Die Suche nach Leben fern der Erde

10. Februar 2016, 05:30
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Bei einer Großkonferenz diese Woche in Wien diskutieren Physiker grundlegende Fragen der Menschheit – zum Beispiel: Sind wir alleine im Universum?

Wien – Die Suche nach extraterrestrischem Leben beschäftigt Physiker seit vielen Jahren. Dabei erwarten sie keine grünen Männchen. Schon der Hinweis auf ein Bakterium auf einem Planeten wäre eine Sensation und würde zu einer "wissenschaftlichen Revolution" führen, sagt der Schweizer Astrophysiker Manuel Güdel, stellvertretender Vorstand des Instituts für Astrophysik an der Universität Wien. Einer seiner Forschungsschwerpunkte ist die Suche nach habitablen Planeten, wo Leben also zumindest vorstellbar ist, finanziert über ein Nationales Forschungsnetzwerk (NFN) des Wissenschaftsfonds FWF.

Nun hat Güdel eine internationale Großkonferenz zum Thema nach Wien geholt, "The Astrophysics of Planetary Habitability" läuft noch bis 12. Februar an der Universität Wien. Dabei treffen einander Astrophysiker, Geowissenschafter und Atmosphärenphysiker. Um alle Bedingungen für habitable Planeten zu besprechen, müssen Wissenschafter mindestens dieser drei Fächer vertreten sein.

Um welche Voraussetzungen handelt es sich dabei? Güdel stellt fest: "Ohne flüssiges Wasser werden wir nirgendwo Leben finden können." Die zweite Bedingung sei eine Atmosphäre, die dritte eine feste Oberfläche. Der Wissenschafter sagt, die Temperaturen auf der Oberfläche dürften nicht zu hoch und nicht zu niedrig sein. Wenn der Stern dem Planeten zu nahe ist, verdampft das Wasser und entflieht in den Weltraum, wenn er zu weit weg ist, ist das Wasser nur im gefrorenem Zustand vorhanden. In beiden Fällen wäre Leben nicht möglich. Die Atmosphäre der Erde ist genau richtig. Die Atmosphäre des Mars sei "knapp zu dünn", doch wäre flüssiges Wasser auf dem Mars für kurze Zeit möglich, aber eben nur für kurze Zeit.

Zone für Bewohnbarkeit

Wichtig ist auch die Röntgenstrahlung des Sterns, die in der Hochatmosphäre des Planeten stecken bleibt: Ist sie zu stark, dampft sie die Atmosphäre Schicht für Schicht ab, bis sie eventuell ganz in den Weltraum verschwunden ist.

Generell werden Planeten als bewohnbar klassifiziert, wenn sie sich in der sogenannten habitablen Zone befinden. "Das ist eine Region um Sterne, wo Wasser auf einer Planetenoberfläche flüssig sein kann", sagt die US-amerikanische Astrophysikerin Victoria Meadows, Professorin an der University of Washington und Leiterin des dortigen Virtual Planetary Laboratory, die sich ebenfalls für die Konferenz derzeit in Wien aufhält. Weitere wichtige Parameter für die potenzielle Bewohnbarkeit eines Planeten sind, ob je Wasser vorhanden war und ob es gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum erhalten blieb.

Noch vor einigen Jahren war die Forschung zu bewohnbaren Planeten ein rein theoretisches Unterfangen: Es gab keine experimentellen Indizien dafür, ob es tatsächlich bewohnbare Planeten gibt. Das hat sich mit der Kepler-Mission geändert, die im März 2009 gestartet wurde, um nach Exoplaneten, also Planeten in einem anderen Sonnensystem als dem unseren, zu suchen – mit Erfolg. "Durch die Kepler-Mission haben wir die Bestätigung bekommen, dass es tatsächlich Planeten in habitablen Zonen gibt", sagt Meadows. "Es ist jetzt eine sehr spannende Zeit für dieses Forschungsfeld, weil wir gerade die ersten Informationen aus Beobachtungen bekommen."

Nun gilt es weitere habitable Planeten zu finden und die bereits entdeckten noch besser zu erforschen. Güdel meint, dass es in unserer Milchstraße mehrere Milliarden Exoplaneten in der habitablen Zone geben könnte. Ob diese Planeten eine Atmosphäre haben, könne man derzeit nicht mit Sicherheit sagen. Wissenschafter erhoffen sich etwa durch das 2018 startende Weltraumteleskop James Webb der US-amerikanischen Weltraumbehörde Nasa und der Europäischen Weltraumorganisation Esa entscheidende Fortschritte.

