Freitag, 9. November 2012

Farben ferner Erden könnten Hinweise auf extreme Lebensformen geben


Die Planeten des Sonnensystems im "Farb-Raum".
| Copyright: NASA/GSFC, (dt.: grewi.de) 


Heidelberg (Deutschland) - Die Entdeckung einer möglicherweise lebensfreundlichen Super-Erde in nur 42 Lichtjahren Entfernung erst vor wenigen Tagen (...wir berichteten), stützt erneut die Einschätzung vieler Planetenforscher, dass die Entdeckung eines und wahrscheinlich mehrerer erdähnlichen Planeten nur noch eine absehbare Frage der Zeit ist. Während eine direkte Erforschung dieser Planeten vor Ort mit den derzeit zur Verfügung stehenden Technologien nicht möglich ist, suchen Astronomen dennoch schon jetzt nach Wegen, anhand der möglichen Fernbeobachtungen Rückschlüsse auf die Qualitäten und Merkmale "ferner Erden" zu ziehen. Die so sichtbare Farbe entsprechender Planeten könnte laut einer aktuellen Studie dabei eine wichtige Rolle spielen - auch wenn es darum geht, mögliches Leben unter extremen Umweltbedingungen zu identifizieren.

Grundvoraussetzung für die Annahme, dass es auf einem fernen Planeten Leben geben könnte, ist derzeit dessen Abstand von seinem Zentralgestirn. Nur innerhalb der sogenannten habitablen Zone wäre Leben - zumindest in Formen, die wir von der Erde kennen - möglich, markiert sie doch jene Abstandregion, innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund gemäßigter Oberflächentemperaturen Wasser in flüssiger Form und damit die Grundlage zumindest allen bislang bekannten (also irdischen) Lebens existieren kann. Allerdings ist die Definition dieser "grünen Zone" immer noch Inhalt kontroverser Diskussionen, da selbst in unserem Sonnensystem Leben auch auf Himmelskörpern wie etwa den Eismonden von Saturn und Jupiter, unter anderem durch die auf die Monde wirkenden Gezeitenkräfte ihrer gewaltigen Planeten, außerhalb der habitablen Zone flüssiges Wasser möglich sein könnte.

Auch auf der Erde existieren Lebewesen, sogenannte extremophile Mikroben, in Umgebungen, die deutlich außerhalb der normalen lebensfreundlichen Umwelt angesiedelt sind - etwa in völliger Dunkelheit, extremer Kälte oder Hitze, unter eigentlich lebensfeindlichen chemischen Bedingungen (bspw. extreme Salz- oder Methankonzentration, hohe oder niedrige pH-Werte, Umweltgifte usw.) oder bei extremer Nährstoffknappheit. Einige Mikroben können sogar ungeschützt im Weltraum existieren.

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In einer aktuellen Studie haben sich Siddharth Hegde and Lisa Kaltenegger vom Max-Planck-Institut für Astronomie der Frage angenommen, wie derart extreme Lebensräume auf erdähnlichen Planeten astronomisch entdeckt bzw. identifiziert werden könnten. Wie die Wissenschaftler vorab auf "arxiv.org" berichten, spielt die Farbe der Lebensräume von extremophilen Lebewesen, wie sie auf der Erde bekannt sind, hierbei eine zentrale Rolle. Wenn man also weiß, wie sich diese irdischen "Extrembiotope" sozusagen farblich aus der Ferne abzeichnen bzw. identifizieren lassen, könnte man auch auf fernen Planeten gezielt nach diesen Ausschau halten.

Grundvoraussetzung für diese Vorgehensweise ist natürlich die Möglichkeit der direkten Beobachtung und Abbildung entsprechender Planeten. Folgeuntersuchungen wie etwa spektrografische Analysen der Atmosphären entsprechender Planeten wären dann ein nächster Schritt und könnten dann genauere Aussagen über mögliches Leben ermöglichen.

Betrachtet man die Erde aus der Ferne, so lässt sich anhand des Lichtspektrums gleich eine Vielzahl von Zeichen für Leben ablesen. Ein Beispiel hierfür ist die Vegetation, die sich durch den Umstand verrät, dass das in den Pflanzen vorkommende Chlorophyll mehr Licht im infraroten als im sichtbaren Spektrum reflektiert - ein Effekt der als "Red Edge of Chlorophyll" bezeichnet wird.

Basierend auf dieser Beobachtung dehnten die Forscher dieses Szenario auch auf mögliche Signale extremophiler Umgebungen aus. Ein Problem für die Suche nach Oberflächenmerkmalen als Hinweise auf extremophiles Leben ist jedoch der Umstand, dass die meisten bekannten Extremophilen unterhalb der Oberfläche existieren. Aus diesem Grund haben sich Hegde und Kaltenegger auf jene Spielarten extremophiler Organismen konzentriert, die auch an der Oberfläche existieren.

