Leben in fremden Welten

Ideal w?re nat¨¹rlich, wenn man die Exoplaneten nicht nur indirekt beobachten k?nnte, wenn sie vor dem Mutterstern hindurchziehen, sondern wenn man direkt ein Bild von ihnen machen k?nnte. Doch das ist eine t¨¹ckische Angelegenheit, sind die Exoplaneten doch neben ihrem hellen Mutterstern kaum zu sehen. Quanz entwickelt nun zusammen mit anderen Forschenden ein Ger?t, das beim Extremely Large Telescope (ELT) zum Einsatz kommen soll. Das ELT wird zurzeit in der chilenischen Atacama-W¨¹ste gebaut und soll schon bald mit einem Spiegeldurchmesser von 39 Metern die Beobachtungsm?glichkeiten der Astronominnen und Astronomen massiv erweitern. ?Mit dem ELT k?nnen wir erstmals bei einem nahen Stern einen erd-?hnlichen Planeten direkt abbilden, indem wir das Licht des Muttersterns abdecken?, erkl?rt Quanz.

Immer neue ?berraschungen

Doch wo sollen die Forschenden ¨¹berhaupt nach Leben suchen? Nach welchen Signalen m¨¹ssen sie Ausschau halten? Hinweise dazu liefern physikalische Modelle, wie sie beispielsweise Judit Szul¨¢gyi, Assistenzprofessorin f¨¹r rechnergest¨¹tzte Astrophysik, mit ihrer Gruppe entwickelt. Sie rekonstruiert damit, wie bei einem jungen Stern aus der anf?nglichen Staub- und Gasscheibe nach und nach Planeten entstehen und welche Objekte man mit den Teleskopen genauer untersuchen sollte. Gravitationskr?fte, Gasbewegungen, die Interaktion des Sternlichts mit der Materie sowie Magnetismus sind alles Faktoren, die in diesen Modellen ber¨¹cksichtigt werden wollen. Rechnet man mit diesen Parametern unz?hlige verschiedene Kombinationen durch, bekommt man eine Ahnung, wie divers die Planetenwelten im Universum sein k?nnten.

Dabei zeigt sich allerdings immer wieder, dass die Natur mehr zu bieten hat, als die Modelle voraussagen. So waren beispielsweise bereits die ersten Exoplaneten eine wissenschaftliche ?berraschung, wusste man bis dahin doch nicht, dass Riesenplaneten so gross wie Jupiter sehr nahe um ihren Mutterstern kreisen k?nnen. Auch die Existenz von sogenannten Supererden, die ebenfalls aus Gestein bestehen, aber rund anderthalbmal so gross sind wie die Erde, hat die Forschenden ¨¹berrascht. Obwohl sich die Modelle immer wieder als unzutreffend erweisen und sie ihre Berechnungen anpassen muss, freut sich Szul¨¢gyi: ?Das gibt uns Anlass, unsere Vorstellung immer wieder zu ¨¹berdenken, wie Planeten entstehen.?

Eine wichtige Frage, die Szul¨¢gyi mit ihren Modellen beantworten m?chte, ist die Herkunft des Wassers. ?Das Leben auf der Erde ben?tigt Wasser?, erkl?rt sie. ?Deshalb sind Orte, an denen es nachweislich Wasser gibt, besonders interessant f¨¹r uns.? Auch in unserem Sonnensystem gibt es solche Orte, welche die Astronomen in den n?chsten Jahren genauer unter die Lupe nehmen wollen, beispielsweise der Jupitermond Europa, auf dem es unter einer dicken Eisoberfl?che vermutlich einen Ozean aus Wasser gibt, oder der Saturnmond Enceladus, auf dessen Oberfl?che Font?nen aus Eispartikeln beobachtet wurden.

V?llig andere Welten

Hinweise, wie fremde Welten in anderen Planetensystemen beschaffen sein k?nnten, kommen auch aus der Geologie. Paolo Sossi, Assistenzprofessor f¨¹r experimentelle Planetologie, untersucht in seinem Labor, aus welchen exotischen Mineralien, Fl¨¹ssigkeiten und Gasen das Innere und die Atmosph?re von anderen Planeten aufgebaut sind. ?In unseren Experimenten simulieren wir ein breites Spektrum an Bedingungen?, erkl?rt er. ?Wir k?nnen aufzeigen, was sich an der Oberfl?che der Planeten abspielt und wie das Innere dieser Himmelsk?rper beschaffen ist.?

