Auf der Suche nach dem roten Rand: Wie die Wälder der Erde den Außerirdischen sagen, wo wir leben

Die Leute sind immer besorgt, dass außerirdische Zivilisationen die Übertragungen unserer alten Radiosendungen und Fernsehsendungen entdecken und die Invasionsflotte einsenden. Aber die Realität ist, dass das Leben selbst seit 500 Millionen Jahren die Existenz von Leben auf der Erde ausstrahlt.

Schuld daran sind die Pflanzen.

Pflanzen füllen nicht nur die Atmosphäre mit Sauerstoff, sondern geben auch eine ganz bestimmte Wellenlänge ab, die in der Infrarotstrahlung sichtbar ist. Es ist die Art von Signal, nach der andere Zivilisationen suchen könnten, während sie die Galaxie scannen.

Auch danach werden wir suchen.

Aber geben Sie nicht nur den Pflanzen die Schuld. Auch andere Lebensformen haben Signale ausgesendet, Signale, nach denen wir suchen können, wenn wir neue Exoplaneten entdecken und uns fragen, ob es dort Leben gibt.

Galileo-Raumsonde der NASA wurde am 18. Oktober 1989 gestartet. Ihre Mission war es natürlich, zum Jupiter zu fliegen und in die Umlaufbahn zu gehen, um den Planeten und seine Monde jahrelang zu studieren.

Leider hatte die NASA nicht die schwere Oberstufenrakete, mit der sie das Raumschiff direkt zum Jupiter schicken wollten. Stattdessen planten sie eine Reihe cleverer Vorbeiflugmanöver, die der Raumsonde die erforderliche Geschwindigkeit verleihen würden, um zum Jupiter zu gelangen.

Zuerst flog es am 10. Februar 1990 an der Venus vorbei, dann am 8. Dezember an der Erde und genau zwei Jahre später wieder an der Erde.

Galileis Bild der Erde und des Mondes bei einem Vorbeiflug. Bildnachweis: NASA/JPL/USGS

Als Galileo die Erde passierte, machte es Fotos von Erde und Mond, die unseren Planeten aus einem einzigartigen Blickwinkel zeigten.

Carl Sagan hat sich die Bilder angeschaut und Daten von Galileo und erklärten, dass die Raumsonde „Beweise für reichlich gasförmigen Sauerstoff, ein weit verbreitetes Oberflächenpigment mit einer scharfen Absorptionskante im roten Teil des sichtbaren Spektrums und atmosphärisches Methan in extremen thermodynamischen Ungleichgewichten“ gefunden habe.

Mit anderen Worten, Galileo hatte das Leben auf der Erde entdeckt.

Ein farbiges zusammengesetztes Bild der Erde, das am 22. September von der MapCam-Kamera der NASA-Raumsonde OSIRIS-REx aufgenommen wurde. Bildnachweis: NASA/Goddard/University of Arizona

Tatsächlich, wenn OSIRIS-REx-Mission der NASA einen ähnlichen Vorbeiflug machten, führten die Forscher der Mission das Experiment erneut durch und stellten diesmal fest, dass die Atmosphäre der Erde Methan-, Sauerstoff- und Ozonwerte enthielt, die viel höher waren, als man von einer toten Welt erwarten würde.

Wieder einmal entdeckten Astronomen, dass es Leben auf der Erde gibt.

Sie fanden auch heraus, dass der Kohlendioxidgehalt im Jahr 2017 um 14 % höher war, sowie 12 % mehr Methan, als Galileo 30 Jahre zuvor die gleichen Beobachtungen machte.

Beispiele der Erde in verschiedenen Epochen: Illustration von Wendy Kenigsberg/Cornell Brand Communications

Können wir diese Technik verwenden, um Leben auf anderen Welten zu finden?

In einem kürzlich erschienenen Zeitschriftenartikel mit dem Titel „ Erweiterung der Zeitleiste für die photosynthetische Red Edge Biosignatur der Erde “ erforschen die Forscher Jack T. O’Malley-James und Lisa Kaltenegger, wie die Erde in den letzten Jahrmilliarden in verschiedenen Epochen ihrer Geschichte ausgesehen hätte. Und welche Art von Signalen sie aussenden würden, die von unseren Teleskopen erkannt werden könnten.