Zu diesen Organismen gehören beispielsweise Rotalgen, die in giftigen Umgebungen wie etwa Bergbauabwässern existieren können oder Flechten, die auch in immertrockenen Wüsten gedeihen. Ebenfalls von Interesse für die Forscher waren Mikrobenmatten, die etwa von Bakterien gebildet werden, in dem diese sich mit dem Sediment oder anderen hitzebeständigen (thermophilen) Mikroorganismen verbinden.

Mikrobenmatten rund um die Octopus Spring im Yellowstone National Park.
| Copyright: gps.caltech.edu

Wie schon von Pflanzen bedeckte Oberflächen, so weisen auch diese Umgebungen charakteristische Reflektionseigenschaften (Albedo) in bestimmten Wellenlängen auf. Anhand eines sogenannten Farb-Farb-Diagrams haben die Forscher nun versucht zu bestimmen, welche extremophilen Lebensräume schon aus der Ferne entdeckt werden könnten

Die zugrunde liegende Methode nutzt die sogenannte Filterphotometrie, um Planeten und ihre Umweltbedingungen zu beschreiben. Herzu wird das von einem Planeten reflektierte Licht mittels dreier Teleskopfilter in die Farben Blau, Grün und Rot aufgespalten. Auf diese Weise würde beispielsweise die Erde eine gesonderte Stellung in einem solchen Farb-Farb-Diagramm des Sonnensystems einnehmen, an dessen gegenüberliegenden Ende der Mars seinen Platz findet (s. Abb.). Die so aus dem reflektierten Planetenlicht extrahierten Farben können also sozusagen als Fingerabdruck der Planeten und ihrer Umweltbedingungen betrachtet werden (...wir berichteten).

"Was wir herausgefunden haben ist, dass man diese Vorgehensweise als ersten Schritt für weiterführende spektroskopische Beobachtungen nutzen kann, um vorab schon einmal überhaupt abzuschätzen, ob ein Planet zumindest extreme Lebensformen beherbergen kann", erläutert Hegde.

Wenn auf diese Weise bestimmte Farben bestimmten potentiellen Lebensräumen zugeschrieben werden können, kann beispielsweise der Nachweis einer von Sandstein dominierten Umgebung auf einem potentiell lebensfreundlichen Exoplaneten die Grundlage für eine gezielte Suche nach Anzeichen von endolithischen Mikroorganismen darstellen, die in solchen Umgebungen vorkommen.

Das Farb-Farb-Diagramm zeigt auch, wie bestimmte Umgebungen mit anderen Gruppen bilden. So hat Schnee eine ähnliche Farbe wie Salze. Andere Gruppen bestehen aus Umgebungen wie Sand, Bakterienmatten und Flechten. Auch die Menge an Wasser auf einem Planeten in relativer Beziehung zu den extremen potentiellen Lebensräumen verschiebt einen Planeten innerhalb des Diagrams. Da schon die Atmosphäre der (wenn auch heute eindeutig lebensfreundlichen) frühen Erde anaerob, also frei von Sauerstoff war, haben die Forscher auch Diagramme erstellt, die Umweltbedingungen anaerober Organismen miteinbeziehen.

Allerdings hat auch die Farb-Farb-Methode ihre Grenzen, wenn beispielsweise ein Planet vollständig von einer Wolkendecke eingehüllt ist und so keine Oberflächenmerkmale sichtbar sind. Bei hochwertigen Lichtsignalen ist es jedoch auch in einem solchen Fall möglich, einen bestimmten Anteil an Wolken künstlich herauszurechnen.

Da sich schon die spezifischen Farben chlorophyllhaltiger Organismen um anderer Sterntypen als unsere Sonne verändern können (...wir berichteten), konzentrierten sich Hegde und Kaltenegger in ihrer aktuellen Untersuchung auf erdartige Planeten um sonnenähnliche Sterne. Da jedoch heißere Sterne einen Großteil ihrer Energie in niedrigeren Wellenlängen abgegeben, könnte dies statt zu einem "red edge" zu einem "blue edge" von Chlorophyll führen, wenn sich entsprechende Pflanzen durch die Reflexion entsprechenden Lichts vor der hochenergetischen Strahlung schützen.

Bislang ist das größte Hindernis für derartige Analysen jedoch der Umstand, dass mit aktueller Beobachtungstechnologie erdartige und damit kleine und ihrem Zentralgestirn vergleichsweise nahe Planeten noch nicht direkt abgebildet werden können. Dies ist jedoch eine Grundvoraussetzung für die Anwendung der Filterphotometrie und zur Erstellung von Farb-Farb-Diagrammen als erste Schritte für einen Nachweises von Leben außerhalb des Sonnensystems.

- Den vollständigen Artikel von Kaltenegger und Hegde finden Sie HIER

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Quellen: arxiv.org, astrobio.net
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