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Im Kosmos sind viele Welten möglich

Von Eva Stanzl

Wissen

Immer mehr Exoplaneten in fernen Sonnensystemen: Leben auf ihnen könnte ganz anders aussehen, als wir es kennen.


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Seattle/Wien. Sind wir alleine? Wenn das Universum überall aus den gleichen Grundbausteinen besteht, dann vielleicht nicht. Allerdings gibt es Milliarden von Galaxien. Die Suche nach Leben auf entfernten Planeten ist daher ein höchst komplexes Unterfangen mit unzähligen Möglichkeiten und Ungewissheiten. Naturgemäß schleichen sich Fehler ein: Zu den plakativsten Beispielen zählten ein "Sensationsbericht" in den 1970er Jahren über Leben auf dem Mars oder die "Entdeckung" fossiler Weltraum-Mikroben in einem Meteoriten in den 1990ern.

Rund 2000 Planeten bei anderen Sternen sind derzeit bekannt. Die schiere Zahl nährt Hoffnungen, dass irgendwo in unserem Kosmos andere Welten existieren, idealerweise mit blühenden Landschaften und freundlich gesinnten Wesen. Doch je intensiver die Suche, desto komplexer wird alles. Jüngst zeigte sich, dass Sauerstoff sich sogar durchaus auch ohne Leben bildet. Und was, wenn nicht das, gilt als Lebenszeichen?

Leben ohne Sauerstoff

Derzeit konzentriert sich die Astrobiologie darauf, eine wachsende Anzahl an Exoplaneten zu charakterisieren und festzustellen, ob sie in der bewohnbaren Zone ihrer Heimatsterne kreisen, wo die Temperaturen flüssiges Wasser ermöglichen. Nach Spuren von Biologie suchen sie in den Planeten-Atmosphären.

Parallel dazu weitet sich die Definition dessen aus, was Leben ist. Auf der Erde entdecken Forscher Ökosysteme in unerwarteten Umgebungen. Die Urform heutiger Lebewesen ernährte sich etwa von Gasen und liebte es heiß. Diese einfachen Einzeller benötigten keinen Sauerstoff und gediehen vor 3,8 Milliarden Jahren bei 100 Grad Celsius in Hydrothermalquellen in der Tiefsee. Hätten Wesen von anderen Planeten damals unsere Atmosphäre auf Spuren davon untersucht, wären sie bald wieder abgezogen.

Auch unter dem Eisschild evolvieren ganze Ökosysteme bei Kälte und ohne Licht. Würde man Lebensräume jenseits von Pflanze, Tier und Mensch unberücksichtigt lassen, wäre das eine Missdeutung der Erdgeschichte, meinen Forscher der Nasa. Astronomen und Astrobiologen des Netzwerks Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) trafen sich diese Woche zu einem Workshop in Seattle im US-Bundesstaat Washington, um die Konsequenzen der neuen Erkenntnisse für die Planetenjagd zu erörtern. Ab 2018 kommt nämlich die nächste Generation an Weltraumteleskopen zum Einsatz. Im Vorfeld versuchen die Forscher, ihre Fragestellungen zu schärfen. Es gilt zu begreifen, wie die Natur Spuren, genannt Biosignaturen, von Leben wie wir es kennen, hinterlassen kann, ohne dass ein solches vorhanden ist. Parallel dazu versucht man, so breit wie möglich darüber nachzudenken, welche anderen biochemischen Umwelten Leben hervorbringen könnten.

Biologische Spurensuche

Zur Methodik bisher: Das Kepler-Teleskop sieht die Helligkeitsschwankungen, die ein Planet vor seiner Sonne verursacht, wenn er an ihr vorbeizieht. Je größer der Planet ist, desto stärker verdunkelt er seinen Stern. Kreisende Planeten üben außerdem eine Anziehungskraft auf ihre Sonne aus. Zum Ausgleich lehnt sich die Sonne dagegen. Anhand dieser Ausgleichsbewegung lassen sich Gravitation und Masse des Planeten errechnen und aus Größe und Masse die Dichte. Sie verrät, ob es sich um einen Gesteinsplaneten handelt, wie die Erde einer ist.

Um herauszufinden, ob es dort Wasser, Pflanzen oder gar Tiere gibt, suchen die Forscher nach biologischen Spuren der lebensspendenden Elemente in den Planeten-Atmosphären. Sauerstoff mit Methan und Wasser ist der spektrale Abdruck von bekanntem Leben. "Wenn sich ein Planet vor seine Sonne schiebt, filtert seine Atmosphäre einen Teil des Sonnenlichts. Wir fangen das gefilterte Licht ein und spalten es in seine Lichtfarben auf. Wenn alle Farben die gleiche Intensität haben, trägt die Atmosphäre keine Hinweise auf Leben", sagt die österreichische Planetenforscherin Lisa Kaltenegger, die an der Universität Cornell nach Exoplaneten sucht. Verlieren die Lichtfarben jedoch stellenweise an Intensität, gilt das als Zeichen dafür, dass dort Energie fehlt, weil sie von einem Wasser-, Methan- oder Ozon-Molekül aufgenommen wurde. Doch genau hier liegt die Krux: Es stellt sich nämlich heraus, dass große Mengen an Sauerstoff unter Extrembedingungen auch ohne Leben erzeugt werden können, wie Victoria Meadows vom Virtual Planet Laboratory der University of Washington zeigen konnte. Somit läuft die Methode Gefahr, zu falsch-positiven Ergebnissen zu kommen.

Sara Seager und William Bains vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge untersuchen daher die Unzahl von 14.000 anderen Molekülen, die stabil genug wären, um sich in einer Planeten-Atmosphäre aufzuhalten. "Warum erzeugt irdisches Leben typische Gase? Hinterlässt Leben auch andere Spuren? Selbst auf der Erde gedeihen Mikroben in Radioaktivität oder in Plastik. Je mehr man sucht, desto mehr findet man", betont Bains auf der NExSS-Homepage.

Suche nach dem Unbekannten

Es gilt also, etwas zu suchen, das man nicht kennt. Biosignaturen seien nur der erste Schritt, um sich den Vorgängen zu nähern, die sich auf Exoplaneten zutragen könnten. Jede Welt weise ihre eigenen physisch-chemischen Bedingungen auf, betont Victoria Meadows: "Planeten sind schwierig, weil wir nicht annehmen können, dass sie alle gleich funktionieren." Ihre Geheimnisse lassen sie sich nicht einfach entreißen. So gibt es Planeten so groß wie die Erde im lebensfreundlichen Abstand zu ihrer Sonne, aber ohne Wasser. Photochemische Reaktionen können allerdings Wasser in ihrer Atmosphäre erzeugen, das zu Wasserstoff aufspaltet. Das Ergebnis ist eine Atmosphäre mit Sauerstoff - und sonst nichts.

Somit muss eine ganze Reihe von Umständen ineinandergreifen, damit Leben nicht nur entsteht, sondern auch evolviert. Ob dieses Wunder nur hier geklappt hat, ist völlig offen.