Selbst wenn Exoplaneten Atmosphären mit Sauerstoff haben, bedeutet dies nicht, dass es dort Leben gibt

Bei ihren Bemühungen, Beweise für Leben außerhalb unseres Sonnensystems zu finden, sind Wissenschaftler gezwungen, den Ansatz der „niedrig hängenden Früchte“ zu verfolgen. Im Grunde geht es darum zu bestimmen, ob Planeten „potenziell bewohnbar“ sein könnten, basierend darauf, ob sie warm genug wären, um flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche und dichte Atmosphären mit genügend Sauerstoff zu haben.

Dies ist eine Folge der Tatsache, dass die bestehenden Methoden zur Untersuchung entfernter Planeten weitgehend indirekt sind und die Erde nur ein Planet ist, der uns bekannt ist, der in der Lage ist, Leben zu unterstützen. Aber was ist, wenn Planeten mit viel Sauerstoff nicht garantiert Leben produzieren? nach a neue Studie von einem Team der Johns Hopkins University, könnte dies durchaus der Fall sein.

Die Ergebnisse wurden in einer Studie mit dem Titel „ Gasphasenchemie kühler Exoplanetenatmosphären: Erkenntnisse aus Laborsimulationen “, die kürzlich in der wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht wurdeACS Erde und WeltraumChemie.Für ihre Studie simulierte das Team die Atmosphären extrasolarer Planeten in einer Laborumgebung, um zu zeigen, dass Sauerstoff nicht unbedingt ein Lebenszeichen ist.

Auf der Erde macht Sauerstoffgas etwa 21% der Atmosphäre aus und entstand als Ergebnis der Photosynthese, die im Großen Oxygenierungsereignis (vor ca. 2,45 Milliarden Jahren) gipfelte. Dieses Ereignis hat die Zusammensetzung der Erdatmosphäre drastisch verändert, von einer Zusammensetzung aus Stickstoff, Kohlendioxid und Edelgasen zu dem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch, das wir heute kennen.

Wegen seiner Bedeutung für die Entstehung komplexer Lebensformen auf der Erde gilt Sauerstoffgas als eines der wichtigsten Biosignaturen bei der Suche nach möglichen Hinweisen auf Leben außerhalb der Erde. Schließlich ist Sauerstoffgas das Ergebnis photosynthetischer Organismen (wie Bakterien und Pflanzen) und wird von komplexen Tieren wie Insekten und Säugetieren verbraucht.

Aber wenn es darauf ankommt, wissen Wissenschaftler nicht viel darüber, wie verschiedene Energiequellen chemische Reaktionen auslösen und wie diese Reaktionen Biosignaturen wie Sauerstoff erzeugen können. Während Forscher photochemische Modelle auf Computern laufen ließen, um vorherzusagen, was Exoplanetenatmosphären erzeugen könnten, fehlten echte Simulationen in einer Laborumgebung.

Das Forschungsteam führte seine Simulationen mit der speziell entwickelten Planetary HAZE (PHAZER)-Kammer im Labor von Sarah Hörst, einer Assistenzprofessorin für Erd- und Planetenwissenschaften an der JHU und einer der Hauptautoren des Papiers, durch. Die Forscher begannen mit der Herstellung von neun verschiedenen Gasgemischen, um die Atmosphären von Exoplaneten zu simulieren.

Künstlerische Darstellung der unserem Sonnensystem am nächsten gelegenen Supererde. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser

Diese Mischungen stimmten mit Vorhersagen über die beiden häufigsten Arten von Exoplaneten in unserer Galaxie überein – Supererden und Mini-Neptune. In Übereinstimmung mit diesen Vorhersagen bestand jede Mischung aus Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak und Methan und wurde dann auf Temperaturen im Bereich von 27 bis 370 °C (80 bis 700 °F) erhitzt.

Das Team injizierte dann jede Mischung in die PHAZER-Kammer und setzte sie einer von zwei Energieformen aus, von denen bekannt ist, dass sie chemische Reaktionen in Atmosphären auslösen – Plasma aus Wechselstrom und ultraviolettem Licht. Während erstere elektrische Aktivitäten wie Blitze oder energetische Teilchen simulierten, simulierte das UV-Licht das Licht der Sonne – dem Hauptantrieb chemischer Reaktionen im Sonnensystem.

Nachdem das Experiment drei Tage lang ununterbrochen gelaufen war, was der Dauer der Exposition von atmosphärischen Gasen im Weltraum einer Energiequelle entspricht, maßen und identifizierten die Forscher die entstehenden Moleküle mit einem Massenspektrometer. Sie fanden heraus, dass in mehreren Szenarien Sauerstoff und organische Moleküle produziert wurden. Dazu gehörten Formaldehyd und Blausäure, die zur Produktion von Aminosäuren und Zuckern führen können.

Eine CO2-reiche Planetenatmosphäre, die im Labor von Sarah Hörst einer Plasmaentladung ausgesetzt wurde. Bildnachweis: Chao He

Kurz gesagt, das Team konnte zeigen, dass sowohl Sauerstoffgas als auch die Rohstoffe, aus denen Leben entstehen könnte, durch einfache chemische Reaktionen erzeugt werden können. Chao He, der Hauptautor der Studie, erklärte:

„Früher schlugen die Leute vor, dass Sauerstoff und organische Stoffe zusammen vorhanden sind, was Leben anzeigt, aber wir haben sie in mehreren Simulationen abiotisch hergestellt. Dies deutet darauf hin, dass selbst das gleichzeitige Vorhandensein allgemein akzeptierter Biosignaturen ein lebenslang falsch positives Ergebnis sein könnte.“

Diese Studie könnte erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems haben. In Zukunft werden uns Teleskope der nächsten Generation die Möglichkeit geben, Exoplaneten direkt abzubilden und Spektren aus ihrer Atmosphäre zu erhalten. In diesem Fall muss die Anwesenheit von Sauerstoff möglicherweise als potenzielles Zeichen für die Bewohnbarkeit überdacht werden. Zum Glück gibt es noch viele potenzielle Biosignaturen, nach denen gesucht werden muss!

Weiterlesen: JHU , ACS Erd- und Weltraumchemie