Die Herausforderung dabei ist, dass man gegenw?rtig nur ungef?hr weiss, wie die Planeten chemisch zusammengesetzt sind. ?Eine erste Absch?tzung der Zusammensetzung ergibt sich aus dem Lichtspektrum des Muttersterns?, erl?utert Sossi. ?Daraus kann man ableiten, welche Elemente wie h?ufig vorkommen.? Wie die verschiedenen Elemente dann im Planetensystem um den Stern effektiv verteilt sind, kann man anhand der Massen und der Durchmesser der Planeten sowie aufgrund von Modellrechnungen absch?tzen. Dazu ist unser Sonnensystem ein gutes Referenzsystem, weisen doch 60 bis 70 Prozent aller untersuchten Sternsysteme eine ?hnliche chemische Zusammensetzung auf. Sossi versucht deshalb, mit numerischen Modellen die Entstehung der Erde und ihrer Nachbarn besser zu verstehen. Daraus kann er dann die Masse, die Anzahl und die Verteilung der Planeten bei anderen Sternen rekonstruieren.

Allerdings gibt es auch Sterne, die eine ganz andere Zusammensetzung haben als die Sonne. Dort findet man zum Beispiel mehr Kohlenstoff und weniger Sauerstoff. Dementsprechend k?nnten die Planeten dort aus anderen Mineralien zusammengesetzt sein als beispielsweise unsere Erde. ?Silizium- und Titancarbid, aber auch Diamanten k?nnten bei diesen kohlenstoffreichen Planeten vorherrschende Mineralien sein?, sagt Sossi. Und das wiederum hat Auswirkungen auf die Atmosph?re dieser Planeten. So k?nnte es sein, dass auf solchen Planeten die Regentropfen nicht aus Wasser, sondern aus Graphit bestehen.

Eine langfristige Vision

Letztlich gelingt die Suche nach ausserirdischem Leben nur durch ein Zusammenspiel von verschiedenen Elementen. Beobachtungen mit Teleskopen, Experimente im Labor und numerische Modelle sind sicher wichtige S?ulen der Forschung. Doch daneben braucht es auch clevere Algorithmen, die aus dem Wust an Messdaten ein Maximum an wissenschaftlicher Information herausfiltern, sowie Instrumente, welche genau diejenigen Daten liefern, welche die Forschenden ben?tigen. ?Die Instrumentenentwicklung ist f¨¹r uns Planetenforscher zentral?, h?lt Quanz fest. ?Wir m¨¹ssen als Forschende verstehen, wie die Messger?te funktionieren, damit wir wissen, welche Informationen wir von ihnen bekommen.?

Und es braucht eine langfristige Perspektive. Quanz denkt daher bereits jetzt einen Schritt weiter. Er leitet eine internationale Initiative, die mit einer der grossen wissenschaftlichen Missionen der Europ?ischen Raumfahrtagentur ESA in den Jahren 2035 bis 2050 die Suche nach ausserirdischem Leben einen grossen Schritt weiterbringen m?chten. ?Mit erdgebundenen Teleskopen stossen wir an Grenzen, weil in der Erdatmosph?re alle relevanten Molek¨¹le ebenfalls vorkommen und die Erde eine ?hnliche Temperatur hat wie die Exoplaneten, die uns interessieren?, erl?utert er. ?Wenn wir dieses enorme Hintergrundrauschen der Erde ¨¹berwinden wollen, m¨¹ssen wir ins All gehen. Nur so k?nnen wir Lebensspuren in den Atmosph?ren von Exoplaneten finden.?

Doch leider lassen sich im All keine so grossen Teleskope installieren wie in der Atacama-W¨¹ste. Quanz und seine Mitstreiter:innen machen deshalb im Projekt ?LIFE ¨C Large Interferometer for Exoplanets? einen k¨¹hnen Vorschlag: Im Lagrange-Punkt L2, also dort, wo das James-Webb-Teleskop mit spektakul?ren Aufnahmen f¨¹r Furore sorgt, sollen vier weitere kleine Teleskope stationiert werden. ?Wenn wir die Messsignale von mehreren kleinen Teleskopen miteinander kombinieren, haben wir eine ?hnliche Aufl?sung wie mit einem einzelnen grossen Teleskop?, schw?rmt Quanz. ?Wir k?nnen dann erstmals erd?hnliche Planeten direkt abbilden und chemisch charakterisieren.?

Bis es soweit ist, muss eine Reihe von anspruchsvollen technischen Aufgaben gel?st werden: Die Teleskope m¨¹ssen in einer sehr genauen Formation fliegen, die sich je nach Zielobjekt immer wieder ?ndert; die Messsignale der einzelnen Satelliten m¨¹ssen sehr pr?zise synchronisiert werden; und da von den Exoplaneten wenig Licht eintrifft, braucht es extrem empfindliche Sensoren. Und nicht zuletzt ist auch die Energieversorgung ein kritisches Thema, ben?tigt doch das Neuausrichten der Satelliten viel Treibstoff.

Technisch, so ist Quanz ¨¹berzeugt, ist das alles machbar. Aber es braucht einen grossen Effort ¨C auch auf der forschungspolitischen Ebene. ?Letztlich ist es eine Frage der Priorisierung?, erkl?rt er. ?Wir k?nnten zum ersten Mal die Frage nach ausserirdischem Leben empirisch beantworten. Das w¨¹rde unser Weltbild fundamental ver?ndern. Und diese Chance sollten wir ergreifen.?