Neue Lichtsignatur für Sauerstoffsuche auf Exoplaneten
NASA-Forschern zufolge könnte eine bisher unberücksichtigte Wellenlänge helfen, das Element in Atmosphären aufzuspüren und so bewohnbare Welten zu finden.
(Bild: NASA/GSFC/Friedlander-Griswold)
- Neel V. Patel
Viele Wissenschaftler sind sich einig, dass die beste Strategie für die Suche nach außerirdischem Leben darin besteht, nach einer Welt mit ähnlichen Bedingungen zu suchen wie sie die Erde aufweist. Dazu gehört auch eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, die ein Hinweis auf biologisches Leben sein kann. Wenn Sauerstoffmoleküle in der Atmosphäre miteinander oder mit anderen Gasmolekülen kollidieren, blockieren sie bestimmte Wellenlängen im mittleren Infrarot-Bereich. Nasa-Forscher um Thomas Fauchez regen nun anhand von Simulationen an, eine bisher unberücksichtigte Wellenlänge im mittleren Infrarotbreich bei 6,4 Mikrometern in die Suche miteinzubeziehen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie Anfang Januar im Fachjournal "Nature Astronomy".
Die verbesserte Sauerstoffsignatur könnte in etwas mehr als einem Jahr helfen, die Suche nach Leben auf anderen Welten in ihrer Atmosphäre einzugrenzen. 2021 startet nämlich das James-Webb-Weltraumteleskop per Rakete ins All startet – sofern alles nach Plan läuft. Sein Niedrigauflösungsspektrometer (Low Resolution Spectrometer, kurz LRS), das im Imaging-Modul des Mittleres-Infrarot-Instruments (MIRI) untergebracht ist, könnte Fauchez und Kollegen zufolge in der Atmosphäre von Exoplaneten nach Sauerstoff bei dieser Wellenlänge suchen. "Es gibt nur wenige größere Fragen als 'Gibt es Leben auf anderen Planeten?'", sagt Koautor Edward Schwieterman von der University of California in Riverside. "Aufgrund der Verbindung von Sauerstoff mit dem Leben auf der Erde wissen wir, dass es wichtig ist, auf Exoplaneten danach zu suchen."
Wie viel Sauerstoff ist in der Welt?
Der neuen Studie zufolge sind die bisher berücksichtigten drei Hauptwellenlängen für sogannte Kollisionsabsorptionen – eine im sichtbaren Spektrum und zwei im nahen Infrarotbereich – nur unzureichend dafür geeignet, potenziell bewohnbarer Exoplaneten anhand ihrer sauerstoffhaltigen Atmosphäre zu entdecken. Aber bei hohen Konzentrationen wie auf der Erde prallen Sauerstoffmoleküle viel häufiger auf andere Moleküle und diese Kollisionen senden andere Signale als die bekannten drei Wellenlängen aus. Damit seien sie nicht für die Identifizierung höherer Sauerstoffkonzentrationen geeignet, die mit größerer Wahrscheinlichkeit mit biologischer Aktivität verbunden wären – auch wenn das nichtbiologische Ursachen für Sauerstoffvorkommen nicht ausschließt.
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Die neue Technik könnte es erleichtern, festzustellen, wie viel Sauerstoff eine andere Welt enthält. Wenn ein Planet ähnliche Sauerstoffwerte wie die Erde hat, erhöht dies die Möglichkeit, dass diese Werte von biologischen Prozessen bestimmt werden. Trotzdem ließen sich möglicherweise erdähnliche Sauerstoffgehalte in vielen Sternensystemen in einer Entfernung von weniger als 16 Lichtjahren nachweisen. In weiter entfernten Systemen wäre es möglich, Niveaus zu erfassen, die um ein Vielfaches höher sind als die auf der Erde.
M-Zwergsterne interessant
Da auf diese Weise auch detektiert werden kann, mit welchen anderen Gasmolekülen Sauerstoff kollidiert, ließe sich gleichzeitig auch mehr über die Atmosphärenchemie der Planeten erfahren und abschätzen, ob auf ihm Leben möglich wäre – oder ob er bereits durch außerirdisches Leben geprägt wurde. So weist Schwieterman darauf hin, dass Sauerstoffmerkmale, die neben atmosphärischem Methan gemessen werden, auf erdähnliche biochemische Prozesse an der Oberfläche hindeuten.
Dabei ließen sich den Forschern zufolge sogenannte M-Zwergsterne am besten mit dieser Technik untersuchen. Das platziert etwa die Planeten des vierzig Lichtjahre entfernten TRAPPIST-1-Systems ganz oben auf der Liste. Dort könnten mehrere Exoplaneten Leben ermöglichen. Drei besonders interessante Kandidaten befinden sich direkt in der bewohnbaren Zone.
(vsz)
