Demnächst? Wissenschaftler diskutieren mögliche Durchbrüche in der Alien-Lebenssuche

Es war eine gute Woche für die Astrobiologie. Innerhalb weniger Tage nach der Ankündigung der NASA, dass die notwendigen Zutaten für das Leben in Saturn Mond Enceladus 'Untergrund ozean existieren, versammelten sich Wissenschaftler an der Stanford University, um über die Entdeckung des Lebens zu diskutieren draußen das Sonnensystem.

In Anbetracht dessen, wie "die Suche nach Leben im Universum von Spekulation zu datengetriebener Wissenschaft geworden ist", boten Redner wie der Stanford-Physiker Peter Michelson detaillierte Pläne für das Leben auf Exoplaneten.

Zwei Tage lang, vom 20. bis 21. April, diskutierten Dutzende Wissenschaftler auf der Breakthrough Discuss Konferenz über Möglichkeiten, Planeten in anderen Sternensystemen zu erforschen. Zu diesen Optionen gehört die Verwendung einer neuen Generation leistungsstarker Teleskope für Fernbeobachtungen sowie die Entwicklung einer neuartigen Technologie für den Besuch anderer Sternsysteme - alles innerhalb der nächsten Generation. [10 Exoplaneten, die außerirdisches Leben hosten könnten]

Was diese Strategien gemeinsam haben, ist ein Fokus auf die Beobachtung von bewohnbaren Zonen in unserer lokalen Nachbarschaft. Allein in dieser Nachbarschaft, innerhalb von 30 Lichtjahren unseres Sonnensystems, haben Astrobiologen bereits mehrere potenziell erdähnliche Exoplaneten und Dutzende von Systemen identifiziert, die erdähnliche Welten beherbergen könnten.

Diese Exoplaneten, die durch die Auswirkungen auf ihren Mutterstern identifiziert werden, sind felsig und ungefähr genauso groß und dicht wie die Erde. Sie umkreisen ihre Sterne in einer Entfernung, in der flüssiges Wasser unter den richtigen atmosphärischen Bedingungen auf der Oberfläche existieren kann. Es gibt jedoch mindestens einen großen Unterschied zwischen unserem Planeten und diesen potenziell bewohnbaren Exoplaneten: Sie umkreisen Sterne nicht wie unsere Sonne.

Auf dem Spektrum der Sterne ist unsere Sonne ein gelber Zwerg. Es ist hell und nicht schrecklich groß im Vergleich zu den größten Sternen unserer Galaxie. Aber auch mittelmäßige Sterne wie unsere Sonne sind nicht so alltäglich. Unser örtliches stellares Viertel - und wahrscheinlich das Universum als Ganzes - ist mit vielen massereichen Sternen gefüllt. Es gibt 20 gelbe Zwergsterne wie unsere Sonne in der Nähe und 250 M-Zwerge, eine Vielzahl von Sternen, so klein und schwach, dass sie trotz ihres Überflusses mit bloßem Auge nicht zu sehen sind. In den letzten drei bis vier Jahren scheint jeder einzelne massearme Stern, den wir untersucht haben, mindestens einen Planeten zu haben. Normalerweise haben sie mehr als eins.

"Wie verbreitet sind Planeten, die massearme Sterne umkreisen? Sehr häufig", sagte Courtney Dressing, Astronomin an der Universität von Kalifornien, Berkeley, während einer Präsentation auf der Konferenz. "Für einen typischen M-Zwerg gibt es normalerweise 2,5 Planeten. Jeder vierte Stern hat einen Planeten, der die gleiche Größe und Temperatur wie die Erde in der bewohnbaren Zone hat."

Dressing ging davon aus, dass es angesichts der Anzahl der M-Zwerge in der lokalen Region mindestens 60 potentiell erdähnliche Planeten in bewohnbaren Gebieten innerhalb von 32 oder so Lichtjahren von hier und vielleicht noch viel mehr geben sollte. Bis heute stammen die meisten unserer Exoplaneten von der Kepler-Sonde der NASA, die ihre Suche nach Planeten auf großen M-Zwergsternen konzentriert hat. In naher Zukunft, wenn die kleinen und mittleren M-Zwerge untersucht werden, können wir entdecken, dass näher bei einem von drei Sternen ein erdähnlicher Planet in der bewohnbaren Zone ist.

Abgesehen von ihrer Häufigkeit bieten diese massearmen Sterne auch Forschern, die potenziell bewohnbare Exoplaneten untersuchen, weitere Vorteile. M-Zwergplaneten haben enge Umlaufbahnen um ihre Sterne, weil die bewohnbaren Zonen nahe beieinander liegen, was den Wissenschaftlern die Möglichkeit gibt, ihre Transite alle paar Wochen zu betrachten. Während dieser Transite, wenn die Exoplaneten vor ihren Sternen vorbeiziehen, haben wir die beste Gelegenheit, ihre Atmosphären auf Zeichen des Lebens zu untersuchen. [5 kühne Ansprüche auf außerirdisches Leben]

Viele Konferenzteilnehmer, darunter Mercedes López-Morales vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik, erläuterten, wie wir die Atmosphären der nächsten bewohnbaren Zonenplaneten auf Anzeichen von Leben auf der Oberfläche oder in einem Ozean untersuchen werden. "Wir werden nach Sauerstoff suchen", sagte sie.

Da der Anstieg des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre mit der Erscheinung des Lebens korrespondierte, verwenden wir dieses spezielle Molekül häufig als einen Marker für die Präsenz von Leben an einem anderen Ort. Außerdem interagiert Sauerstoff gerne mit anderen Chemikalien. Wenn wir einen Planeten entdecken, auf dem Sauerstoff noch in der Atmosphäre herumhängt, macht etwas, möglicherweise das Leben, es aktiv. Die Suche nach Leben konzentriert sich also auf Elemente und Moleküle wie Wasserstoff, Sauerstoff und Methan. López-Morales erklärte jedoch, dass dieser Ansatz einen Nachteil hat.

