Man könnte meinen, dass wir unser Sonnensystem inzwischen gründlich nach Anzeichen von außerirdischem Leben abgesucht hätten – schließlich ist es unsere Nachbarschaft. Aber in Wahrheit gibt es noch so viel, was wir nicht einmal über die Planeten und Monde wissen, die wir besucht haben.
Wenn wir also nach außerirdischem Leben in unserem Sonnensystem suchen, wo fangen wir am besten an?
Nach welcher Art von außerirdischem Leben suchen wir?
Alles Leben auf der Erde braucht drei Dinge:DNA und RNA zur Speicherung genetischer Informationen; Proteine zur Herstellung von Strukturkomponenten einer Zelle und zum Ausführen biochemischer Reaktionen; und Fettlipidmoleküle, die eine äußere Membran einer Zelle bilden. Wir wissen daher, dass dieses chemische System für die Biologie funktioniert, aber bei der Suche nach Leben auf anderen Welten ist es wichtig, sich nicht zu sehr vom irdischen Beispiel blenden zu lassen:Außerirdisches Leben könnte sich sehr von unserem unterscheiden.
Basierend auf den Grundlagen der Chemie wird angenommen, dass das Leben im Sonnensystem höchstwahrscheinlich aus organischen (auf Kohlenstoff basierenden) Molekülen aufgebaut ist und Wasser als Lösungsmittel verwendet (obwohl das Leben auf Titan vielleicht stattdessen Ethan verwendet). Die Instrumente, die wir für Sonden entwickeln, die in andere Welten geschickt werden, suchen daher im Allgemeinen nach komplexen organischen Molekülen und nicht nach bestimmten Verbindungen wie DNA.
Ein Großteil der Arbeit von Weltraummissionen besteht darin, zu verstehen, wie die Umwelt auf anderen Planeten und Monden aussieht – oder wie vor Milliarden von Jahren war – und ob diese Bedingungen lebenslang bewohnbar sein könnten.
Unser Verständnis der Überlebensgrenzen des terrestrischen Lebens wird durch Studien an Extremophilen gestützt – extrem widerstandsfähige Organismen, die kochend heiße oder eiskalte Temperaturen, einen hohen Säuregehalt oder bestrafende Strahlung oder die austrocknende Wirkung einer salzigen Umgebung tolerieren.
Einige Extremophile leben in Umgebungen auf der Erde, die denen anderer Welten ähneln. Zum Beispiel hilft uns der Wostok-See, der unter der antarktischen Eisdecke begraben ist, Hinweise auf die Wahrscheinlichkeit von Leben unter der Oberfläche der Monde Europa oder Enceladus zu geben.
Und Bärtierchen, die widerstandsfähigsten Tiere der Erde, haben alle großen Aussterbeereignisse überlebt, können wieder zum Leben erweckt werden, nachdem sie 99 Prozent des Wassers in ihrem Körper verloren haben, und es ist sogar bekannt, dass sie 10 Tage überleben, wenn sie dem Vakuum und der Strahlung ausgesetzt sind Platz.
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Die besten Orte, um in unserem Sonnensystem nach außerirdischem Leben zu suchen
Venus
Ort: 108 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt
Vorteile: Kann lange Zeit Ozeane beherbergt haben
Nachteile: Höllisch heiß an der Oberfläche, Wolken aus konzentrierter Schwefelsäure
Geplante Missionen: DAVINCI+ (Einführung 2026, nicht bestätigt)
Sie müssten unter einem Felsen auf einem fernen Planeten gelebt haben, um im September 2020 die Nachrichten über die unerwartete – und noch ungeklärte – Entdeckung des Gases Phosphin in der Atmosphäre der Venus verpasst zu haben.
Bis Oktober schlichen sich einige Zweifel ein, ob Phosphin wirklich entdeckt worden war, aber so oder so geht definitiv eine bisher unbekannte Chemie in der Atmosphäre der Venus vor sich. Vielleicht könnte es sogar Biochemie sein – ist das Phosphin eine verräterische Signatur des venusianischen Lebens?
Das Problem mit der Venus, zumindest für Astrobiologen, ist, dass es eine wirklich höllische Welt ist. Der Planet ist von einer außergewöhnlich dicken Kohlendioxidatmosphäre umgeben, die einen starken Treibhauseffekt erzeugt. Die Oberflächentemperatur beträgt über 460 °C:heiß genug, um Blei zu schmelzen.
