Wasser auf Exoplaneten: Forschung findet ersten Indikator

Bisher gelang es in der Astronomie nur, Wasserdampf auf fremden Planeten nachzuweisen. Flüssiges Wasser konnte bisher indes nicht nachgewiesen werden. Das ist aber die wichtigste Zutat für Leben. Forscher:innen fanden nun jedoch einen Indikator, der auf flüssiges Wasser auf einem Exoplaneten hinweisen soll. Mit einem weiteren Indikator könnte sich sogar außerirdisches Leben nachweisen.

Die Suche nach Wasser auf Exoplaneten

„Nahgelegene“ Sterne mit Exoplaneten in der habitablen Zone wurden in den letzten Jahrzehnten einige entdeckt, etwa Proxima Centauri oder TRAPPIST1. Die Planeten, die diese Sterne umgeben, liegen in einem Abstandsbereich, in dem die vorhandene Strahlung sowie die Temperaturen die Existenz von flüssigem Wasser und Leben erlauben würden. In den Gashüllen von Exoplaneten wurde auch bereits Wasser in Form von Wasserdampf nachgewiesen.

Nicht nachweise können Forscher:innen bisher flüssiges Wasser oder gar Ozeane. Zwar gibt es Hinweise, die indirekt darauf schließen lassen, etwa eine geringe Dichte des Planeten. Eindeutige Nachweise können bisher aber nicht geführt werden.

Zumindest ist das aktuell noch so. Ein Forschungsteam rund um den Astronomen Amaury Triaud von der University of Birmingham hat nun einen Indikator entdeckt, der bereits heute mit Teleskopen wie dem James-Webb-Teleskop nachgewiesen werden könnte. Der Gedanke, der zu der Entdeckung führte, kam den Forscher:innen anhand der Planeten in unserem Sonnensystem. Planeten wie die Erde, die Venus und der Mars weisen eine große geologische Ähnlichkeit auf und entstanden unter ähnlichen Bedingungen. Die Erde ist allerdings als einziger dieser Planeten bis heute lebensfreundlich und hat Ozeane, die aus flüssigem Wasser bestehen.

Die Forscher:innen fragten sich ob das flüssige Wasser anhand eines Faktors in der Atmosphäre der drei Planeten erkannt werden kann. Und tatsächlich: Alle drei Planeten hatten zwar anfangs ähnliche Atmosphären, die überwiegend aus CO2 bestanden. Allerdings haben heute nur noch der Mars und die Venus diese CO2-dominierten Gashüllen behalten, während die Atmosphäre der Erde nur etwa 0,04 Prozent CO2 enthält. „Wenn diese Planeten einst ähnlich entstanden sind und wir sehen heute einen davon mit sehr viel weniger CO2 als die anderen, dann muss dieses CO2 irgendwo geblieben sein“ so Triaud.

CO2 als Wasserindikator

„Der einzige Prozess, der so viel CO2 aus einer Atmosphäre entfernen kann, ist ein starker Wasserkreislauf mit Ozeanen aus flüssigem Wasser. Als die Erde so weit abkühlte, dass flüssiges Wasser möglich wurde, löste sich ein großer Teil des atmosphärischen CO2/CO in den neugebildeten Urmeeren„, erklären die Forscher:innen. Durch diese CO2-Anreicherung im Meerwasser werden geochemische Reaktionen ausgelöst, die einen Teil des CO2 in Form von Carbonaten und anderen Mineralen am Meeresgrund binden. Daher unterscheidet sich die Atmosphäre der Erde in Bezug auf ihren Kohlendioxidgehalt sehr von denen ihrer beiden Nachbarplaneten, und zwar durch ein deutliches CO2-Defizit. Dieses Defizit könnte auch bei anderen Planeten verraten, ob diese über flüssiges Wasser oder gar einen Ozean verfügten. „Wir argumentieren daher, dass ein Defizit in atmosphärischen Kohlenstoff und im Speziellen von Kohlendioxid eine Signatur der Habitabilität und einer Hydrosphäre darstellt„, so die Forscher:innen.

Wäre dies wahr, könnte es die Suche nach Exoplaneten mit flüssigem Wasser relativ einfach machen: „Es ist ziemlich einfach, die CO2-Menge in der Gashülle eines Planeten zu messen. Denn Kohlendioxid ist ein starker Strahlungsabsorber im infraroten Wellenbereich„, so Triaud. Forscher:innen könnten daher hochauflösende Infrarotspektrometer wie etwa das James-Webb-Teleskop einsetzen, um zu ermitteln, ob und wie viel CO2 in der Gashülle eines Exoplaneten vorhanden ist.

„Indem wir den CO2-Gehalt in den Atmosphären verschiedener Planeten vergleichen, können wir diese neue Habitabilitäts-Signatur nutzen, um die Exoplaneten zu identifizieren, die einen Ozean besitzen„, so Triaud weiter.

Ozon und CO2 können sogar auf Leben hinweisen

Die Forscher:innen gehen davon aus, dass sich mit ihrer Entdeckung neue Chancen ergeben werden, das Vorhandensein von flüssigem Wasser auf Exoplaneten nachzuweisen. In Verbindung mit einem weiteren Indikator könnte so sogar die Suche nach außerirdischem Leben erleichtert werden. Die großen Mengen an Sauerstoff, die von Pflanzen und anderen Lebensformen abgegeben werden, werden unter UV-Einwirkung in Ozon umgewandelt. Auch dieses Gas ist anhand seiner Spektrallinien gut nachweisbar.

„Wenn wir Ozon in einem Spektrum sehen, dann besteht eine relativ hohe Chance, dass das Kohlendioxid auf diesem Planeten von biologischem Leben aufgenommen wurde, so Triaud. Die Forscher:innen plädieren nun dafür, nahe Exoplaneten, die vor ihrem Stern vorüberziehen, einer systematischen Spektralanalyse zu unterziehen – wobei speziell nach den Signaturen von CO2 und Ozon gesucht werden soll.

„Es gibt momentan nur wenige Systeme, die für eine solche Analyse mit dem James-Webb-Teleskop geeignet sind. Wir haben damit jetzt einen Fahrplan, um unter ihnen die lebensfreundlichen Planeten zu finden. Wenn wir alle zusammenarbeiten, könnten schon in den nächsten Jahren bahnbrechende Entdeckungen gemacht werden„, so Julien de Wit vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), der an der Studie beteiligt war.

via MIT