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22.03.11 · 11:27 Uhr
Wie man Leben auf extrasolaren Planeten entdeckt
Kategorie: Naturwissenschaften · Kommentare: 36
Auch heute gab es wieder viele mathematiklastige Vorträge bei der Himmelsmechanikkonferenz in Bad Hofgastein. Aber da ich gestern ja schon über den himmelsmechanischen Werkzeugkasten berichtet habe, habe ich mir heute an ganz anderes Thema ausgesucht: habitable Planeten!
Bei der Suche nach extrasolaren Planeten kommt den habitablen Planeten natürlich besonderes Interesse entgegen. Aus astronomischer Sicht sind eigentlich alle Planeten interessant aber von einem rein menschlichen Standpunkt aus gesehen wollen wir selbstverständlich wissen, ob es da draussen noch andere Orte gibt, auf denen Leben möglich ist. In den Presseaussendungen und Medien tauchen in letzter Zeit immer wieder mal Entdeckungen von "habitablen" Planeten auf - aber das ist bestenfalls nur Spekulation. Das was man da entdeckt hat sind Planeten, die klein genug sind, um eine feste Oberfläche haben und die sich genau im richtigen Abstand von ihrem Stern befinden so dass eine auf den Planeten im Prinzip angenehme Temperaturen herrschen können (d.h. dass dort Wasser in flüssiger Form existieren kann).
Aber das allein macht natürlich die Habitabilität noch nicht aus. Da gibt es noch jede Menge andere Faktoren, die eine wichtige Rolle spielen und über die wenigstens lassen sich momentan vernünftige Informationen gewinnen. Extrem wichtig ist zum Beispiel das Vorhandensein einer Atmosphäre bzw. deren Zusammensetzung. Was nützt ein schöner Planet der der Erde ähnelt wenn er eine höllisch dichte Atmopshäre voll Schwefel hat wie die Venus oder eine fast nicht vorhandende Kohlendioxid-Atmosphäre wie der Mars? Aber herauszufinden, welche Atmosphäre ein bestimmter Exoplanet hat, ist bestenfalls enorm schwierig und normalerweise unmöglich. Dazu bräuchten wir spektroskopische Daten und die gewinnt man i.A. nur wenn man den Planten direkt beobachten kann. Das ist aber für die meisten Objekte nicht möglich; sie werden nur über indirekte Beobachtungsmethoden gefunden. Neben der Atmosphäre braucht so ein Planet, der einmal Leben beherbergen soll auch noch ein paar andere Dinge. Funktionierende Plattentektonik zum Beispiel, ein Magnetfeld und vielleicht auch einen so großen Mond wie ihn unsere Erde hat (und der dafür sorgt, dass die Schwankungen der Erdachse nicht aus dem Ruder laufen).
Und dann ist da natürlich noch der Stern. Auch der muss sich ordentlich benehmen und sollte zum Beispiel nicht variabel sein, also seine Helligkeit nicht dauernd ändern. Und die Aktivität des Sterns sollte ebenfalls nicht zu heftig sein - denn ansonsten würde der Planet ständig vom Sternwind bombardiert was für das Leben nicht sonderlich toll ist.
Genau mit diesem Thema hat sich heute der Vortrag von Klaus Strassmeier vom Astrophysikalischen Institut Potsdam beschäftigt. Gemeinsam mit Wissenschaftlern vom Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung hat er die Rolle der stellaren Aktivität auf die Habitabilität von Exoplaneten untersucht, erklärt, wie man sich eventuell in Zukunft auf die Suche nach konkreten Anzeichen von Leben auf extrasolaren Planeten machen kann und in seinem Vortrag mit dem Titel "Towards the detection of biomarkers and the role of stellar magnetic activity"
Besonders interessant sind hier Sterne vom Spektraltyp M. Das sind Sterne, die kühler sind als unsere Sonne und für die Exoplanetenforschung sind sie von besonderer Bedeutung. Da solche Sterne kleiner und weniger hell sind als die die anderer Spektraltypen, ist es hier leichter, Exoplaneten zu finden und direkt abzubilden. Außerdem gibt es sehr viele M-Sterne und deswegen ist es nicht unvernünftig anzunehmen, dass die ersten erdähnlichen Planeten bei solchen Sternen entdeckt werden. Dann muss man sich aber auch wirklich Gedanken um die Aktivität der Sterne machen. Denn da M-Sterne kühler sind, müssen habitable Planeten auch näher an ihnen dran sein um ausreichend Licht und Wärme abzubekommen. Das bedeutet aber auch, dass sie der Sternaktivität - die bei M-Sternen tendenziell sehr stark sein kann; bis zu einer Million mal stärker als bei der Sonne - stärker ausgesetzt sind.