Wenn Sie in größere Höhen aufsteigen, wird die Temperatur kühler (genauso wie Bergsteiger auf der Erde), und nach etwa 55 km sind Temperatur und Druck ähnlich wie auf der Erdoberfläche:T-Shirt-Wetter. Aber die Tröpfchen, aus denen die Wolken hier bestehen, sind konzentrierte Schwefelsäure – weitaus extremer, als es irgendein auf der Erde bekanntes robustes Leben überleben könnte.
Vielleicht hat sich das venusianische Leben – falls es existiert – so entwickelt, dass es viel höhere Säurewerte toleriert als wir schwachen Erdbewohner, und ist aus alten Ozeanen in die Wolkenschicht hochgewandert, bevor der Planet seinen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt erlebte.
Aber so unwahrscheinlich die Aussicht auf Leben in einer Luftbiosphäre auf der Venus auch sein mag, die Entdeckung hat sicherlich das Interesse an der weiteren Erforschung des Planeten geweckt. Glücklicherweise wird vom Discovery Program der NASA bereits eine Mission in Betracht gezogen.
DAVINCI+ wurde Anfang 2020 in die engere Wahl gezogen und könnte, falls ausgewählt, bereits im Mai 2026 starten. Die Mission wird eine Sonde in die Atmosphäre der Venus entlassen, die mit ihren empfindlichen Spektrometerinstrumenten Messungen vornimmt, während sie mit dem Fallschirm abspringt.
Dr. Melissa Trainer, eine Weltraumwissenschaftlerin am NASA Goddard Space Flight Center, half beim Vorschlag von DAVINCI+. „Schließlich werden wir ein klares Bild des Gasgemisches in der Atmosphäre von den Wolkenspitzen bis in die Nähe der Oberfläche bekommen“, sagt sie.
Beispielsweise wird DAVINCI+ detaillierte Messungen des Wasserdampfs in der Atmosphäre durchführen und so hoffentlich aufzeigen, wie viel Wasser der Planet im Laufe seiner Geschichte verloren hat und wie lange er möglicherweise einen ausgedehnten Ozean besessen hat. Und mit etwas Glück geht es dem Phosphin-Rätsel auf den Grund.
„Ich denke, es ist dringend notwendig, jetzt zu unserem Schwesterplaneten Venus zurückzukehren und die richtigen Messgeräte mitzunehmen, damit wir entschlüsseln können, was in seiner Atmosphäre vor sich geht“, sagt Trainer.
Mars
Ort: 228 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt
Vorteile: Umfangreiche Beweise für uraltes flüssiges Wasser, organische Moleküle, Energiequellen
Nachteile: Extrem kalter und trockener Untergrund
Geplante Missionen: Tianwen-1, Al Hamal, Perseverance (unterwegs); Rosalind Franklin (Start 2022)
Während einige Astronomen des 19. Jahrhunderts davon überzeugt waren, Kanäle zu sehen, die die Marsoberfläche kreuz und quer durchziehen, zeigte unsere erste Nahaufnahme des Roten Planeten mit vorbeifliegenden Sonden in den 1960er Jahren eindeutig, dass die Marsoberfläche eine gefriergetrocknete Wüste war .
Mars hat eine dünne Atmosphäre, was bedeutet, dass es außerordentlich kalt ist. Flüssiges Wasser ist auf dem größten Teil seiner Oberfläche nicht stabil und wird außerdem in ultraviolette Strahlung der Sonne getaucht.
Aber der Mars war nicht immer so unwirtlich – es gibt umfangreiche Anzeichen für alte Flusstäler, Deltas, Seen und möglicherweise sogar einen Ozean über seiner Nordhalbkugel, die auf einen wärmeren, feuchteren Ur-Mars hindeuten. Hat das Leben in dieser frühesten Phase der Geschichte des Planeten begonnen und könnten „Biosignaturen“ dieser Mikroben in Sedimentablagerungen erhalten bleiben?
Wissenschaftler, die sich für die Chancen von Leben auf dem Mars interessieren, erkunden extreme Umgebungen hier auf der Erde und untersuchen, welche Arten von Mikroorganismen überleben können. Dr. Claire Cousins ist Astrobiologin an der University of St. Andrews.