"Die Atmosphäre eines Planeten ist nur 1 Prozent so groß wie der Planet", sagte sie. "Die Größe des Signals ist winzig. Sie müssen mindestens eine Billion Photonen sammeln, um sicher zu sein, dass Sie wirklich auf Sauerstoff schauen."

Die gute Nachricht ist, dass bald eine neue Generation von Teleskopen, die für planetare Erforschung und Astrobiologie entwickelt wurden, online sein werden, um uns beim Sammeln dieser Photonen zu helfen. Um diese Zeit im nächsten Jahr wird sich der Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA auf den Start vorbereiten. Während ihrer zweijährigen Mission wird TESS 200.000 Sterne untersuchen, einschließlich der helleren in unseren lokalen Systemen.

Das Giant Magellan Telescope (GMT) in Chile, das bis zum Jahr 2022 in Betrieb sein soll, wird ein zehnmal größeres Auflösungsvermögen haben als das berühmte Hubble-Weltraumteleskop der NASA. Der GMT wird ein Gerät namens G-CLEF-Spektrographen enthalten, das in der Lage ist, Moleküle wie Sauerstoff in fernen Planetenatmosphären zu sehen. Wenn das bodengestützte Europäische Extrem-Große-Teleskop (E-ELT) im Jahr 2024 eröffnet wird, wird es schließlich mehr Licht sammeln als alle bisherigen 8- bis 10-Meter-Teleskope zusammen.Astrobiologen rechnen damit, dass diese großen Teleskope bis 2024 online gehen werden, um die besten Kandidaten für die Suche nach Sauerstoff und Leben in unserer stellaren Nachbarschaft zu finden.

Selbst wenn wir einen Schatz an atmosphärischen Daten aus diesen Missionen erwarten, entdecken Wissenschaftler Arten, die ganz ohne Sauerstoff, Licht und andere Eigenschaften leben, von denen wir glaubten, dass sie für das Leben benötigt wurden. Diese Entdeckungen heben hervor, wie atmosphärische Biosignaturen wie Sauerstoff eine unvollkommene, wenn auch verlockende Art sind, aus der Ferne nach dem Leben zu suchen. Die Frage wird dann: Könnte es dort einen anderen Weg geben, nach außerirdischem Leben zu suchen, als nach Exoplaneten-Atmosphären zu suchen?

Im Idealfall würden wir, um das Leben auf anderen Welten endgültig zu erkennen, in der Nähe von Proxima b, nur 4 Lichtjahre entfernt, entweder persönlich oder mit einem Raumfahrzeug vorbeischauen. Dies ist das Ziel der Breakthrough Starshot-Initiative. Vor etwas mehr als einem Jahr angekündigt, ist das Ziel von Starshot laut seinem Gründer, "buchstäblich die Sterne in unseren Lebenszeiten zu erreichen." Der Plan, um diese Leistung zu erreichen, beinhaltet den Start einer Flotte von sehr kleinen Raumfahrzeugen. Starshot wird dann diese Fahrzeuge mit leistungsstarken bodengestützten Lasern auf etwa 20 Prozent Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Diese Strategie sollte es Wissenschaftlern und Ingenieuren ermöglichen, die Zeit, die Kosten und das Gewicht zu reduzieren, die erforderlich sind, um Planeten aus der Umgebung anderer Sterne aus nächster Nähe zu betrachten, sagten Projektvertreter.

"Das Ziel ist, eine Sonde sehr nahe an einen Planeten zu fliegen und herauszufinden, ob sie Leben hat", sagte der Theoretiker Avi Loeb, Vorsitzender der Astronomieabteilung der Harvard-Universität. "Was ist die Farbe des Planeten? Ist es grün? Hat es Vegetation? Ist es blau, gibt es Ozeane? Oder ist es wüstenähnlich?" [Laser-Segeln zu Exoplaneten: Bilder des bahnbrechenden Starshot-Konzepts]

Auf der Konferenz zeigte der NASA-Ingenieur Ruslan Belikov Simulationen, wie ein Exoplanet aus Sicht von Starshot aussehen könnte. Selbst wenn sich das Fahrzeug mit 90 Prozent Lichtgeschwindigkeit bewegen würde, würden die Kameras an Bord immer noch in der Lage sein, Zeichen von großen Ozeanen, Wolken und Landmassen aufzunehmen, die ein Exoplanet haben könnte, sagte Belikov.

Die Hoffnung ist, dass wir eines Tages, wenn wir die Laserbeschleunigung dieser sehr kleinen Fahrzeuge mit Kameras und anderen Sensoren kombinieren, endlich einen Blick auf die Planeten der habitablen Zone werfen können, die in der Nähe von Sternen kreisen, und dabei vielleicht endgültig finden Leben an einem anderen Ort im Universum. Die Kombination von Daten unserer neuen Generation von sehr großen Teleskopen mit atmosphärischen Beobachtungen von Exoplaneten in der Nähe von M-Zwergen könnte uns dabei helfen, die besten Ziele für kleine Starshot-Boote zu finden.

"Wir werden die Generation sein, die daran erinnert wird, Exoplaneten zu finden. Das ist eine Tatsache", sagte López-Morales. "Werden wir auch die Generation sein, die als die Ersten in Erinnerung bleiben wird, die das Leben auf diesen Planeten gefunden haben?"

Das wäre in der Tat der Durchbruch eines Lebens.