Die Aktivität eines Sterns kann aber nicht nur die Habitabilität beeinflussen sondern auch unsere Möglichkeiten, die Habitabilität zu untersuchen. Einer der sogenannten "Biomarker" die es uns erlauben würden auf das Vorhandensein von Leben zu schliessen ist die vegetation red edge (VRE). Die VRE sieht man, wenn man das Licht das von einem Planeten reflektiert wird, in seine Bestandteile aufspaltet und nachsieht, wieviel Licht bei bestimmten Wellenlängen empfangen wird. Gibt es auf einem Planeten Pflanzen und damit Chlorophyll, dann sorgt das dafür, dass ein ganz bestimmter Teil des Lichts ausgeblendet wird (bei etwa 700 nm). Sowas ist allerdings mit der momentanen Technik auf anderen Planeten unmöglich nachzuweisen.
Wir können aber üben! Denn wir kennen einen Planeten, der voll mit Pflanzen ist: unsere Erde. Natürlich wäre es extrem aufwendig, ein Weltraumteleskop ein paar Lichtjahre weit weg zu schicken um dann aus großer Entfernung zurück zur Erde zu blicken. Aber glücklicherweise geht es auch anders. Wir müssen nur zum Mond schauen. Denn die Sonne beleuchtet unsere Erde und dieses Licht wird auch zum Mond reflektiert. Und von dort wieder zurück zu uns. Das Licht des Mondes besteht also zu einem kleinen Teil auch aus "Erdschein" und genau dort können wir nun probieren, ob wir die Biomarker finden die uns sagen, dass es auf der Erde leben gibt.
Das alles ist natürlich wahnsinnig kompliziert. Erstmal ist die Erde ja nicht komplett mit Pflantzen bedeckt sondern es gibt dort jede Menge Wasserflächen und andere Stellen, an denen kein Chlorophyll ist. Und dann dreht sich die Erde dauernd und das reflektierte Licht des Mondes kommt immer von verschiedenen Stellen. Die Stärke der VRE ändert sich ständig - und da haben wir Probleme wie Wolken noch gar nicht erst angesprochen. Aber auch die Eigenschaften des Magnetfeldes können eine Rolle spielen (es geht hier um die Detektion von polarisiertem Licht die wichtig ist, um die VRE gut zu detektieren). Es gibt zwar schon ein paar erste Detektion der Biomarker im Erdschein - aber an einen Versuch das auch bei extrasolaren Planeten ist noch lange nicht zu denken.
Dazu fehlen uns einmal die passenden Planeten - einen richtig überzeugenden Kandidaten für einen habitablen Exoplaneten hat man ja noch nicht wirklich gefunden. Und dann braucht man bessere Teleskope. Viel bessere Teleskope! Klaus Strassmeier hat in seinem Vortrag extra betont, dass man hier im Prinzip noch kaum etwas versteht. Um Biomarker bei extrasolaren Planeten zu detektieren muss man mit noch nicht verhandener Technik Planeten beobachten die wir noch nicht entdeckt haben und dabei die Interaktion zwischen den planetaren und stellaren Magnetfeldern berücksichtigen die wir noch nicht komplett verstanden haben. Um aus diesen ersten Ideen tatsächlich echte Ergebnisse und vernünftige Wissenschaft zu machen, brauchen wir mehr Daten und die kriegen wir nur mit besseren Instrumenten. Eines davon wird das EELT sein, das European Extremly Large Telescope das, wie der Name schon sagt, extrem groß sein wird. Ich habe hier schonmal über diese gewaltige Teleskop geschrieben. Wenn es 2019 in Betrieb gehen wird (in der Realität wird das wohl etwas später stattfinden), dann wird sein 42 Meter großer Spiegel alles in den Schatten stellen, was wir bisher von Teleskopen kannten. Dann werden wir auch die Detektion von Biomarkern vernünftig angehen können. Und das wird spannend werden...
