Bei ihren Bemühungen, Beweise für ein Leben jenseits unseres Sonnensystems zu finden, sind Wissenschaftler gezwungen, den so genannten „niedrig hängenden Obst“ -Ansatz zu wählen. Grundsätzlich kommt es darauf an, zu bestimmen, ob Planeten „potenziell bewohnbar“ sein könnten, basierend darauf, ob sie warm genug wären, um flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen und dichte Atmosphären mit genügend Sauerstoff zu haben oder nicht.
Dies ist eine Folge der Tatsache, dass bestehende Methoden zur Untersuchung entfernter Planeten weitgehend indirekt sind und dass die Erde nur ein Planet ist, von dem wir wissen, dass er das Leben unterstützen kann. Aber was ist, wenn Planeten mit viel Sauerstoff nicht garantiert Leben produzieren? Laut einer neuen Studie eines Teams der Johns Hopkins University könnte dies durchaus der Fall sein.
Die Ergebnisse wurden in einer Studie mit dem Titel „Gasphasenchemie kühler Exoplanetenatmosphären: Erkenntnisse aus Laborsimulationen“ veröffentlicht, die kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht wurde ACS Erde und Weltraum Chemie. Für ihre Studie simulierte das Team die Atmosphäre von außersolaren Planeten in einer Laborumgebung, um zu demonstrieren, dass Sauerstoff nicht unbedingt ein Lebenszeichen ist.
Auf der Erde macht Sauerstoffgas etwa 21% der Atmosphäre aus und entstand durch Photosynthese, die in dem großen Oxygenierungsereignis (vor ca. 2,45 Milliarden Jahren) gipfelte. Dieses Ereignis veränderte die Zusammensetzung der Erdatmosphäre drastisch und ging von einer Zusammensetzung aus Stickstoff, Kohlendioxid und Inertgasen zu der heute bekannten Stickstoff-Sauerstoff-Mischung über.
Aufgrund seiner Bedeutung für den Aufstieg komplexer Lebensformen auf der Erde wird Sauerstoffgas als eine der wichtigsten Biosignaturen angesehen, wenn nach möglichen Hinweisen auf Leben jenseits der Erde gesucht wird. Schließlich ist Sauerstoffgas das Ergebnis von photosynthetischen Organismen (wie Bakterien und Pflanzen) und wird von komplexen Tieren wie Insekten und Säugetieren verbraucht.
Aber wenn es darauf ankommt, wissen Wissenschaftler nicht viel darüber, wie verschiedene Energiequellen chemische Reaktionen auslösen und wie diese Reaktionen Biosignaturen wie Sauerstoff erzeugen können. Während Forscher photochemische Modelle auf Computern durchgeführt haben, um vorherzusagen, welche Exoplanetenatmosphären möglicherweise erzeugt werden können, fehlten echte Simulationen in einer Laborumgebung.
Das Forschungsteam führte seine Simulationen mit der speziell entwickelten Kammer Planetary HAZE (PHAZER) im Labor von Sarah Hörst durch, einer Assistenzprofessorin für Erd- und Planetenwissenschaften an der JHU und einer der Hauptautoren des Papiers. Die Forscher entwickelten zunächst neun verschiedene Gasgemische, um Exoplanetenatmosphären zu simulieren.
Diese Mischungen stimmten mit Vorhersagen über die beiden häufigsten Arten von Exoplaneten in unserer Galaxie überein - Super-Erden und Mini-Neptune. In Übereinstimmung mit diesen Vorhersagen bestand jede Mischung aus Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak und Methan und wurde dann auf Temperaturen im Bereich von 27 bis 370 ° C (80 bis 700 ° F) erhitzt.
Das Team injizierte dann jede Mischung in die PHAZER-Kammer und setzte sie einer von zwei Energieformen aus, von denen bekannt ist, dass sie chemische Reaktionen in Atmosphären auslösen - Plasma aus Wechselstrom und ultraviolettem Licht. Während die ersteren elektrische Aktivitäten wie Blitze oder energetische Partikel simulierten, simulierte das UV-Licht das Sonnenlicht - den Haupttreiber chemischer Reaktionen im Sonnensystem.
Nachdem das Experiment drei Tage lang ununterbrochen durchgeführt worden war, was entspricht, wie lange atmosphärische Gase einer Energiequelle im Weltraum ausgesetzt wären, haben die Forscher die resultierenden Moleküle mit einem Massenspektrometer gemessen und identifiziert. Sie fanden heraus, dass in mehreren Szenarien Sauerstoff und organische Moleküle produziert wurden. Dazu gehörten Formaldehyd und Cyanwasserstoff, die zur Produktion von Aminosäuren und Zuckern führen können.
Kurz gesagt, das Team konnte zeigen, dass Sauerstoffgas und die Rohstoffe, aus denen Leben entstehen kann, durch einfache chemische Reaktionen erzeugt werden können. Als Chao He erklärte der Hauptautor der Studie:
„Früher wurde vermutet, dass Sauerstoff und organische Stoffe zusammen Leben anzeigen, aber wir haben sie in mehreren Simulationen abiotisch hergestellt. Dies deutet darauf hin, dass selbst das gleichzeitige Vorhandensein allgemein anerkannter Biosignaturen für das Leben falsch positiv sein könnte. “
Diese Studie könnte erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach Leben jenseits unseres Sonnensystems haben. In Zukunft können wir mit Teleskopen der nächsten Generation Exoplaneten direkt abbilden und Spektren aus ihrer Atmosphäre erhalten. In diesem Fall muss das Vorhandensein von Sauerstoff möglicherweise als potenzielles Zeichen für die Bewohnbarkeit überdacht werden. Zum Glück gibt es noch viele mögliche Biosignaturen zu suchen!
