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Sternengeschichten Folge 464: Biosignaturen: Auf der Suche nach außerirdischem Leben

In der heutigen Folge der Sterngeschichten geht es um die Suche nach außerirdischem Leben. Und weil das so dramatisch und nach Science Fiction klingt, fangen wir mit ein paar ernüchternden Bemerkungen an. Es geht NICHT um UFOs, es geht auch nicht um irgendwelche Alien-Städte auf anderen Planeten. Es geht um nichts von dem, was man sich meistens vorstellt, wenn man an “außerirdisches Leben” denkt. Denn da stellt man sich – geprägt durch Jahrzehnte von Science-Fiction-Filmen, Serien und Bücher – ja fast zwangsläufig irgendwelche intelligten Wesen vor.

Das tun wir aber jetzt nicht. Wir bleiben bei “Leben”. Und das kann alles sein. Wir Menschen halten uns ja für ziemlich wichtig und haben oft das Gefühl, wir sind die wichtigsten Lebensformen auf der Erde. Und je nachdem wie man das betrachtet sind wir das auch manchmal. Aber wir sind nicht die einzigen Lebensformen hier und wir sind auch nicht die zahlreichsten. Vom Weltall aus sieht man uns nicht; höchstens die Lichter unserer Städte in der Nacht und auch nur, wenn man ausreichend nahe an der Erde ist. Was man sieht sind Pflanzen; die für die grüne Färbung der Kontinente verantwortlich sind. Man sieht die grünen Algen in den Ozeanen und es gibt noch unzählige andere Mikroorganismen die man weder hier unten noch vom Weltall aus sehen kann. Die aber trotzdem einen enorm großen Einfluss auf unseren Planeten haben und DIESEN Einfluss kann man tatsächlich auch nachweisen, selbst wenn sich die Mikroorganismen auf einem anderen Himmelskörper befinden sollten.

Wenn ich im folgenden also von außerirdischem Leben spreche, dann meine ich diese Art von Leben. Keine Aliens mit fliegenden Autos, Laserschwertern und komischen Ohren. Sondern Pflanzen, Bakterien, grünen Schleim in irgendeinem Ozean. Das mag nicht so aufregend klingen wie das, was wir aus der Science Fiction kennen. Aber im Gegensatz zu den Aliens dort haben wir eine echte Chance, das “langweilige” außerirdische Leben auch tatsächlich zu entdecken, wenn es da sein sollte.

Das mag überraschend klingen. Eine hell leuchtende Alienstadt auf einem anderen Planeten ist doch viel besser zu sehen als irgendwelche außerirdische Bakterien? Ja, aber nur wenn man diesem Planeten sehr, sehr nahe ist. Und das sind wir den meisten Planeten nicht. Auf den Himmelskörpern in unserem Sonnensystem ist das anders, aber da wissen wir ja mittlerweile sehr gut, dass da keine Alienstädte rumstehen, die wir bisher übersehen haben. Bei den Mikroorganismen sieht es vielleicht anders aus, aber ich will vorerst mal über die Planeten anderer Stern reden.

Von denen haben wir mittlerweile ein paar tausend entdeckt. Wir wissen, dass Planeten im Weltall so häufig sind wie Sterne; häufiger sogar. Es gibt sie überall – aber sie sind schwer zu sehen. Bis auf ein paar wenige Ausnahmen haben wir all diese Planeten nur indirekt entdeckt. Wir wissen, dass sie da sind, weil sie mit ihrer Schwerkraft den Stern ein wenig zum Wackeln bringen. Oder ein klein wenig des Sternenlichts verdecken, wenn sie von uns aus gesehen gerade in der Sichtlinie stehen. Und da wir Sterne sehr gut beobachten können, können wir diese indirekten Effekte nachweisen und so auf die Existenz der Planeten schließen. Planeten, die selbst aber deutlich weniger gut sichtbar sind als die Sterne. Das liegt natürlich einerseits daran, dass ein Planet im Gegensatz zu einem Stern nicht selbst leuchtet sondern nur Licht seines Sterns reflektiert. Das liegt vor allem aber daran, dass so ein Planet SEHR viel kleiner ist als ein Stern, genau so wie der Stern enorm weit entfernt und alles Licht, dass er reflektiert noch dazu vom viel helleren Licht des Sterns überstrahlt wird.

Es ist also nicht leicht, einen Planeten eines anderen Sterns direkt zu sehen. Und dort, wo es funktioniert, sieht man auch nicht viel. Definitiv keine Alien-Städte. Man sieht gar nichts, außer einem Lichtpunkt. Daran wird sich auch in absehbarer Zukunft nichts ändern. Die kleinen und fernen Planeten anderer Sterne werden Lichtpunkte bleiben. Auch mit viel größeren Teleskopen werden wir sie nicht scharf genug sehen können, um dort Details der Oberfläche erkennen zu können.

