Die Erde als Versuchsobjekt

Auf der Erde ist Leben m?glich. Das zeigt eine Untersuchung des Instituts f¨¹r Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Z¨¹rich. Dabei ging es den Forschenden nat¨¹rlich 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 ¨C und dass das vorgesehene Messverfahren funktioniert.

Auf der Suche nach Leben

Mit einem Verbund von f¨¹nf Satelliten soll die externe Seite internationale Initiative LIFE unter der F¨¹hrung der ETH Z¨¹rich dereinst Spuren von Leben auf Exoplaneten nachweisen. Dazu sollen erd?hnliche Exoplaneten genauer untersucht werden ¨C Gesteinsplaneten also, die eine ?hnliche Gr?sse und Temperatur wie die Erde haben, aber andere Sterne umkreisen.

Der Plan ist, dort im Weltraum, wo das James-Webb-Teleskop stationiert ist, f¨¹nf kleinere Satelliten zu positionieren. Diese bilden gemeinsam ein grosses Teleskop, das als Interferometer die W?rmestrahlung von Exoplaneten im Infrarotbereich auffangen wird. Aus dem Spektrum des Lichts l?sst sich dann ableiten, wie die untersuchten Exoplaneten und ihre Atmosph?re zusammengesetzt sind. ?Im Lichtspektrum sollen chemische Verbindungen nachgewiesen werden, die auf Leben auf den Exoplaneten hinweisen?, erkl?rt Sascha Quanz, der die LIFE-Initiative leitet.

Die Erde als unscheinbarer Fleck

In der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift externe Seite The Astrophysical Journal ver?ffentlichte wurde, untersuchten die Forschenden Jean-No?l Mettler, Bj?rn S. Konrad, Sascha P. Quanz und Ravit Helled nun, wie gut eine LIFE-Mission einen Exoplaneten im Hinblick auf seine Bewohnbarkeit charakterisieren k?nnte. Dazu betrachteten sie die Erde als Exoplaneten und gaben Beobachtungen auf unseren Heimatplaneten vor

Einzigartig an der Untersuchung ist, dass das Team die F?higkeit der k¨¹nftigen LIFE-Mission an realen statt an simulierten Spektren getestet hat. Sie nutzten dazu Daten eines Erdatmosph?renmessger?ts des Nasa-Forschungssatelliten Aqua. Mit diesen Daten erzeugten sie Emissionsspektren der Erde im mittleren Infrarotbereich, wie sie bei k¨¹nftigen Beobachtungen von Exoplaneten erfasst werden k?nnten.

Zwei ?berlegungen standen dabei im Mittelpunkt. Erstens: Wenn ein grosses Weltraumteleskop aus dem All die Erde beobachten w¨¹rde, welche Art von Infrarotspektrum w¨¹rde es aufnehmen? Weil die Erde aus grosser Entfernung beobachtet w¨¹rde, s?he sie aus wie ein unscheinbarer Fleck ¨C ohne erkennbare Merkmale wie Meer oder Berge ¨C, ein einzelner Pixel auf einem digitalen Bild. Das heisst, die Spektren w?ren dann r?umliche und zeitliche Mittelwerte, die davon abh?ngen, welche Ansichten des Planeten das Teleskop einfangen w¨¹rde und f¨¹r wie lange.

Perspektive und Jahreszeiten ber¨¹cksichtigen

Daraus leiteten die Physikerinnen und Physiker in ihrer Studie die zweite ?berlegung ab: Wenn diese gemittelten Spektren analysiert w¨¹rden, um Informationen ¨¹ber die Atmosph?re und die Oberfl?chenbedingungen der Erde zu erhalten, wie w¨¹rden die Ergebnisse von Faktoren wie der Beobachtungsgeometrie und den jahreszeitlichen Schwankungen abh?ngen?

Die Forschenden ber¨¹cksichtigten dazu drei Beobachtungsgeometrien ¨C die beiden Ansichten von den Polen und zus?tzlich eine ?quatoriale Ansicht ¨C und konzentrierten sich auf Daten, die in den Monaten Januar und Juli aufgenommen wurden, um die gr?ssten saisonalen Ver?nderungen zu ber¨¹cksichtigen.

Erfolgreich als bewohnbaren Planeten identifiziert

Das wichtigste Ergebnis der Studie ist ermutigend: Wenn ein Weltraumteleskop wie LIFE den Planeten Erde aus rund 30 Lichtjahren Entfernung beobachten w¨¹rde, w¨¹rde es Hinweise auf eine gem?ssigte, bewohnbare Welt finden. So konnte das Team in den Infrarotspektren der Erdatmosph?re Konzentrationen der atmosph?rischen Gase CO₂, Wasser, Ozon und Methan nachweisen sowie Oberfl?chenbedingungen, die das Vorkommen von Wasser beg¨¹nstigen. Der Nachweis von Ozon und Methan ist besonders wichtig, da diese Gase von der Biosph?re der Erde produziert werden.

Diese Ergebnisse sind unabh?ngig von der Beobachtungsgeometrie, wie die Forschenden zeigten. Das ist eine gute Nachricht, da die genaue Beobachtungsgeometrie bei zuk¨¹nftigen Beobachtungen von erd?hnlichen Exoplaneten wahrscheinlich unbekannt sein wird.

Beim Vergleich von saisonalen Schwankungen war das Ergebnis hingegen weniger aufschlussreich. ?Auch wenn die atmosph?rische Saisonalit?t nicht leicht zu beobachten ist, zeigt unsere Studie, dass Weltraummissionen der n?chsten Generation beurteilen k?nnen, ob nahe gelegene gem?ssigte erd?hnliche Exoplaneten bewohnbar oder sogar bewohnt sind?, sagt Sascha Quanz.

Ausz¨¹ge dieses Artikels stammen aus dem Text ?Wenn die Erde ein Exoplanet w?re? von Wissenschaftsautorin Gaia Donati.