Die Suche nach außerirdischem Leben ist zweifellos eines der tiefgreifendsten wissenschaftlichen Bestrebungen unserer Zeit. Wenn außerirdisches biologisches Leben in der Nähe einer anderen Welt in der Nähe eines anderen Sterns gefunden wird, werden wir endlich lernen, dass Leben außerhalb unseres Sonnensystems möglich ist. Es ist äußerst schwierig, Spuren der außerirdischen Biologie in fernen Welten zu finden. Aber Astronomen entwickeln neue Techniken, die von leistungsstarken Teleskopen der nächsten Generation verwendet werden, um Materie in Exoplanetenatmosphären genau zu messen. Die Hoffnung besteht natürlich darin, Beweise für außerirdisches Leben zu finden.
Die Suche nach Exoplaneten hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten, unter anderem dank der Entdeckung von sieben kleinen außerirdischen Welten, die einen winzigen Stern umkreisen, den roten Zwerg TRAPPIST-1. Drei dieser Exoplaneten umkreisen die potenziell bewohnbare Zone des Sterns. Das heißt, in einem Gebiet in der Nähe eines Sterns, in dem es nicht zu heiß und nicht zu kalt ist, als dass Wasser in flüssiger Form vorliegen könnte.
Überall auf der Erde, wo es flüssiges Wasser gibt, gibt es Leben. Wenn also mindestens eine der potenziell bewohnten Welten von TRAPPIST-1 Wasser besitzt, kann Leben darauf sein.
Das Lebenspotential von TRAPPIST-1 bleibt jedoch reine Spekulation. Trotz der Tatsache, dass sich dieses erstaunliche Sternensystem im Hinterhof unserer Galaxie befindet, haben wir keine Ahnung, ob Wasser in der Atmosphäre einer dieser Welten existiert. Wir wissen nicht einmal, ob sie eine Atmosphäre haben. Wir wissen nur, wie lange sich Exoplaneten im Orbit befinden und wie ihre physischen Dimensionen sind.
"Die erste Entdeckung von Biosignaturen in anderen Welten ist möglicherweise eine der bedeutendsten wissenschaftlichen Entdeckungen in unserem Leben", sagt Garrett Rouen, Astronom am California Institute of Technology. "Dies wird ein wichtiger Schritt zur Beantwortung einer der größten Fragen der Menschheit sein: Sind wir allein?"
Rouen arbeitet im Caltech Exoplanetary Technology Laboratory (ET Lab), das neue Strategien zum Auffinden exoplanetarer Biosignaturen wie Sauerstoff- und Methanmoleküle entwickelt. Typischerweise reagieren solche Moleküle aktiv mit anderen Chemikalien und zerfallen schnell in der Planetenatmosphäre. Wenn Astronomen einen spektroskopischen "Fingerabdruck" von Methan in der Atmosphäre des Exoplaneten finden, kann dies bedeuten, dass fremde biologische Prozesse für dessen Produktion verantwortlich sind.
Leider können wir nicht einfach das leistungsstärkste Teleskop der Welt nehmen und es auf TRAPPIS-1 richten, um zu sehen, ob die Atmosphäre dieser Planeten Methan enthält.
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"Um Moleküle in Exoplanetenatmosphären zu erkennen, müssen Astronomen in der Lage sein, das Licht des Planeten zu analysieren, ohne vollständig vom Licht eines nahe gelegenen Sterns geblendet zu werden", sagt Rouen.
Glücklicherweise sind rote Zwergsterne (oder M-Zwerge) wie TRAPPIST-1 kühl und schwach, sodass das Problem weniger schwerwiegend ist. Und da diese Sterne die häufigste Art von Sternen in unserer Galaxie sind, achten Wissenschaftler bei der Suche nach Entdeckungen besonders auf rote Zwerge.
Astronomen verwenden ein Instrument, das als Koronagraph bekannt ist, um reflektiertes Sternenlicht von einem Exoplaneten zu isolieren. Sobald der Koronagraph das schwache Licht des Exoplaneten aufnimmt, analysiert ein Spektrometer mit niedriger Auflösung die chemischen Fingerabdrücke dieser Welt. Leider beschränkt sich diese Technologie darauf, nur die größten Exoplaneten zu untersuchen, die von ihren Sternen weg kreisen.
Die neuen Methoden von ET Lab verwenden einen Koronagraph, optische Fasern und ein hochauflösendes Spektrometer, die zusammenarbeiten, um das Leuchten des Sterns hervorzuheben und einen detaillierten chemischen Abdruck jeder Welt in seiner Umlaufbahn zu erfassen. Diese Technik ist als hochdisperse Koronographie (HDC) bekannt und kann unser Verständnis der Vielfalt exoplanetarer Atmosphären revolutionieren. Eine Arbeit zu diesem Thema wurde im Astronomy Journal veröffentlicht.
"Was HDC so leistungsfähig macht, ist, dass es die spektrale Signatur eines Planeten offenbaren kann, selbst wenn er im hellen Licht eines Sterns begraben ist", sagt Rouen. "Dadurch können Moleküle in der Atmosphäre von Planeten nachgewiesen werden, die äußerst schwer zu visualisieren sind."
"Der Trick besteht darin, das Licht in mehrere Signale aufzuteilen und ein so genanntes hochauflösendes Spektrum zu erzeugen, das die Signatur des Planeten vom Rest des Sternenlichts unterscheidet."
Jetzt brauchen Sie nur noch ein leistungsstarkes Teleskop, um das System anzuschließen.
In den späten 2020er Jahren wird das 30-Meter-Teleskop das weltweit größte bodengestützte optische Teleskop sein. In Verbindung mit HDC können Astronomen die Atmosphäre potenziell bewohnbarer Welten erkunden, die rote Zwerge umkreisen.
„Mit dem 30-Meter-Teleskop Sauerstoff und Methan in der Atmosphäre von Erdplaneten zu finden, die M-Zwerge wie Proxima Centauri b umkreisen, wird äußerst aufregend sein“, sagt Rouen. "Wir müssen noch viel über die mögliche Bewohnbarkeit dieser Planeten lernen, aber es kann durchaus sein, dass sich diese Planeten als erdähnlich herausstellen."
Es wird geschätzt, dass es in unserer Galaxie 58 Milliarden rote Zwerge gibt, von denen die meisten Planeten haben. Wenn das 30-Meter-Teleskop in Betrieb geht, können Astronomen vieles finden, was zuvor nicht zugänglich war.
Im Jahr 2016 entdeckten Astronomen einen erdgroßen Exoplaneten, der den der Erde am nächsten gelegenen M-Zwerg umkreist, Proxima Centauri. Proxima b umkreist auch die potenziell bewohnbare Zone seines Sterns und ist damit ein Hauptziel für die Suche nach außerirdischem Leben. Nur vier Lichtjahre entfernt neckt uns Proxima b buchstäblich mit der Gelegenheit, es irgendwann in der Zukunft zu besuchen.
ILYA KHEL