Das ist aber auch gar nicht nötig. Wir in der Astronomie sind schlau 😉 Uns reicht auch ein Lichtpunkt! Denn wenn wir Licht in unsere Messinstrumente kriegen, das von einem Planeten reflektiert worden ist, können wir damit jede Menge tolle Dinge anstellen. Zum Beispiel Spektroskopie betreiben. Davon habe ich ja schon öfter mal erzählt. Wir spalten das Licht in seine Bestandteile auf; wir schauen also zum Beispiel, wie viel rotes Licht reflektiert wird, wie viel blaues Licht, wie viel grünes Licht, und so weiter. Und das geht nicht nur mit den sichtbaren Farben, sondern auch denen, die unsere Augen nicht sehen können. Infrarotlicht oder Ultraviolettlicht zum Beispiel.

Wenn wir sowas mit dem Licht machen, dass die Erde von der Sonne ins All reflektiert – und wir haben das schon gemacht – dann kann man interessante Sachen sehen. Wir sehen, dass die Erde weniger rotes und blaues Licht reflektiert, als von der Sonne gekommen ist. Dafür aber viel grünes Licht. Irgendwas muss mit dem Licht also passieren, während es von der Erde reflektiert wird und dieses etwas ist in unserem Fall das Leben! Auf der Erde leben Pflanzen. Und die betreiben Fotosynthese. Das heißt, sie nutzen die Energie des Sonnenlichts um es in ihren Zellen in chemische Energie umzuwandeln. Die Pflanzen haben aber Vorlieben; sie nutzen nicht alle Farben des Lichts gleich gerne. Bzw. ist es den Pflanzen an sich egal, sie machen halt das, was man biochemisch mit den für die Fotosynthese zuständigen Molekülen wie dem Chlorophyll gemacht werden kann. Und mit grünem Licht kann das Chlorphyll eben nicht so viel anfangen – genau deswegen nimmt die Pflanze eben das rote und das blaue Licht und absorbiert einen Teil davon für die Fotosynthese, reflektiert aber das grüne Licht relativ ungenutzt. Was eigentlich nur eine andere Art ist zu sagen, dass Pflanzen grün sind.

Wenn auf der Erde nur ein einsamer Grashalm herumstehen würde, dann hätte das natürlich keine große Auswirkung auf das, was man vom All aus sehen kann. Aber weil bei uns sehr, sehr viele Pflanzen herumstehen, sehen wir in Summe doch einen Effekt. Im von der Erde reflektierten Licht ist weniger Blau und Rot, als man erwarten würde. Und wir sehen das deswegen, weil hier Pflanzen wachsen und Fotosynthese betreiben. Was wir mit Satelliten vom All aus messen können, könnten wir aber theoretisch auch von sehr viel weiter weg sehen. Für diese Analyse des Lichts spielt es vorerst keine Rolle, ob wir nur einen Lichtpunkt sehen oder eine ausgedehnte Erdkugel. Das heißt: Den Effekt der Pflanzen auf das von der Erde reflektierten Lichts kann man auch von anderen Sternen aus sehen. Und damit dort nachweisen, dass hier Leben existiert.

Das grüne Zeug da unten redet mit dem Rest des Alls!
Bild: NASA/Goddard/Arizona State University

Und umgekehrt heißt das: Wir können Leben auf anderen Planeten finden, wenn wir in der Lage sind, das von ihnen reflektierte Licht ausreichend genau zu analysieren. Das, was ich vorhin beschrieben habe ist ein sogenannter “Biomarker” bzw. eine “Biosignatur”. Also ein Effekt, der mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die Anwesenheit von Leben zurück zu führen ist. Davon gibt es einige: Methan zum Beispiel. In der Atmosphäre der Erde finden wir jede Menge Methan. Ein großer Teil davon kommt von Lebewesen; zum Beispiel von Kühen, die es wahlweise an ihrem vorderen oder hinteren Ende in die Luft entlassen. Genau genommen wird es aber nicht von den Kühen selbst produziert sondern vom Stoffwechsel der Mikroorganismen die in ihren Därmen leben. Und diese Mikroorganismen kriegen das genau so gut ohne Kühe hin. Methan ist ein Molekül, dass nicht für lange Zeit stabil ist. Nach ein paar Jahren bis Jahrzehnten wird es von der Sonnenstrahlung in seine Bestandteile aufgespalten. Wir sehen es deswegen in den vergleichsweise großen Mengen in unserer Atmosphäre, weil hier jede Menge Mikroorganismen existieren, die immer wieder neues produzieren.