Autor: Florian Freistetter· 36 Kommentare· Permalink· Trackback-URL
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Kommentare (36)
Ich liefere noch ein paar Bilder nach; das Internet spinnt grad wieder und das hochladen klappt nicht...
Sehr schöne Zusammenfassung!
Wie lange könnte es denn deiner Meinung nach dauern, bis wir Biomarker halbwegs zuverlässig erkennen können? Ich weiß, dass es sich nur um Spekulation handeln kann, dennoch würde ich gerne von dir hören, was du glaubst.
Gruß, cydonia
Hallo,
ich hätte eine Frage zu dem Absatz hier:
"Besonders interessant sind hier Sterne vom Spektraltyp M. Das sind Sterne, die kühler sind als unsere Sonne und für die Exoplanetenforschung sind sie von besonderer Bedeutung. Da solche Sterne kleiner und weniger hell sind als die die anderer Spektraltypen, ist es hier leichter, Exoplaneten zu finden und direkt abzubilden."
Der letzte Satz leuchtet mir ehrlich gesagt nicht ein, denn im Prinzip wird hier doch behauptet, dass man mit weniger Licht mehr sieht. Es gibt Fälle, in denen das tatsächlich stimmt, z.B. mit bzw. ohne Taschenlampe nachts in freier Natur und innerhalb unserer Atmosphäre gibt es natürlich das Phänomen der Lichtverschmutzung, das ärgerlich sein kann, wenn man sozusagen aus der Atmosphäre rausschauen will, aber vom Orbit aus müsste man einen Planeten doch eigentlich besser sehen können, wenn er besser beleuchtet wird. Wo liegt da mein Denkfehler?
Andreas
Ich hatte immer gedacht, dass das bloße Auftreten von Sauerstoff einerseits in der Atmosphäre eher als anderes nachzuweisen und andererseits schon ein ziemlich starkes Indiz für Leben wäre. Oder unterliege ich da einem Denkfehler?
Bullet·
22.03.11 · 11:44 Uhr
Das is ja mal eine geile Aussage. *kicher* In der Softwarebranche heißt sowas "Duke Nukem Forever" :)Warum sollten Pflanzen auf anderen Planeten Chlorophyll verwenden? Insbesondere bei nem Stern der Klasse M, wo das Strahlungsmaximum woanders liegt. (Und selbst auf der Erde ist Chlorophyll nicht wirklich optimal, denn die Sonne hat ihr Strahlungsmaximum ja gerade im grünen Bereich.)
Oder sucht man generell nach Absorptionsbändern, die nicht durch "einfache" Moleküle erklärt werden können?
Wirklich sehr gute Zusammenfassung. Doch leider kann ich nicht alle Bilder sehen.
@Gobold: Wenn man Planeten direkt sehen will, dann ist es nützlich, wenn der Stern schwächer ist damit er nicht alles überstrahlt
@MartinB: Klar, Chlorophyll muss nicht sein. Aber man kann halt nur nach dem suchen, was man kennt...
@Walim: Sauerstoff allein reicht nicht aus - aber Ozon wäre ein guter Biomarker
Hallo werte Kommentatoren,
könnte mir jemand erläutern bzw. einen Link geben, wie genau die Plattentektonik unabdingbar für die Entstehung von Leben ist?
Vielen Dank.
@tomW: http://www.pik-potsdam.de/~bloh/homepage/suw.html
@ FF:
Wofür interessiert sich denn so der durchschnittliche Planet? Sport? Mode? Politik? ;)
@FF
Meine Idee war eigentlich, dass freier Sauerstoff ohne biologische Prozesse, die reproduzieren, nicht lange frei vorhanden bleibt. Aber ich weiß jetzt nicht, ob man im Licht freien von gebundenem Sauerstoff (also Kohlendioxid z.B) unterscheiden kann.