„Während nirgendwo auf der Erde genau wie der Mars sein kann, gibt es Orte, die genug Ähnlichkeiten aufweisen, um sie zu wertvollen Vergleichen zu machen“, sagt sie. „Wenn Sie ein Gefühl dafür bekommen wollten, wie die knochentrockene Marsoberfläche heute aussieht, könnten Sie in die Atacama-Wüste in Chile reisen. Um die Umgebung des frühen Mars – vor etwa drei bis vier Milliarden Jahren – zu verstehen, könnten Sie alternativ vulkanisch aktive Orte wie Island untersuchen.“
Der Mars ist nicht nur aufregend, weil er einst eine bewohnbare Umgebung für Leben geboten zu haben scheint, sondern weil er unser planetarischer Nachbar ist, ist er relativ einfach zu erreichen und mit Robotersonden zu erkunden. Im Juli 2020 wurden nicht weniger als drei separate Missionen zum Mars gestartet:Chinas Orbiter und Rover Tianwen-1, der Al-Amal-Orbiter der Vereinigten Arabischen Emirate und Perseverance, der neueste Rover in der Größe eines Autos.
Und wenn sich das nächste Startfenster im Jahr 2022 öffnet, werden die Europäische Weltraumorganisation (ESA) und das russische Unternehmen Roscosmos ihren eigenen Biosignatur-Jagdroboter, den ExoMars-Rover Rosalind Franklin, schicken.
Cousins ist auch Mitglied des Kamerateams für ExoMars. „Die nächsten Rover auf dem Weg zum Mars werden die Chemie des Marsgesteins bis ins kleinste Detail untersuchen. Das ist wichtig, weil wir versuchen, Beweise für winziges mikroskopisches Leben zu finden, das vor ein paar Milliarden Jahren gelebt hat – nicht einfach!“ sagt sie.
„Wir werden nach Spuren von organischem Material suchen, die von Mikroorganismen zurückgelassen wurden, die die ganze Zeit über konserviert wurden.“
Enceladus
Ort: Saturnsystem; 1.400 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt
Vorteile: Meeresuntergrund, organische Chemie, Energiequellen
Nachteile: Unter Eispanzer versiegelt
Geplante Missionen: Derzeit keine ausgewählt
Enceladus, einer der Saturnmonde, ist eine winzige Schneekugel einer Welt. Sein Durchmesser würde bequem zwischen London und Edinburgh passen, seine winzige Schwerkraft kann sich nicht an eine bedeutungsvolle Atmosphäre klammern und seine Oberfläche ist hartgefrorenes Eis. Astrobiologen haben nicht eine Sekunde darüber nachgedacht, bis zu einer überraschenden Entdeckung im Jahr 2005.
Die Cassini-Sonde sah, dass Brüche in der Nähe des Südpols des Mondes glitzernde Geysire aus Wassereis in den Weltraum spuckten. Im Laufe der Zeit hat das Ausstoßen dieser Eiskristalle den E-Ring um den Saturn herum aufgebaut, und es wird angenommen, dass sie von einer großen Menge flüssigen Wassers gespritzt werden, das unter der eisigen Kruste des Mondes liegt.
Nach dieser erstaunlichen Entdeckung wurde Cassini angewiesen, tief über die Oberfläche von Enceladus zu gleiten und direkt durch diese diffusen Wasserstrahlen zu tauchen, um ihre Zusammensetzung zu analysieren. Es wurde festgestellt, dass die Brunnen Natrium und kieselsäurereiche Sandkörner enthielten – das Meer von Enceladus ist salzig, und das ist wichtig, weil es bedeutet, dass das Wasser mit dem felsigen Kern des Mondes in Kontakt kommen muss, um Mineralien herauszulösen.
Cassini entdeckte auch einfache organische Verbindungen wie Formaldehyd und Acetylen sowie einige größere Moleküle. Dies sind keine Lebenszeichen, sondern nur die Art von Vorläuferchemie, von der angenommen wird, dass sie für die Entwicklung der Biologie wichtig ist.
Dann, im April 2017 – kurz bevor die Mission mit einem dramatischen Sturz in die erdrückende Atmosphäre des Saturn endete – gab das Cassini-Team die Entdeckung einer möglichen hydrothermalen Aktivität auf dem Meeresboden von Enceladus bekannt.
Hydrothermalquellen bilden Oasen für mikrobielles Leben in den dunklen Tiefen der Ozeane der Erde, und das in den Federn von Enceladus nachgewiesene Wasserstoffgas ist eine verfügbare Nahrungsquelle für das Leben. Auf der Erde gewinnen bestimmte Mikroben die Energie, die sie benötigen, indem sie Wasserstoff mit Kohlendioxid verbinden und dabei Methan produzieren.
Enceladus scheint also alle notwendigen Kästchen anzukreuzen, um eine bewohnbare und für das Leben geeignete Umgebung bereitzustellen:flüssiges Wasser, organische Verbindungen und Energiequellen.
