Das nächste große Weltraumteleskop könnte erdähnliche Sauerstoffwerte auf Exoplaneten erkennen

Wasserführender Exoplanet mit Sauerstoff. NASA/GSFC/Friedlander-Griswold

Wissenschaftler sind sich im Allgemeinen einig, dass die beste Strategie, um außerirdisches Leben zu finden, darin besteht, nach einer Welt zu suchen, die ähnliche Bedingungen wie die Erde hat, einschließlich Luftsauerstoff, der von Organismen produziert werden könnte, die Photosynthese betreiben. Aber die derzeitigen Instrumente, die zur Untersuchung potenziell bewohnbarer Exoplaneten verwendet werden, sind erbärmlich schlecht ausgestattet, um solche Biosignaturen zu finden.

Jetzt deutet eine neue Studie darauf hin, dass wir in etwas mehr als einem Jahr auf dem besten Weg sein könnten, die Suche nach Leben auf einer anderen Welt einzugrenzen.

Es gibt nur wenige größere Fragen als „Existiert Leben auf anderen Planeten als der Erde?“, sagt Studienkoautor Edward Schwieterman von der University of California. Aufgrund der Verbindung von Sauerstoff mit dem Leben auf der Erde wissen wir, dass es wichtig ist, auf Exoplaneten danach zu suchen.

Die Studie, geleitet von NASA-Wissenschaftlern und veröffentlicht in Naturastronomie stellt heute eine faszinierende neue Art und Weise vor, wie das kommende James-Webb-Weltraumteleskop zum Nachweis und zur Messung von Sauerstoff auf Exoplaneten verwendet werden könnte. Das Teleskop, das nach einigen Verzögerungen im Jahr 2021 gestartet werden sollte, sollte immer den Exoplaneten-Sauerstoff untersuchen, aber diese neuen Erkenntnisse erweitern diese Fähigkeiten auf eine Weise, die niemand zuvor für möglich gehalten hatte.

Darüber hinaus könnte uns diese neue Technik dabei helfen, besser festzustellen, wie viel Sauerstoff eine andere Welt enthält. Wenn ein Planet ähnliche Sauerstoffwerte wie die Erde hat, besteht die Möglichkeit, dass diese Werte auch von der Biologie bestimmt werden. (Obwohl es sicherlich nicht eliminiert nichtbiologische Ursprünge für diesen Sauerstoff .)

Vor dieser Studie hatten Wissenschaftler drei Hauptwellenlängen im elektromagnetischen Spektrum identifiziert (eine im sichtbaren Spektrum und zwei im nahen Infrarot), die beobachtet werden konnten, um das Vorhandensein von Sauerstoff zu identifizieren. Aber bei hohen Konzentrationen, wie denen auf der Erde, prallen Sauerstoffmoleküle viel häufiger auf Gegenstände. Diese Kollisionen senden Signale aus, die mit diesen drei Wellenlängen nicht beobachtet werden können, was sie ungeeignet macht, dichtere, häufigere Sauerstoffkonzentrationen zu identifizieren, die eher mit biologischer Aktivität in Verbindung gebracht würden.

Die neue Studie identifiziert eine Wellenlänge im mittleren Infrarotbereich, die verwendet werden kann, um Kollisionen von Sauerstoffmolekülen sowohl mit Sauerstoff als auch mit anderen Gasmolekülen zu erkennen. Die Autoren der Studie schlagen vor, dass das Mid InfraRed Instrument Low Resolution Spectrometer (MIRI LRS) des JWST bei dieser Wellenlänge nach Sauerstoff um Exoplaneten suchen könnte, die ihre Wirtssterne durchqueren.

Diese Methode würde es uns möglicherweise ermöglichen, erdähnliche Sauerstoffkonzentrationen in vielen Sternensystemen zu erkennen, die weniger als 16 Lichtjahre entfernt sind. In weiter entfernten Systemen wäre es in der Lage, Werte zu messen, die um ein Vielfaches höher sind als auf der Erde.

Da wir auch Sauerstoff erkennen können, der mit anderen Gasmolekülen kollidiert, sollte uns die Methode ermöglichen, mehr über die Chemie der Atmosphäre als Ganzes zu erfahren und darüber, ob sie für Leben zugänglich ist oder möglicherweise durch vergangenes oder gegenwärtiges außerirdisches Leben geformt wurde. Zum Beispiel weist Schwieterman darauf hin, dass Sauerstoffmerkmale, die zusammen mit atmosphärischem Methan gemessen werden, auf biochemische Prozesse an der Oberfläche hinweisen würden, die denen auf der Erde ähneln.

Schwieterman schlägt vor, dass die besten Exoplaneten, die mit dieser Technik untersucht werden können, die um M kreisenden Zwergsterne sind, wodurch die Planeten im TRAPPIST-1-System ganz oben auf der Liste stehen. TRAPPIST-1 ist vierzig Lichtjahre entfernt und hat mehrere Exoplaneten, die Leben unterstützen könnten, darunter drei, die sich direkt in der bewohnbaren Zone befinden. Zumindest können wir das mittlere Infrarotband verwenden, um herauszufinden, ob der Sauerstoff, den wir auf einem fernen Exoplaneten entdeckt haben, etwas ist, worüber wir uns freuen können.

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