Mit der Technik der Spektroskopie können wir auch nachweisen, ob sich in der Atmosphäre eines anderen Planeten Methan befindet. Das wäre ein Hinweis auf die Existenz von Leben. Allerdings kein eindeutiger Hinweis; denn es gibt auch geologische und chemische Prozesse, die ganz ohne die Anwesenheit von Leben Methan erzeugen. Auf dem Mars etwa haben wir Methan gemessen – wissen aber immer noch nicht, ob es dort von schnöder Geologie oder doch irgendwelchen im Marsboden lebenden Mikroorganismen erzeugt wird. Dazu müssten wir genauer nachsehen, was in dem Fall heißt, dass wir dort hinfliegen und vor Ort forschen müssen.

Das geht beim Mars, nicht aber bei den Planeten anderer Sterne. Dort können Biosignaturen wie die Anwesenheit von Methan immer nur Indizen sein, aber keine Beweise. Auch Sauerstoff ist ein Biomarker: Die große Menge dieses Elements in der Erdatmosphäre wird durch die Lebewesen erzeugt. Würde das Leben verschwinden, würde auch der Sauerstoffanteil deutlich sinken, genau so wie er erst entstanden ist, als Lebewesen darauf gekommen sind, wie sie Sauerstoff als Stoffwechselprodukt erzeugen können.

Kein einzelner Biomarker kann eindeutig die Existenz von Leben nachweisen. Aber sollten wir mal einen Planeten finden, auf dem wir eine ganze Reihe unterschiedlicher Biosignaturen entdecken, wäre das schon eine ziemlich spannende und deutliche Sache. Das wird aber noch ein wenig dauern. Bis jetzt haben wir nur eine Handvoll Planeten direkt beobachtet und das waren alles Spezialfälle wo die Planeten sehr groß, sehr heiß oder sehr weit von ihrem Stern entfernt waren. Auf jeden Fall aber Planeten auf denen Leben wie wir es verstehen nicht existieren kann. “Normale” Planeten, also von der Größe der Erde, in einem vernünftigen Abstand zu ihren Stern liegen derzeit noch außerhalb der technischen Reichweite unserer Teleskope. Aber das kann und wird sich ändern. Dann können wir mehr Planeten direkt beobachten als heute und schauen, was es da zu entdecken gibt.

Natürlich basieren die Biosignaturen darauf, dass anderswo Leben existiert, dass so funktioniert wie das Leben hier auf der Erde, zumindest im Prinzip. Das muss natürlich nicht so sein, das weiß auch die Astronomie. Aber wir wissen noch nicht genau genug, wie Leben ANDERS funktionieren kann. Wir wissen ja nicht einmal, warum das Leben auf der Erde so entstanden ist, wie es entstanden ist. Daher wissen wir auch nicht, welche Biosignaturen so ein potenzielles anderes Leben erzeugen würde. Und wir können nicht nach etwas suchen, von dem wir nicht wissen, wie wir es bemerken sollen, wenn wir es gefunden haben. Also müssen wir uns zwangsläufig darauf beschränken, nach der Art von Leben zu suchen, das wir verstehen.

Aber wenn es diese Art von Leben irgendwo da draußen gibt, dann stehen die Chancen gut, dass wir es auch finden werden.

Kommentare (11)

  1. #1 Captain E.
    15. Oktober 2021

    Mir fällt da die Geschichte ein, wie einst die sowjetische Wissenschaft eine Planetensonde vorbereitet hatte. Ein Gerät an Bord dieser Sonde war ein sogenannter “Lebensdetektor”. Zum Glück kam einer auf die Idee, das Ding vielleicht doch besser erst einmal auf der Erde zu testen. Das höchst unbefriedigende Testergebnis war nämlich, dass es in Sibirien kein Anzeichen von Leben gab. Ob man das Gerät danach ausgebaut oder hinreichend verbessert hat, entzieht sich leider meiner Kenntnis.

  2. #2 Rob
    Oberland
    15. Oktober 2021

    War das eine der Venussonden? Es würde mich interessieren, wie das Ding genau funktioniert hat.

    Im Übrigen mache ich mir über den gegenteiligen Weg mehr sorgen, nämlich dass unsere Sonden schon längst unsere Nachbarplaneten kontaminiert haben.

  3. #3 Herr Senf
    hier
    15. Oktober 2021

    Elon Musk will doch auch den Mars besiedeln, muß vorbereitet werden 😉

  4. #4 Carsten Reese
    Schwanewede
    15. Oktober 2021

    Mit dem Start von PLATO (Planetary Transitions and Oscillations of stars) in 2026 wird sich die Kenntnis über extraterrestrisches Leben hoffentlich deutlich erweitern. PLATO ist darauf ausgelegt, erdgroße Planeten in der habitablen Zone von sonnenähnlichen Sternen zu finden. Darüber hinaus werden diese Sterne relativ nahe sein, bzw. relativ hell, so dass sich die von Florian angesprochenen spektroskopischen Messungen von der Erde aus vornehmen lassen.
    Man darf gespannt sein!

