Wir wissen, dass es Tausende von Exoplaneten gibt und dass noch Millionen weitere darauf warten, entdeckt zu werden. Doch die allermeisten Exoplaneten sind einfach unbewohnbar.

Bei den wenigen, die möglicherweise bewohnbar sind, können wir nur feststellen, ob sie bewohnbar sind, indem wir ihre Atmosphäre untersuchen. Leben, Großes exoplanetares InterferometerIch kann helfen.

Die Suche nach Biosignaturen auf potenziell bewohnbaren Exoplaneten nimmt zu. Das James-Webb-Weltraumteleskop hat erfolgreich einige atmosphärische Spektren aus exoplanetaren Atmosphären gesammelt, aber es hat noch viel andere Arbeit zu erledigen und Zeitmessung ist dringend erforderlich. Ein geplantes Weltraumteleskop namens LIFE widmet sich der Suche nach den Biosignaturen von Exoplaneten. Kürzlich haben Forscher es getestet: Könnte es die Biosignaturen der Erde erkennen?

Als Interferometer besteht LIFE aus fünf separaten Teleskopen, die zusammenarbeiten, um das Arbeitsvolumen des Teleskops zu erweitern. LIFE wird von der ETH Zürich (Ederal Institute of Technology Zurich) in der Schweiz entwickelt. LIFE wird im mittleren Infrarotbereich beobachten, wo Spektrallinien von biologisch wichtigen Chemikalien wie Ozon, Methan und Lachgas zu finden sind.

LIFE wird am etwa 1,5 Millionen Kilometer (1 Million Meilen) entfernten Lagrange Point 2 stationiert sein, wo sich auch das James Webb-Weltraumteleskop befindet. Von diesem Standort aus wird es eine Liste exoplanetarer Ziele überwachen, in der Hoffnung, Biosignaturen zu finden.

„Unser Ziel ist es, chemische Verbindungen im Lichtspektrum nachzuweisen, die auf die Anwesenheit von Leben auf Exoplaneten hinweisen“, erklärt Sascha Cowans, Professor für Exoplaneten und Habitabilität an der ETH Zürich, der die LIFE-Initiative leitet.

Das Leben ist immer noch nur ein Konzept und Forscher wollten seine Leistungsfähigkeit testen. Da es noch nicht gebaut wurde, nutzte ein Forscherteam die Erdatmosphäre als Testfall.

Sie behandelten die Erde wie einen Exoplaneten und testeten die LIFE-Methoden anhand des bekannten atmosphärischen Spektrums der Erde unter verschiedenen Bedingungen. Sie verwendeten ein Tool namens LIFEsim, um mit den Daten zu arbeiten. Forscher verwenden oft simulierte Daten, um die Missionsfähigkeiten zu testen, aber in diesem Fall verwendeten sie echte Daten.

Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Astronomisches Magazin. Suche mit dem Titel „Das große Interferometer für Exoplanetare (LIFE). zwölfter. Capstone-Biosignatur-Erkennungspotenzial im mittleren Infrarot – ausgeatmetes Lachgas und Methylhalogen.„Hauptautor ist Dr. Daniel Angerhausen, Astrophysiker und Astrobiologe an der ETH Zürich.

In einem realen Szenario wäre die Erde nur einen winzigen Fleck weit entfernt und kaum zu erkennen. Alles, was das LEBEN sehen wird, ist das atmosphärische Spektrum des Planeten, das sich im Laufe der Zeit ändern wird, je nachdem, welche Ansichten das Teleskop einfängt und, was noch wichtiger ist, wie lange es es beobachtet hat.

Diese Spektren werden im Laufe der Zeit gesammelt, und dies führt zu einer wichtigen Frage: Wie werden sich die Beobachtungsgeometrie und saisonale Schwankungen auf die LIFE-Beobachtungen auswirken?

Zum Glück für das Forschungsteam verfügen wir über zahlreiche Bodenbeobachtungen, mit denen wir arbeiten können. Die Forscher arbeiteten mit drei verschiedenen Beobachtungsgeometrien: zwei Ansichten von den Polen und eine aus der Äquatorregion. Aus diesen drei Perspektiven arbeiteten sie mit atmosphärischen Daten aus Januar und Juli, die die größten saisonalen Veränderungen darstellen.

Obwohl Planetenatmosphären sehr komplex sein können, konzentrieren sich Astrobiologen auf bestimmte Aspekte, um das Potenzial eines Planeten als Lebensraum für Leben aufzudecken. Von besonderem Interesse sind N-Chemikalien₂Oh, Kap₃Cl und CH₃Br (Lachgas, Chlormethan und Bromethan), die alle biologisch hergestellt werden können.

Wir verwenden eine Reihe von Szenarien, die aus chemischen Kinetikmodellen abgeleitet sind und die atmosphärische Reaktion auf verschiedene Ebenen der biologischen Stickstoffproduktion simulieren₂Oh, Kap₃Cl und CH₃Barr in O₂„Reichhaltige terrestrische Planetenatmosphären zur Erstellung fortschrittlicher Modelle für unser Beobachtungssimulationsprogramm LIFEsim“, schreiben die Autoren.

