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Erde als lebensfreundlicher Planeten identifiziert
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der ETH Zürich
astronews.com
28. Februar 2024
Forschende aus Zürich haben nachgewiesen, dass auf der Erde
Leben möglich ist. Diese zunächst wenig überraschende Erkenntnis war Teil eines
Experiments zur Vorbereitung der Weltraummission LIFE: Das Team betrachtete
nämlich die Erde wie einen Exoplaneten und nutzte genau die Verfahren, die auch
LIFE zur Analyse ferner Welten einsetzen soll.
Die Erde, auf dieser Aufnahme der Sonde
Galileo zusammen mit dem Mond, diente Forschenden als
Testobjekt zum Nachweis der Lebensfreundlichkeit auf einem
fernen Planeten.
Bild: NASA / JPL [Großansicht] |
Auf der Erde ist Leben möglich - das zeigt eine Untersuchung des Instituts
für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Zürich. Dabei ging es den Forschenden
natürlich nicht um die Beantwortung der Frage an sich. Vielmehr nahmen sie die
Erde als Beispiel, um nachzuweisen, dass die geplante Weltraummission LIFE
(Large Interferometer for Exoplanets) ein Erfolg werden kann – und dass das
vorgesehene Messverfahren funktioniert. Mit einem Verbund von fünf Satelliten
soll die internationale Initiative LIFE unter der Führung der ETH Zürich Spuren
von Leben auf Exoplaneten nachweisen. Dazu sollen erdähnliche Exoplaneten
genauer untersucht werden – Gesteinsplaneten also, die eine ähnliche Größe und
Temperatur wie die Erde haben, aber andere Sterne umkreisen.
Der Plan ist, dort im Weltraum, wo auch das James-Webb-Teleskop stationiert
ist, fünf kleinere Satelliten zu positionieren. Diese bilden gemeinsam ein
großes Teleskop, das als Interferometer die Wärmestrahlung von Exoplaneten im
Infrarotbereich auffangen wird. Aus dem Spektrum des Lichts lässt sich dann
ableiten, wie die untersuchten Exoplaneten und ihre Atmosphäre zusammengesetzt
sind. "Im Lichtspektrum sollen chemische Verbindungen nachgewiesen werden, die
auf Leben auf den Exoplaneten hinweisen", erklärt Sascha Quanz, der die
LIFE-Initiative leitet. In einer jetzt veröffentlichten Studie wird untersucht,
wie gut eine LIFE-Mission einen Exoplaneten im Hinblick auf seine Bewohnbarkeit
charakterisieren könnte. Dazu betrachteten sie die Erde als Exoplaneten und
gaben Beobachtungen auf unseren Heimatplaneten vor.
Einzigartig an der Untersuchung ist, dass das Team die Fähigkeit der
künftigen LIFE-Mission an realen statt an simulierten Spektren getestet hat. Sie
nutzten dazu Daten eines Erdatmosphärenmessgeräts des NASA-Forschungssatelliten
Aqua. Mit diesen Daten erzeugten sie Emissionsspektren der Erde im mittleren
Infrarotbereich, wie sie bei künftigen Beobachtungen von Exoplaneten erfasst
werden könnten. Zwei Überlegungen standen dabei im Mittelpunkt. Erstens: Wenn
ein großes Weltraumteleskop aus dem All die Erde beobachten würde, welche Art
von Infrarotspektrum würde es aufnehmen? Weil die Erde aus großer Entfernung
beobachtet würde, sähe sie aus wie ein unscheinbarer Fleck – ohne erkennbare
Merkmale wie Meer oder Berge –, ein einzelner Pixel auf einem digitalen Bild.
Das heißt, die Spektren wären dann räumliche und zeitliche Mittelwerte, die
davon abhängen, welche Ansichten des Planeten das Teleskop einfangen würde und
für wie lange.
Daraus leiteten die Physikerinnen und Physiker in ihrer Studie die zweite
Überlegung ab: Wenn diese gemittelten Spektren analysiert würden, um
Informationen über die Atmosphäre und die Oberflächenbedingungen der Erde zu
erhalten, wie würden die Ergebnisse von Faktoren wie der Beobachtungsgeometrie
und den jahreszeitlichen Schwankungen abhängen? Die Forschenden berücksichtigten
dazu drei Beobachtungsgeometrien – die beiden Ansichten von den Polen und
zusätzlich eine äquatoriale Ansicht – und konzentrierten sich auf Daten, die in
den Monaten Januar und Juli aufgenommen wurden, um die größten saisonalen
Veränderungen zu berücksichtigen.
Das wichtigste Ergebnis der Studie ist ermutigend: Wenn ein Weltraumteleskop
wie LIFE den Planeten Erde aus rund 30 Lichtjahren Entfernung beobachten würde,
würde es Hinweise auf eine gemäßigte, bewohnbare Welt finden. So konnte das Team
in den Infrarotspektren der Erdatmosphäre Konzentrationen der atmosphärischen
Gase Kohlendioxid, Wasser, Ozon und Methan nachweisen sowie
Oberflächenbedingungen, die das Vorkommen von Wasser begünstigen. Der Nachweis
von Ozon und Methan ist besonders wichtig, da diese Gase von der Biosphäre der
Erde produziert werden. Diese Ergebnisse sind unabhängig von der
Beobachtungsgeometrie, wie die Forschenden zeigten.
Das ist eine gute Nachricht, da die genaue Beobachtungsgeometrie bei
zukünftigen Beobachtungen von erdähnlichen Exoplaneten wahrscheinlich unbekannt
sein wird. Beim Vergleich von saisonalen Schwankungen war das Ergebnis hingegen
weniger aufschlussreich. "Auch wenn die atmosphärische Saisonalität nicht leicht
zu beobachten ist, zeigt unsere Studie, dass Weltraummissionen der nächsten
Generation beurteilen können, ob nahegelegene gemäßigte erdähnliche Exoplaneten
bewohnbar oder sogar bewohnt sind", blickt Quanz voraus.
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.
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