"Das wird unsere Gelegenheit sein, nach Leben jenseits unseres Sonnensystems Ausschau zu halten", sagt Meadows. Der Nachfolger des Hubble Telescope wird auch unter Beteiligung der Wiener Astrophysiker Exoplaneten systematisch scannen, um die Gegenwart von lebensfreundlichen Atmosphären nachzuweisen.

Hightech-Kathedrale

Auch das European Extremely Large Telescope (E-ELT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in der chilenischen Atacamawüste sollte in der Lage sein, entsprechende Nachweise zu finden. Das neue Megawerkzeug der Astrophysiker wurde schon vor Baubeginn aufgrund seiner Dimensionen – es wird einen Hauptspiegel mit 39 Meter Durchmesser erhalten – als Hightech-Kathedrale der Wissenschaft bezeichnet. Die Fertigstellung wird laut Güdel bis 2025 dauern.

Schon Ende 2017 soll ein ehrgeiziges Projekt der Esa gestartet werden: Cheops wird Exoplaneten in der unmittelbaren Nähe der Erde beobachten und analysieren. An dieser dreieinhalb Jahre dauernden Mission sind unter anderem die Uni Wien und das Grazer Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) beteiligt. Mitte der 2020er-Jahre schließlich folgt – wieder mit Wiener und Grazer Beteiligung – die Esa-Mission Plato, die eine Million Sterne nach erdähnlichen Planeten absuchen wird.

Doch bevor die aufwendigen Missionen starten, müssen theoretische Überlegungen angestellt werden, wo und wonach genau es sich zu suchen lohnt. "Die Missionen brauchen viel Zeit und Geld, daher ist die theoretische Forschung jetzt wichtig, um schließlich die richtigen Ziele zu wählen", sagt Meadows. Im Virtual Planetary Laboratory nutzen sie und ihr Team Computermodelle, um die Wechselwirkung eines Planeten mit seiner Umgebung zu simulieren.

Dahinter steht die Frage: Welche Arten von Wechselwirkungen befähigen einen Planeten, Leben zu beheimaten? Denn nur, weil ein Planet nach außen hin den Anschein macht, Leben zu beheimaten, muss das noch lange nicht stimmen. Ein Beispiel: Durch spezielle Wechselwirkungen mit seinem Stern könnte es bei manchen Planeten möglich sein, dass Sauerstoff produziert wird, ohne dass tatsächlich Leben dahintersteht. Die Existenz von Sauerstoff wäre in diesem Fall nur ein trügerisches Indiz für Leben.

Flüssiges Wasser, Sauerstoff und andere Biosignaturen, die auf Leben hindeuten, werden als "Finds of Life" beschrieben. Noch bevor aufwendig nach diesen gesucht wird, muss geklärt werden, was verlässliche Indizien für Leben sind. Meadows: "Wir werden bald nach ihnen suchen, und wir wollen sichergehen, dass wir dabei nicht getäuscht werden." (Peter Illetschko, Tanja Traxler, 10.2.2016)

  • Die Hot Jupiters (im Bild eine Collage von Bildern der Esa und Nasa) sind eine Gruppe von Exoplaneten, deren Masse etwa der des Jupiters entspricht. Links oben zu sehen ist WASP-12b, auf dem hohe Konzentrationen von Kohlenstoff entdeckt wurden, in seiner Atmosphäre wurde Wasserdampf nachgewiesen. Es folgen im Uhrzeigersinn WASP-6b, WASP-31b, WASP-39b, HD 189733b, HAT-P-12b, WASP-17b, WASP-19b, HAT-P-1b und HD 209458b.
    foto: apa/afp/nasa/esa/hubble

    Die Hot Jupiters (im Bild eine Collage von Bildern der Esa und Nasa) sind eine Gruppe von Exoplaneten, deren Masse etwa der des Jupiters entspricht. Links oben zu sehen ist WASP-12b, auf dem hohe Konzentrationen von Kohlenstoff entdeckt wurden, in seiner Atmosphäre wurde Wasserdampf nachgewiesen. Es folgen im Uhrzeigersinn WASP-6b, WASP-31b, WASP-39b, HD 189733b, HAT-P-12b, WASP-17b, WASP-19b, HAT-P-1b und HD 209458b.

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