In den letzten Jahren wurden mehrere Robotermissionen zur genaueren Betrachtung vorgeschlagen. Die Missionen Enceladus Life Finder (ELF) und Enceladus Life Signatures and Habitability (ELSAH) wurden beide für die letzte Runde des New Frontiers-Programms der NASA vorgeschlagen, verloren aber gegen Dragonfly.
Explorer of Enceladus and Titan (E2T) wurde als gemeinsame ESA-NASA-Mission vorgeschlagen, kam aber im Mai 2018 nicht in die engere Wahl für die letzte Runde des ESA-Programms Cosmic Vision. Der Wettbewerb um die Finanzierung von Weltraummissionen ist hart, aber es gibt genug Aufregung um Enceladus, dass wir sicherlich bald genug dorthin zurückkehren werden.
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Europa
Entfernung von der Erde: Jupiter-System; 778 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt
Vorteile: Meeresuntergrund, mögliche organische Chemie, mögliche Energiequellen
Nachteile: Unter Eispanzer versiegelt
Geplante Missionen: JUICE (Start 2022), Europa Clipper (Start 2024)
Raumsonden haben gezeigt, dass die Oberfläche von Europa, einem der Jupitermonde, relativ frisch und jung ist. Er ist von wenigen Einschlagskratern gezeichnet, was bedeutet, dass der Mond geologisch aktiv ist. Europa ist von langen Rissen durchzogen, von denen aus die Mondoberfläche durch die starke Schwerkraft des Jupiter gedehnt und gebogen wird.
Der Galileo-Orbiter bemerkte auch, dass der Mond das Magnetfeld des Jupiters verzerrte. Dies implizierte, dass innerhalb Europas durch eine elektrisch leitfähige Substanz ein Magnetfeld erzeugt wurde – ein Meer aus salzigem Wasser unter der Oberfläche Europas wäre der ideale Kandidat.
Es scheint sogar Regionen zu geben, in denen dieser Ozean an die Oberfläche geschmolzen sein könnte, Eisberge abgebrochen hat, bevor er durch die Kälte des Weltraums schnell wieder zugefroren ist. Daher wissen wir in Bezug auf die potenzielle Bewohnbarkeit von Europa, dass es einen großen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser beherbergt.
Aber das ist so ziemlich alles, dessen wir uns sicher sein können. Wir wissen nicht, wie dick die Eisschale auf dem Ozean ist oder welche organische Chemie dort vorhanden sein könnte, oder ob es hydrothermale Aktivitäten auf dem Meeresboden gibt oder ob der pH-Wert oder Salzgehalt des Meerwassers zum Leben geeignet ist.
Wenn dieser Ozean bewohnbar ist, dann bietet Europa heute viel bessere Überlebenschancen für außerirdisches Leben als der Mars (der jetzt außerordentlich kalt und trocken ist), aber der Mond ist mit Robotersonden schwierig zu erforschen.
Europa ist viel weiter entfernt als Mars oder Venus, es umkreist innerhalb des intensiven Strahlungsgürtels von Jupiter, und der Mond hat keine Atmosphäre, um mit dem Fallschirm an die Oberfläche zu springen. Und selbst wenn wir eine robuste Sonde sicher auf die Oberfläche von Europa bringen können, muss sie möglicherweise viele Kilometer durch steinhartes Eis bohren oder schmelzen, um den unterirdischen Ozean zu erreichen.
In gewisser Hinsicht wäre es viel einfacher, Enceladus auf Leben zu überprüfen, da es sein Meerwasser praktischerweise für uns in den Weltraum spritzt – eine Sonde könnte durch diese Wasserwolke stürzen, um eine Probe zu sammeln, bevor sie zur Analyse zur Erde zurückkehrt. Es gibt jedoch Hoffnung für Europa, nachdem das Hubble-Weltraumteleskop scheinbar Wasserfahnen entdeckt hat, die in der Nähe des Südpols des Mondes ausbrechen.
Der Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) der ESA startet 2022, wird aber nur zwei Vorbeiflüge an Europa machen, während der Europa Clipper der NASA mehrere Vorbeiflüge am Mond machen und 2024 starten soll. Wenn die Mission Europa Lander eine Finanzierung erhält, könnte sie starten 2025 und wird in der Lage sein, 10 cm in das Oberflächeneis zu schöpfen, um nach Lebenszeichen zu suchen.