Insbesondere wollten die Forscher wissen, ob LIFE in der Lage ist, Kohlendioxid nachzuweisen₂Wasser, Ozon und Methan auf der Erde aus einer Entfernung von etwa 30 Lichtjahren. Dies sind Zeichen einer gemäßigten Welt, die Leben unterstützt – insbesondere Ozon und Methan, die das Leben auf der Erde produziert. Wenn LEBEN also auf diese Weise die biologische Chemie auf der Erde erkennen kann, kann es sie auch auf anderen Welten erkennen.

LIFE konnte Kohlendioxid nachweisen₂Wasser, Ozon und Methan auf der Erde. Es wurden auch einige Oberflächenzustände beobachtet, die auf das Vorhandensein von flüssigem Wasser hinweisen. Interessanterweise hingen die LIFE-Ergebnisse nicht vom Blickwinkel ab, aus dem die Erde betrachtet wurde. Dies ist wichtig, da wir nicht wissen, aus welchen Blickwinkeln das Leben Exoplaneten beobachten wird.

Ein weiteres Problem sind saisonale Schwankungen, die nicht einfach zu überwachen waren. Aber glücklicherweise scheint dies kein limitierender Faktor zu sein. „Auch wenn atmosphärische Saisonalität nicht leicht zu beobachten ist, zeigt unsere Studie, dass Weltraummissionen der nächsten Generation beurteilen können, ob nahegelegene terrestrische Exoplaneten in gemäßigten Breiten bewohnbar oder sogar bewohnt sind“, sagte Cowans.

Der Nachweis der erforderlichen Chemikalien reicht jedoch nicht aus. Entscheidend ist, wie lange es dauert. Der Bau eines Weltrauminterferometers, das diese Chemikalien erkennt, dafür aber zu viel Zeit in Anspruch nimmt, wäre weder praktikabel noch effizient.

„Wir verwenden die Ergebnisse, um die Beobachtungszeiten abzuleiten, die zur Erkennung dieser Szenarien erforderlich sind, und wenden sie an, um die wissenschaftlichen Anforderungen für die Mission zu bestimmen“, schrieb das Forschungsteam in seiner Arbeit.

Um ein umfassenderes Bild der LIFE-Beobachtungszeiten zu zeichnen, entwickelten die Forscher eine Liste von Zielen. Sie generierten „… eine Verteilung der Entfernung von Hz-Planeten mit Radien zwischen 0,5 und 1,5 Erdradien um Sterne vom Typ M und FGK innerhalb von 20 Sonnenfinsternissen, die mit LIFE erfasst werden können.“ Daten zu diesen Zielen stammen von der NASA und anderen früheren Untersuchungen.

Die Ergebnisse zeigen, dass für einige Ziele nur wenige Tage benötigt werden, während es bei anderen bis zu 100 Tage dauern kann, bis die relevanten Mengen nachgewiesen werden.

Was das Team „goldene Ziele“ nennt, sind am einfachsten zu überwachen. Ein Beispiel für diese Art von Zielen sind die Planeten in Proxima Centauri. Für diese Planeten sind nur wenige Beobachtungstage erforderlich. Es würde etwa zehn Beobachtungstage mit LIFE erfordern, um „bestimmte Standardszenarien wie gemäßigte terrestrische Planeten mit etwa fünf Prozent M-Sternwirten“ zu beobachten, schrieben die Forscher.

Die schwierigsten Fälle, die noch möglich sind, sind Exoplaneten, bei denen es sich um etwa 5 Parsec entfernte Zwillinge der Erde handelt. Den Ergebnissen zufolge benötigt LIFE zwischen 50 und 100 Tage Überwachung, um biometrische Signaturen zu erkennen.

Das Leben ist zu diesem Zeitpunkt immer noch nur eine potenzielle Mission. Es ist nicht die erste geplante Mission, die sich ausschließlich auf die Bewohnbarkeit von Exoplaneten konzentriert. Im Jahr 2023 schlug die NASA vor Observatorium für bewohnbare Welten (hoo). Sein Ziel ist es, mindestens 25 potenziell bewohnbare Welten direkt abzubilden und dann nach Biosignaturen in ihrer Atmosphäre zu suchen.

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Doch laut den Autoren zeigen ihre Ergebnisse, dass das Leben die bessere Option ist.

„Wenn es in der Sonnenzone Spättyp-Sternsysteme mit Planeten gibt, die globale N-produzierende Biosphären aufweisen₂O und CH₃„X-Signale, LIFE wird die am besten geeignete zukünftige Mission sein, um systematisch nach ihnen zu suchen und sie schließlich zu entdecken“, schlussfolgerten sie.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Das Universum heute. Lies das Originaler Artikel.