  5. #5 Wolfgang
    "Kein einzelner Biomarker kann eindeutig die Existenz von Leben nachweisen"
    15. Oktober 2021

    Sauerstoff, vor allem Ozon ist der Biomarker schlechthin. Wie soll Sauerstoff sonst anders erklärt werden? Wenn das ein geologischer Prozess ist, müssten wir schon derart viel Glück haben, dass wir gerade in dem Moment auf den Planeten schauen, eben weil die Sauerstoffkonzentration sehr rasch wieder sinkt. Entdecken wir Ozon, heißt das, es muss über einen längeren Zeitraum eine Sauerstoffreiche Atmosphäre existieren.

    Meines Wissens kann das bis jetzt nur durch Photosynthese erklärt werden.

  6. #6 Bullet
    15. Oktober 2021

    @ Wolfgang: “Meines Wissens kann das bis jetzt nur durch Photosynthese erklärt werden.”
    Das genau ist der Haken an deinem Post: “deines Wissens”.
    Es gibt andere Prozesse, die freien Sauerstoff erzeugen. Nicht alle davon müssen auf diesem Planeten zwangsweise bekannt sein.

  7. #7 pane
    15. Oktober 2021

    Titan, zum Beispiel, hat recht viel Methan in der Atmosphäre aber wohl kein Leben.

  8. #8 Joachim
    17. Oktober 2021

    Vorweg: ein sehr schöner, verständlicher Podcast, den auch Laien verstehen können. Übrigens auch sehr angenehm gesprochen.

    Die Frage, welche Biomarker wir suchen sollen, finde ich interessant. Die Antwort im Podcast frei übersetzt: “weil wir und nichts anderes vorstellen können” ebenfalls.

    Wir können (und werden) aber trotzdem nach Abweichungen von der Norm suchen. Normale Spektren würden die Wahrscheinlichkeit von (organischem) Leben auf den Planeten verringern. Außergewöhnliche Spektren verdienen nähere Betrachtung.

    Erst wenn ich messtechnisch gezwungen bin, mich zu beschränken oder wenn es sowieso schon Anomalien gibt, dann würde ich auch nach “erfolgsversprechenden” Dingen, wie etwa Sauerstoff oder Absorption von langwelligem oder besonders kurzwelligem Licht suchen.

    Kurz: Ist alles schon richtig, wie es gemacht wird. Respekt!

  9. #9 Wolfgang
    17. Oktober 2021

    @Bullet: Nihct nur meines Wissens. Sauerstoff gilt als _die_ Biosignatur schlechthin – getopt nur durch Ozean. Und ja natürlich, kann Sauerstoff auch durch geologische Prozesse entstehen, aber der hat keine lange Verweildauer in einer Atmosphäre, sodass es schon ein sehr großer Zufall sein muss, wenn wir genau dann auf einen Planeten schauen, wo solch ein geologischer Prozess gerade erst stattgefunden hat.

    Und wenn sich Ozon findet, kann das nur durch eine hinreichend lange Zeit einer sauerstoffreichen Atmosphäre erklärt werden.

    Wir kennen aber keinen geologischen Prozss, wo Sauerstoff in hinreichender Menge immer fortlaufend produziert wird.

  10. #10 UMa
    17. Oktober 2021

    Sauerstoff kann durch die Spaltung von Wasser durch UV-Licht in der oberen Atmosphäre in großen Mengen entstehen. Der Wasserstoff entkommt in den Weltraum, der Sauerstoff bleibt übrig.
    Auf der Erde ist derzeit die obere Atmosphäre sehr trocken, sodass nur geringe Mengen Sauerstoff entstehen und Wasserstoff entkommt. Bei anderen Bedingungen, die das Wasser weniger effektiv zurückhalten, wäre eine große Sauerstoffproduktion auf diese Weise möglich.

  11. #11 Florian Freistetter
    17. Oktober 2021

    @Joachim: “Die Frage, welche Biomarker wir suchen sollen, finde ich interessant. Die Antwort im Podcast frei übersetzt: “weil wir und nichts anderes vorstellen können” ebenfalls.”

    Nicht nur frei übersetzt, sondern auch falsch. “Vorstellen” kann man sich viel, auch die Astronom*innen können das. Aber wir schreiben halt keine Science-Fiction, wir machen Wissenschaft. Und da hilft vorstellen nichts; da muss man eine sehr gute Idee haben. Es gibt die Astrobiologie, die genau daran arbeitet: Zu verstehen, wie Leben *anders* funktionieren kann und wo und wie man das dann finden könnte. Aber so einfach ist das halt nicht…

    (Und dass man auf Abweichungen von der Norm achtet, versteht sich von selbst – das macht die Wissenschaft, jede davon, sowieso immer)