Titan
Entfernung von der Erde: Saturnsystem; 1.400 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt
Vorteile: Geologisch aktive, organische Chemie
Nachteile: Sehr kalte, flüssige Kohlenwasserstoffe
Geplante Missionen: Dragonfly (Start 2027)
Saturns größter Mond, Titan, ist riesig, sogar größer als der Planet Merkur. Als die Huygens-Abstiegssonde der ESA im Jahr 2005 mit dem Fallschirm durch die dunstige orangefarbene Atmosphäre des Titan abstürzte, entdeckte sie eine Landschaft mit sanften Hügeln, Netzwerken von Flusstälern und glatten Kieselsteinen, die über den Boden verstreut waren.
Vorbeiflüge der Raumsonde Cassini fanden anschließend große Seen und Anzeichen von Regen in der Nähe des Nordpols des Mondes. Titan ist klatschnass und mit der Art einfacher organischer Chemie übergossen, von der angenommen wird, dass sie für die Entstehung des Lebens auf der Urerde wichtig war – sicherlich ist dies ein todsicherer Gewinner für die Aufnahme außerirdischer Biologie?
Das Problem mit Titan ist, dass es wirklich kalt ist. Er umkreist den Saturn neunmal weiter von der Sonne entfernt als die Erde und erhält daher nur etwa 1 Prozent der Sonnenerwärmung. Die Oberfläche hat betäubende -180 °C und Titans Flüsse und Seen schwappen nicht mit flüssigem Wasser, sondern mit flüssigen Kohlenwasserstoffen wie Methan und Ethan. Das bedeutet, dass jegliches Leben auf der Oberfläche eher auf Ethan als auf Wasser basieren müsste und Moleküle wie DNA nicht funktionieren würden. Das Leben auf Titanen wäre wirklich fremd.
Astrobiologen wollen unbedingt zum Titan zurückkehren. Im Juni wählte die NASA Dragonfly als neueste Mission aus, die von ihrem New Frontiers-Programm finanziert werden soll. Dragonfly ist ein wirklich innovatives Unterfangen – wo andere Planetensonden einen statischen Lander oder einen Rover benötigten, um langsam über die Oberfläche zu rollen, ist Dragonfly eine Oktokopter-Drohne.
Titans Kombination aus geringer Schwerkraft und dichter Atmosphäre macht es für die Erkundung aus der Luft geeignet, und das Raumschiff wird in der Lage sein, schneller als 30 km/h zu fliegen und vertikal zu starten und zu landen, was ihm eine beispiellose Fähigkeit verleiht, interessante Orte zu lokalisieren. P>
Trainer ist bei dieser Mission auch stellvertretender Hauptermittler. „Obwohl Dragonfly keine Lebenserkennungsmission ist, gehen wir wirklich grundlegenden Fragen nach, wie weit die präbiotische Chemie in dieser Umgebung fortgeschritten sein könnte. Wir werden die Produkte von Millionen Jahren chemischer Synthese charakterisieren und nach biologisch relevanten Molekülen suchen.“
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Leben jenseits des Sonnensystems
Es gibt eine Handvoll Planeten und Monde im Sonnensystem, die möglicherweise Leben beherbergen, aber es gibt eine Menge anderer Planetensysteme da draußen in unserer Galaxis.
Seit den frühen 1990er Jahren haben Astronomen über 4.300 Exoplaneten (Planeten jenseits unseres Sonnensystems) entdeckt, und manche schätzen, dass es in der Milchstraße 100 Milliarden oder mehr geben könnte. Obwohl Monde wie Europa oder Enceladus eine Biosphäre unterstützen könnten, ist es in einem Ozean, der unter einer Eishülle eingeschlossen ist, schwer zu sagen.
Daher betrachten Astrobiologen bei der Betrachtung des Lebens außerhalb des Sonnensystems meist eher erdähnliche Planeten. Große Teleskope können die atmosphärische Zusammensetzung von Exoplaneten aus der Ferne ablesen, und wenn wir das Vorhandensein von Gasen wie Sauerstoff sehen, könnten wir auf das Vorhandensein von Leben dort schließen.
„Wir werden unsere erste Chance haben, Biosignaturen mit dem James Webb Space Telescope zu entdecken, wenn es im Oktober 2021 startet, aber wir werden nur eine Handvoll bewohnbarer Planeten überprüfen können“, sagt Dr. Sarah Rugheimer, Astrobiologin und Astrophysikerin bei der Universität Oxford.
Und welche sind ihrer Meinung nach die besten Planetenkandidaten? „Ich denke, das TRAPPIST-System wird ein erstaunliches System sein, das es zu erforschen gilt, da wir eine Reihe von sieben erdgroßen Planeten in unterschiedlichen Entfernungen von diesem Stern haben.“
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 357 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können