Besuchen Sie fast jeden Ort der Erde und Sie werden überall Pflanzen sehen. Bäume, Dschungel, Gräser, sogar die Ozeane sind voller Pflanzen.

Und seit ungefähr 500 Millionen Jahren ist Chlorophyll überall und verleiht Pflanzen ihre grüne Farbe, weil sie viel Licht bei 500 Nanometern reflektieren.

Es gibt viele Dinge, die in sichtbaren Wellenlängen grün aussehen können. Aber Pflanzen sind im Infrarotspektrum zwischen etwa 700 und 750 nm Wellenlänge stark reflektierend. Eine Größenordnung reflektierender als jeder andere Teil des Spektrums.

Von der NASA-Raumsonde MESSENGER aufgenommenes Bild der Erde, das die Wälder Südamerikas im Infraroten hervorhebt. Bildquelle: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Betrachten Sie die Erde in dieser ganz bestimmten Wellenlänge und sehen Sie, wie sie aufflammt. Das ist der rote Rand.

Doch nicht nur Pflanzen werden laut diesem neuen Papier ein deutliches Signal aussenden. Die Forscher haben das Leben auf der Erde zu verschiedenen Epochen zeitlich rückwärts modelliert, um zu simulieren, wie unser Planet für entfernte Beobachter aussehen würde.

Bevor Pflanzen sich durchsetzten, waren die erfolgreichsten Lebensformen Flechten, eine symbiotische Partnerschaft zwischen photosynthetischen Bakterien und Pilzen. Eine Landschaft aus Flechten sieht salbeifarben bis mintgrün aus. Diese Flechtenbedeckung hätte auch eine photosynthetische Red-Rand-Signatur erzeugt, die sich deutlich von einem Planeten unterschied, der von Pflanzen bedeckt war.

Zwischen 500 Millionen Jahren und 1,2 Milliarden Jahren hätte die Erde im Signal der Flechten gesendet.

Eine Phytoplanktonblüte im Eriesee vor der Küste von Toledo, Ohio. Bildquelle: NASA

Zuvor waren Cyanobakterien, wie die Algen, die Teiche bedecken, dominant und bedeckten Teile des Planeten. Und wieder hätte dies auch ein eigenes rotes Flankensignal erzeugt.

Vor 1,2 Milliarden bis 2 Milliarden Jahren strahlte die Erde Cyanobakterien aus.

Was ist, wenn außerirdische Welten keine Pflanzen haben? Auch andere Lebensformen erzeugen einen roten Rand. Einige Korallenarten spiegeln den Forschern zufolge im Infraroten sogar noch stärker. Sie sind hier auf der Erde nicht weit verbreitet, aber vielleicht könnten sie eine fremde Welt beherrschen.

Sogar einige Tiere, wie Meeresschnecken, haben eine Zunahme des roten Randes von 35%. Stellen Sie sich einen Planeten aus Meeresschnecken vor.

Wir müssen jedoch vorsichtig sein, es gibt einige Mineralien, die ein falsch positives Ergebnis liefern könnten. Zum Beispiel könnte ein vollständig toter Planet mit freiliegenden Gesteinen, die Quecksilbersulfid enthalten, den roten Rand nachahmen.

Jetzt wissen wir also, dass Chlorophyll oder eine ähnliche Chemikalie ein klarer Hinweis auf Leben auf einem extrasolaren Planeten sein könnte, welche Teleskope sind in Arbeit, um sie tatsächlich zu beobachten? Wann werden wir tatsächlich in der Lage sein, einen Planeten zu beobachten und zu wissen, ob dort fremde Pflanzen wachsen.

Die Radialgeschwindigkeitsmessung erkennt die Dopplerverschiebung aufgrund der Gravitationswechselwirkung eines Planeten und seines Sterns. Bildnachweis: NASA/JPL

Unsere Methoden zur Erkennung von Planeten verwenden derzeit die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der die Wellenlänge des Lichts eines Sterns rot- und blauverschoben ist, wenn seine Planeten ihn mit ihrer Schwerkraft herumreißen.