@walim: Ich dachte auch (zumindest nach dem, was ich so auf Konferenzen gehört habe) an Ozon als Biomarker. Ozon soll deswegen so gut geeignet ist, weil Sauerstoff nach dem was wir auf der Erde wissen ohne biologische Prozesse sehr schnell in Gestein eingelagert wird (Siehe z.B. der Rost auf dem Mars) und weil Ozon sich relativ weit oben in der Atmosphäre bildet, wenn denn freier Sauerstoff in nennenswerter Menge durch Leben in die Erdatmosphäre gebracht wird. D.h. die Signatur wird nicht so leicht von anderem Zeugs überlagert, was da noch drüber liegt.
@Florian: Hat der Kollege dazu was gesagt?
Ist Ozon nicht auch einfacher zu finden als Chlorophyll? Es befinden sich schon einige bislang entdeckte Planeten in der Lebenszone (Supererden). Auf denen könnte man zuerst nach Leben suchen.
Gliese ist z.B. ein IMHO sehr interessantes System für Leben. Das vieles aus menschlicher Betrachtung dagegen spricht bedeutet nicht, das dort nichts existiert.
M- Sterne wären ungünstig für hochentwickeltes Leben, wie wir es von der Erde kennen. Nur G und K- Sterne wären optimal, betrachten wir unsere eigene Existenz als Normalfall.
Aber irren ist menschlich, und das voreingenommener Wissenschaftler (Egal wer sich davon jetzt angesprochen fühlt) erst Recht. Leben könnte nochmals deutlich vielseitiger und anpassungsfähiger sein, als wir uns das von der Erde auf anderen Planeten übertragen vorstellen können.
Sind die Vorrausetzungen, dass ein Planet habitabel ist wirklich so hoch?
Manche Sachen kann ich gut nachvollziehen aber wenn es sowohl Plattentektonik als auch einen großen Mond braucht und zusätzlich noch hunderte (womöglich tausende) weitere Parameter, könnten am Ende nicht viele übrig bleiben - vor allem nicht in beobachtbarer Nähe.
Wollen wir hoffen, dass sich Leben auch unter nicht ganz perfekten Bedingungen entwickeln kann.
Werden solche Fragen eigentlich fächerübergreifend erforscht?
Also reden Biologen auch mal mit euch Astronomen und vielleicht auch mit ein paar Geologen usw. darüber.
Warum wollt ihr alle direkt höheres Leben haben?
Ich würde schon bei Protozellen, ja sogar schon bei ein paar Molekülen wie sie im Miller-Experiment auftraten am Rad drehen.
Zugegeben beides schwerer nachzuweisen... (besonders auf diese Entfernungen ^^)
@Plumtree:
Aber selbstverständlich ist das ein interdisziplinäres Forschungsgebiet!Einen sehr guten Überblick (vor allem zur biochemischen Seite der Frage) gibt übrigens das hier:
http://www.amazon.de/Limits-Organic-Life-Planetary-Systems/dp/030910484X/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1300825689&sr=8-1
Wie sicher kann man eigentlich sein, dass wenn - wie im Artikel erwähnt - im analysierten Lichtspektrum der Bereich um 700 nm fehlt, dies tatsächlich auf das Vorhandensein von Chlorophyll hinweist?
Kann es dafür nicht auch andere Ursachen geben, oder wäre das wirklich ein eindeutiger Hinweis? Man kann das ja momentan nur auf der Erde direkt untersuchen, wie sieht das bei den anderen Planeten im Sonnensystem aus, auf denen kein pflanzliches Chlorophyll vorhanden ist - gibt es dort eindeutig keine Ausblendung bei 700 nm?
Ich vermute mal, dass auch andere chemische Substanzen (oder Kombinationen von mehreren) eine solchen Effekt bewirken könnten, aber von Chemie hab ich nur wenig Ahnung, also liege ich mit dieser Annahme vielleicht völlig falsch.
Der Titel "Wie man Leben ... findet" ist vielleicht etwas generalisierend. Es geht wohl eher darum, "Wie man eine zweite Erde findet" (bis auf die Sternklasse). Vielleicht ist ja die Erde die abartigste Form von Leben weit und breit und wird neugierig beobachtet :) Aber sich allein vorzustellen, was man sich nicht so alles vorstellen kann, ist schon genial.
@benjamin
Das Problem ist, das wir Leben, das vollständig anders ist als unseres vermutlich nicht erkennen würden, warum also nach etwas suchen, wenn man nicht weiß, wonach.
