Auf der Suche nach außerirdischen Lebewesen ist unser erster Blick auf Außerirdische möglicherweise auf den Regenbogen von Farben gerichtet, der von der Oberfläche eines Exoplaneten aus zu sehen ist.
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Das ist die täuschend einfache Idee einer Studie von Siddharth Hegde am Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland. Pflanzen auf der Erde geben unserem Planeten in Lichtjahren Entfernung einen charakteristischen Farbton im nahen Infrarot, ein Phänomen, das als rote Kante bezeichnet wird. Das liegt daran, dass das Chlorophyll in Pflanzen die meisten sichtbaren Lichtwellen absorbiert, aber für Wellenlängen am rötlicheren Ende des Spektrums durchlässig wird. Ein außerirdischer Blick auf die Erde durch ein Teleskop könnte diese reflektierte Farbe mit dem Vorhandensein von Sauerstoff in unserer Atmosphäre in Einklang bringen und daraus schließen, dass hier Leben ist.
Pflanzen gibt es jedoch erst seit 500 Millionen Jahren - ein relativer Ausrutscher in der 4, 6-Milliarden-jährigen Geschichte unseres Planeten. Mikroben beherrschten die Szene in der Vergangenheit etwa 2, 5 Milliarden Jahre lang, und einige Studien deuten darauf hin, dass sie die Erde für einen Großteil ihrer Zukunft wieder beherrschen werden. So sammelten Hegde und sein Team 137 Arten von Mikroorganismen, die alle unterschiedliche Pigmente aufweisen und Licht auf spezifische Weise reflektieren. Durch den Aufbau einer Bibliothek mit den Reflexionsspektren der Mikroben - den Farbtypen, die mikroskopisch kleine Lebewesen aus der Ferne reflektieren - können Wissenschaftler, die das Licht von bewohnbaren Exoplaneten untersuchen, eine Vielzahl von möglichen Signalen zur Suche haben, argumentiert das Team diese Woche in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften .
"Niemand hatte sich die Vielfalt des Lebens auf der Erde angesehen und gefragt, wie wir dieses Leben möglicherweise auf anderen Planeten entdecken und Leben aus extremen Umgebungen auf der Erde einbeziehen könnten, die auf anderen Planeten die" Norm "sein könnten", sagte Lisa Kaltenegger. Ein Co-Autor der Studie, sagt per E-Mail. "Sie können es verwenden, um eine Erde zu modellieren, die anders ist und eine andere weit verbreitete Biota hat, und um zu sehen, wie sie für unsere Teleskope aussehen würde."
Um eine ausreichende Vielfalt zu gewährleisten, untersuchten die Forscher Mikroben in gemäßigten Klimazonen sowie Lebewesen, die in extremen Umgebungen wie Wüsten, Mineralquellen, hydrothermalen Quellen oder vulkanisch aktiven Gebieten leben.
Während es so aussehen mag, als ob außerirdisches Leben eine Vielzahl von Formen annehmen könnte - zum Beispiel die silikonbasierte Horta von Star Trek - ist es möglich, Dinge einzugrenzen, wenn wir die Suche auf das Leben beschränken, wie wir es kennen. Erstens wird jede Lebensform, die auf Kohlenstoff basiert und Wasser als Lösungsmittel verwendet, die kurzen Wellenlängen des Lichts im ultravioletten Bereich nicht mögen, da dieses energiereiche UV organische Moleküle schädigen kann. Am anderen Ende des Spektrums wird kein Molekül, das fremde Pflanzen (oder ihre Analoga) zur Photosynthese verwenden, Licht auffangen, das zu weit im Infrarot liegt, da bei diesen längeren Wellenlängen nicht genügend Energie vorhanden ist.
Außerdem ist fernes Infrarotlicht in einer erdähnlichen Atmosphäre nur schwer zu erkennen, da die Gase viele dieser Wellen blockieren und die vom Planeten abgegebene Wärme jedes Signal des Oberflächenlebens übertönt. Das heißt, die Forscher beschränkten ihre Bibliothek auf die reflektierten Farben, die wir sehen können, wenn wir Wellenlängen im sichtbaren Teil des Spektrums betrachten, die langwelligste UV- und kurzwellige Infrarotstrahlung.
Die Bibliothek wird nicht viel nutzen, wenn wir die Oberflächen der Planeten überhaupt nicht sehen können, und hier kommt die nächste Generation von Teleskopen ins Spiel, sagt Kaltenegger. Das James-Webb-Weltraumteleskop, dessen Start für 2018 geplant ist, sollte die Spektren relativ kleiner Exoplanetenatmosphären sehen und Wissenschaftlern dabei helfen, ihre chemischen Zusammensetzungen zu bestimmen, aber es wird keine reflektierten Spektren von Material an der Oberfläche sehen können . Zum Glück gibt es noch andere geplante Teleskope, die die Arbeit erledigen sollten. Das europäische Extrem Large Telescope, ein 40-Meter-Instrument in Chile, wird bis 2022 fertiggestellt sein. Das finanzierte und in der Entwicklungsphase befindliche Wide Field Infrared Survey Telescope der NASA soll Mitte der 2020er Jahre in Betrieb genommen werden.
Ein weiteres Problem ist, ob natürliche geologische oder chemische Prozesse wie Leben aussehen und ein falsches Signal erzeugen können. Bisher sehen die Pigmente aus Lebewesen anders aus als die Mineralien, aber das Team hat auch nicht alle Möglichkeiten geprüft, sagt Kaltenegger. Sie hoffen, in Zukunft weitere Tests durchführen zu können, wenn sie die digitale Bibliothek aufbauen, die jetzt online ist und von jedermann unter biosignatures.astro.cornell.edu erkundet werden kann.
"Mit diesem Katalog können wir unseren Suchraum und unsere Vorstellungskraft erweitern", sagt Kaltenegger.