Dies sagt uns die Masse der Planeten, zeigt uns aber nicht, woraus sie bestehen.

Die Transit-Methode misst Licht, das blockiert wird, wenn ein Planet vor einem Stern vorbeizieht. Bildnachweis: NASA/JPL

Die Transitmethode misst die Lichtmenge, die blockiert wird, wenn ein Planet direkt zwischen uns und einem Stern vorbeigeht. Durch die Messung der Menge des abgedunkelten Sternenlichts können Astronomen die Größe des Planeten abschätzen.

Erst in den letzten Jahren haben Astronomen eine Technik entwickelt, um das vom Planeten selbst ausgehende Licht zu analysieren. Sie messen das chemische Spektrum des Lichts, das vom Stern und vom Planeten kommt, zusammen und trennen dann das, was gerade vom Planeten kommt.

Die drei Planeten, die im L98-59-System vom Transiting Exoplanet Survey Satellite der NASA entdeckt wurden, werden in dieser Abbildung in aufsteigender Größe mit Mars und Erde verglichen. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA

Mit dieser Technik haben Astronomen herausgefunden, dass Brutal heiße Planeten mit Wolken, die Eisen und Gestein enthalten. Wie üblich beginnen Astronomen damit, extreme Welten zu entdecken, und verfeinern dann ihre Techniken, wenn sie bessere Werkzeuge bekommen.

Aber die produktivste Methode wird die direkte Bildgebungsmethode sein. Dabei blockiert ein erd- oder weltraumgestütztes Teleskop das Licht des Sterns mit einem Koronographen, sodass nur das Licht des Planeten beobachtet werden kann.

Mit dieser Technik könnte ein leistungsstarkes Teleskop nur das Licht der Atmosphäre eines Planeten analysieren. Wir haben eine ganze Episode über diese Technik gemacht, aber ARIEL-Mission der ESA , das 2028 auf den Markt kommen soll, wird eines der ersten Instrumente sein, das sich der Erfassung der Atmosphären anderer Welten widmet.

Auch bodengestützte Superobservatorien wie das Magellan-Teleskop und das European Extremely Large Telescope werden in der Lage sein, die Atmosphären von Exoplaneten direkt vom Boden aus zu beobachten. Sie werden im Laufe des nächsten halben Jahrzehnts online gehen, sodass Sie nicht lange warten müssen.

Eine letzte Idee ist wirklich cool und verwendet eine Art reflektiertes Licht namens Planetenschein . Wenn sich der Mond auf einer sehr dünnen Sichel befindet, wird nur ein winziger Teil des Mondes von der Sonne beleuchtet. Der Rest wird durch reflektiertes Licht von der Erde beleuchtet. Wir nennen das Erdschein.

3D-Rendering des Mondes mit Erdschein im schattigen Teil des Mondes. Bildnachweis: NASA/GSFC

Indem Astronomen nur das reflektierte Licht auf dem Mond beobachteten, konnten sie tatsächlich unglaublich viel über die Erde lernen. Helligkeitsänderungen könnten es Astronomen ermöglichen, die Kontinente auf der Erde zu kartieren und die Größe der Ozeane unseres Planeten zu bestimmen. Sie konnten Wettermuster erkennen, und im Laufe der Jahreszeiten veränderte die Schneedecke in der Nähe der Pole die vom Mond reflektierte Lichtmenge.

Und die reflektierte Infrarotstrahlung könnte dank des reflektierten roten Randes das Vorhandensein von Pflanzen auf der Erde anzeigen.

Wann immer Wissenschaftler vorschlagen, ein Signal in den Weltraum zu senden, um außerirdische Zivilisationen darüber zu informieren, dass wir hier sind, machen Sie sich keine Sorgen über eine außerirdische Invasion. Alle Außerirdischen, die nahe genug sind, um diese Signale zu empfangen, wissen bereits, dass wir hier sind. Unsere Pflanzen, Flechten und Bakterien haben uns vor Millionen und sogar Milliarden von Jahren aufgegeben.

Aber trösten Sie sich, wenn unsere neuen Teleskope online gehen, werden auch ihre Pflanzen sie verraten.