Aber ich frage mich auch, ob nicht Wasserflächen oder Ozon leichter zu finden sind,a ls Chlorophyl, zumal es ja auch Algen gibt, die Photosynthese mit was anderem als Cloryphyl machen, oder?
@Plumtree u.a.:
diese Thematik (und einiges mehr, z.B. Entstehung des Sonnensystem, die frühe Entwicklung, Asteroiden, Meteoriten, auch Isotopenchemie, vorw. von O, C, N, S, He, etc) wird (noch) als "Kosmochemie" bezeichnet. Von Hause aus (Studium) kommen die Leute mehrheitlich aus den Geo- und Biowissenschaften. Astrophysiker sind hier klar in der Unterzahl - und wenn, dann mit hydrodynamischem Modellieren (= Gas- und Plasmastroemungen) beschaeftigt ;-) Naja, einige zumindest.
Ich denke, in der Zukunft werden sich einge der Teilgebiete etwas in eigenstaendige Disziplinen abtrennen, trotzdem, alles wird sehr interdisziplinaer bleiben. Das ist einer der Gruende, warum das alles so spannend ist.
Ich habe irgendwann mal Geologie studiert, heute beschaeftige ich mich vorw. mit Kondensaten in der Protoplanetaren Wolke. Aufgrund des experimentellen Arbeitens komme ich sehr häufig mit Elektronik und Programmierung in Berührung (wobei ich LabView jetzt nicht unbedingt als Programmieren bezeichnen würde ;-) ). Und vor ein paar Tagen habe ich zufaellig mit drei Bekannten (alles Aerzte, speziell Radiologen) ueber moegliche C- und O-isotopenfraktionierung in organsichen Systemen diskuttiert. Dieses Fachübergreifende finde ich schlicht spannend und aufregend
Macht es denn Sinn, sich bei der Suche nach (intelligentem) Leben auf die Planeten in habitablen Zonen bzw. Planeten mit erdähnlichen Bedingungen zu konzentrieren? Schließlich dürfte das Zeitfenster, wo man solches Leben antreffen könnte, recht schmal sein. Viel wahrscheinlicher ist es da wohl, Überreste vergangenen Lebens auf Planeten zu finden, die ihren lebensfreundlichen Status wohl schon längst verloren haben (aus dem System geschleudert, Sonne kurz vorm verglühen, Atmosphäre verändert, Magnetfeld weggepustet, etc.). Gerade bei der Suche nach außerirdischen Signalen könnte die Überlegung wichtig sein, schließlich werden entfernte Zivilisationen unsere Signale auch erst dann empfangen, wenn unser Planet längst unbewohnbar ist
Wann sie unsere Signale empfangen, ist unbekannt. Das könnte schon passiert sein. Leben existiert noch gut 500 Mio. Jahre auf der Erde. Bis dahin kann noch viel geschehen.
So kurzlebig ist unser Sonnensystem nun auch wieder nicht. Wir werden auch vorrangig nach ähnlichen Systemen Ausschau halten, in denen es kleine G oder K- Sterne gibt.
Größere Sterne sind zu kurzlebig, um hochkomplexes Leben zu ermöglichen. M- Sterne hingegen leben nochmals länger. Hier wissen wir aber nicht, ob auf diesen Strahlenfunzeln Leben wie wir es kennen Nischen besetzen kann.
Überreste von Leben wären zwar für das Auffinden echten Lebens interessant. Diese würden aber unseren Forscherdrang keinesfalls befriedigen.
Der Mensch will echte Außerirdische finden, und keine Fossilien. Fossilien gibt es schon auf der Erde genug. Etwas lebendiges hat nochmals einen ganz anderen, viel höheren Stellenwert als Knochen.
Vorrangig wollen wir uns selbst finden. Und das geht nur dort, wo wir ebenfalls existieren könnten.
@zwutz
wenn ich dran denke, dass auf der erde die suche nach 2000 Jahre alten zivilisationsspuren schon ein heidenaufriss ist, obwohl man weiß wo ungefähr man sucht, und woran man erkennt, das man etwas gefunden hat, dann vermute ich mal "nein" hat wenig sinn.
