atmosphären aller Exoplaneten im Laufe der Zeit verändern. Solche Prozesse des Entweichens aus der Atmosphäre sind heute nicht mehr so ​​wichtig, doch in der Frühzeit des Sonnensystems, als die Sonne noch viel aktiver war, waren sie wichtig.

Klima von Exoplaneten

Mithilfe dieser neuen Techniken gelang dem Forschungsteam zudem eine weitere Premiere: Es konnte die Rotationsrate (die Geschwindigkeit, mit der sich ein Planet dreht) und die Umlaufgeschwindigkeit eines Exoplaneten bestimmen. Die Rotationsgeschwindigkeit heißer Jupiter ist normalerweise recht niedrig, da sie typischerweise durch die Gezeitenkräfte gebunden sind. Dies kann einige Informationen über das Klima und das damit verbundene Wetter auf Exoplaneten liefern. Wenn sich ein Planet schneller dreht, entstehen Gürtelstrukturen wie bei Jupiter. Die Erde dreht sich langsamer und weist einige Gürtelstrukturen auf, wird aber immer noch von Tiefdruckgebieten dominiert. Wenn Sie nun einen heißen Jupiter hätten, der sich viel langsamer drehen würde, würden Sie keine Gürtelstruktur erhalten, sondern stattdessen ein ganz anderes Wettersystem.

Es wurden Winde hoch oben in den Atmosphären dieser Planeten beobachtet, da Energie von der heißeren, ewigen Tagseite auf die kühlere Nachtseite geschleudert wird. Eine Verbesserung des CRIRES-Instruments (Cryogenic High Resolution Infrared Spectrometer), das im nächsten Jahr mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) vernetzt wird, wird es ermöglichen, auf kühleren Planeten Verbindungen wie Methan zu erkennen, die, wenn sie auf einem erdgroßen Planeten gefunden würden, ein Bestandteil von Leben sein könnten. Astronomen erlernen derzeit Methoden, die eines Tages auf erdähnliche Planeten angewendet werden könnten, und das Extremely Large Telescope (der ESO) sollte bis 2026 fertig sein. Zu diesem Zeitpunkt könnten wir mit der Entdeckung erdähnlicher Planeten beginnen.

Lebenszeichen

Doch wie lässt sich selbst bei guten Proben von felsigen, erdgroßen Planeten feststellen, ob eine Verbindung tatsächlich ein Zeichen für Leben ist? Kevin Heng, Professor an der Universität Bern in der Schweiz, sagte: „Die Geologie ist sehr gut darin, Dinge zu erschaffen, die wie Leben aussehen, wie zum Beispiel Methan.“ Um Biosignaturen in Betracht zu ziehen, müssen diese eine Reihe von Bedingungen erfüllen. Sie lassen sich geologisch nicht simulieren, müssen lange in der Atmosphäre verbleiben, also sehr stabil sein oder sich auf irgendeine Weise erneuern, und sie müssen nachweisbar sein. Im Rahmen des EXOKLEIN-Projekts untersucht Professor Heng Verbindungen wie diese.

Ob beispielsweise Methylchlorid und Ammoniak lange genug in der Atmosphäre eines Exoplaneten verbleiben könnten, um untersucht zu werden, wurde durch die Modellierung von Asteroiden untersucht, die Zwergsterne umkreisen. Dies stellt insbesondere bei erdgroßen Planeten eine Herausforderung dar, da sich ihre Atmosphäre im Laufe der Zeit verändern kann. Wenn Sie einen Planeten wie Jupiter betrachten, sehen sie ein bisschen wie die Sonne aus. Sie bestehen aus Wasserstoff und enthalten Spuren metallischer Elemente usw. Anhand der Unterschiede zwischen dem Planeten und dem Stern können Astronomen die Entstehungsgeschichte ergründen und so ein Fossilienarchiv über die Entstehung erhalten.

Bei kleineren Planeten verändert sich die Atmosphäre jedoch im Laufe der Zeit erheblich, beispielsweise aufgrund von Faktoren wie dem Kohlenstoffkreislauf. Die Forschung umfasste acht bis zehn Jahre Studium der Verwendung und Optimierung von für die Erde (Exoplaneten) entwickelten Klimamodellen. Wenn die Instrumente in der Lage sind, kleinere Planeten zu messen, werden diese Modelle verwendet, um mögliche Erklärungen für die gesammelten Daten zu liefern und zu verstehen, ob es sich bei den Verbindungen tatsächlich um Biosignaturen handelt oder ob sie geologischer Natur sind. Außergewöhnliche Merkmale erfordern außergewöhnliche Beweisstandards. Wenn also etwas damit übereinstimmt, dass keine Biologie erforderlich ist, dann heißt das, dass es keine Biologie gibt.

Wir modellieren auch Planeten, denen ein dramatischeres Schicksal bevorstehen könnte. Damit auf Asteroiden um rote Sterne Leben möglich ist, müssten sie eine extrem enge Umlaufbahn haben, die sie wie heiße Jupiter an die Gezeitenkräfte gebunden macht. Dies bedeutet, dass die Nachtseite wirklich kalt ist, möglicherweise so kalt, dass Gase in der Atmosphäre zu Eis kondensieren. Es kommt also zu einer unkontrollierten Kondensation und keiner Atmosphäre – die Atmosphäre kollabiert. Ein solcher Kollaps würde den Planeten kalt und leblos machen, wie den Mars. Während die Forschung derzeit nur theoretisch ist, sollten kommende Missionen, wie der Cheops-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation und das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, Daten liefern, die mit der Theorie übereinstimmen könnten.

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Boco Garden｜Text: Ethan Bilby/Horizon

Referenzzeitschrift EU Research and Innovation

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