Denn wenn es nicht grade erst 150 Jahre her ist, dass die Zivilisation verschwand, werden wir wohl nicht viel finden können. Und die meisten von dir gennanten Aussterbensgründe hinterlassen glaub ich auch mal ein paar deutliche Umwälzungen auf einer Planetenoberfläche als ein bissel Erosion auf der Erde.
@zwutz
Ich denke auch, daß man sich nicht auf die Suche nach *intelligentem* Leben konzentrieren sollte, da halte ich aufgrund der momentanen technischen Möglichkeiten die Erfolgswahrscheinlichkeit für zu gering, d.h. den Aufwand für zu hoch.
Die Suche nach Leben selbst (bzw. nach Hinweisen dafür) ist da sehr viel sinnvoller. Ironisch gemeint: Da muss doch "nur" ein entsprechender Planet aus unserer Sicht vor seinem Stern vorbeiwandern, damit das Sonnenlicht durch dessen Atmosphäre geht, wir messen das Absorptionsspektrum von Ozon - et voila!
Aber wenn es denn nur so einfach wäre ;-)
Aber ich denke, für die gesellschaftliche Entwicklung(en) auf der Erde wäre es eine sehr wichtige Sache, das würde so manchem Gottesvertreter den Schweiß auf die Stirn treiben.
Die systematische Suche nach Planeten in entsprechender Umgebung ist wichtig, um die Prozesse der Stern-/Planetenbildung per se zu verstehen und letztlich, um geeignete Kandidaten aus der Masse auswählen zu können, auf die man sich dann näher konzentriert. Wenn man erstmal genügend Daten von potentiell lebensfreundlichen Objekten (nicht nur Planeten) hat, um Wahrscheinlichkeiten zu berechnen, dann kann man sich auch auf eine gezieltere Suche machen. Doch soweit ist es noch nicht, und kommt mir jetzt hier nicht mit der Drake-Gleichung, da sind zu viele Faktoren schlichtweg geraten.
Wenn als Nebenprodukt dieser Suche dann noch ein paar Vulkanier Hallo sagen, ist das doch auch nett.
Wäre es nicht möglich, dass Leben auch auf Planeten existiert, die gänzlich anders sind, als die Erde? Also z.B. kein Wasser oder keine Sauerstoffhaltige Amosphäre?
Dann musst du auf dem Mars suchen, wo es etwas derartiges geben könnte.
@SeroQ:
ja klar ....... aber.
Das Problem ist, daß du dir dann erst einmal Gedanken darüber machen mußt, wo du die Grenze ziehst zwischen Leben und Nichtleben. Und das ist selbst hier auf der Erde nicht einfach (siehe Viren). Deshalb konzentrieren sich die Leute, die sich damit beschäftigen, erstmal (!) mit Leben, das einer Form folgt, die wir schon kennen - also was mit flüssigem Wasser und Sauerstoff. Denn solange wir so absolut keinen Blassen haben, was noch alles als "Leben" zählen könnte, würden wir bei zu vielen "könnte"-Parametern unweigerlich von false positives überschwemmt werden und hätten keine Kapazitäten mehr, nach den Sachen zu suchen, bei denen wir uns wenigstens ein bissl auskennen.
@SeroQ: Siehe das Buch, dass ich in meinem Kommentar gestern, 21:29 Uhr, erwähnt hatte...
@Andreas75
Ritalin überdosiert? Oder gar nicht genommen?
sieht mir eher nach ner kokspsychose aus
vielleicht auch 2 wochen auf meth wach und erhöhter mitteilungsdrang
Und dann isses auch noch falsch. Armer Florian, wenner das sieht, kriegter nen Anfall. Spammer sind noch schlimmer als Trolle.
Das erinnert mich irgendwie an den regelmäßigen Anfang der "Simpsons"-Folgen ...
... nur nicht so lustig.
Ist vielleicht eine dumme Frage, aber kann es eigentlich sein, dass es theoretisch auch eine nicht auf Kohlenstoff basierende Lebensform gibt?
Annika: "Ist vielleicht eine dumme Frage, aber kann es eigentlich sein, dass es theoretisch auch eine nicht auf Kohlenstoff basierende Lebensform gibt? "
Klar, theoretisch kann sowas sein. Aber da wir noch nicht wissen, wie so eine Art Leben aussehen würde und unter welchen Bedingungen es existieren könnte, macht es keinen Sinn, danach zu suchen.