von Ludwig Scheibe (TU Berlin), Dezember 2024
Eine der spannendsten Fragen im Bereich der Exoplaneten ist zweifellos: Gibt es auf irgendeiner dieser fremden Welten auch Leben wie wir es kennen? Es ist eine Frage, die sich Menschen seit der Antike gestellt haben. Nun, im Zeitalter der Exoplanetenforschung, haben wir die Chance, ihr näher auf den Grund zu gehen – auch wenn eine definitive Antwort vermutlich noch lange auf sich warten lassen wird, wenn es überhaupt eine geben kann.
Der erste Schritt auf der Suche nach neuem Leben muss sein, zu wissen, wo wir überhaupt suchen können. Was sind die aussichtsreichsten Planeten, auf denen sich ebenfalls Leben entwickelt haben könnte? Leben wie wir es kennen braucht vier Dinge: Eine Energiequelle, die Möglichkeit für komplexe Molekülketten, eine Form von Nährstoffen und ein Lösungsmittel, in unserem Fall flüssiges Wasser. Dieser letzte Punkt ist der Schlüssel zu der so genannten habitablen Zone.
Damit ein Planet flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche haben kann, darf er nicht so kalt sein, dass alles Wasser gefrieren würde, und nicht so warm, dass alles Wasser verdunsten würde. Die klassische habitable Zone ist also der Bereich um einen Stern, in dem ein Planet gerade so viel Energie erhält, dass flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche möglich ist. Da die Temperatur eines Planeten auch stark von seiner Atmosphäre beeinflusst wird, legt man hier erstmal eine Atmosphäre wie die der Erde zugrunde.
In unserem Sonnensystem erstreckt sich diese Zone von knapp außerhalb des Venus-Orbits bis zu knapp innerhalb der Mars-Bahn, mit der Erde mittendrin. Aber diese Abstände sind stark davon abhängig, wie heiß der Stern ist und wie hell er leuchtet. Ein kühlerer Stern als die Sonne, der damit auch schwächer leuchtet, hat seine habitable Zone deutlich dichter als ein heißerer. Der drastische Unterschied in den Abständen lässt sich gut anhand des Vergleichsbildes zwischen dem TRAPPIST-System und den inneren Planeten des Sonnensystems sehen:
Künstlerische Darstellung des Planetensystems TRAPPIST-1 und im Vergleich dazu die inneren Planeten des Sonnensystems. Die Planetengrößen sind maßstabsgerecht, nicht aber die Abstände. Die habitable Zone ist grün dargestellt. Man beachte: beim leuchtschwachen TRAPPIST-Stern liegt sie viel näher am Stern als im Sonnensystem. Quelle: NASA/JPL-Caltech
Wir haben bereits Gesteinsplaneten in der habitablen Zone ihres Sterns gefunden. Ein Beispiel wäre das oben abgebildete TRAPPIST-System. Aber Vorsicht: Nur weil ein Planet theoretisch flüssiges Wasser aufweisen kann, heißt das noch lange nicht, dass er auch tatsächlich Wasser besitzt. Und selbst wenn, ist die Existenz für flüssiges Wasser noch lange kein Garant dafür, dass es auch Leben gibt.
Viele der Planeten, die wir bisher in der habitablen Zone gefunden haben, umkreisen kleine, leuchtschwache M-Sterne auf sehr engen Umlaufbahnen. Es ist daher wahrscheinlich, dass sie gebunden rotieren, also eine permanente Tag- und Nachtseite haben, was die Atmosphäre und die Klimabedingungen auf ihnen deutlich beeinflussen würde. Außerdem senden M-Sterne, insbesondere am Anfang ihrer Entwicklung, überproportional UV-Strahlung aus, was für die Entwicklung von Leben nicht unbedingt förderlich ist. Einen Planeten, der gesichert die Masse und Größe der Erde besitzt und in habitabler Zone um einen sonnenähnlichen Stern kreist, ist bis heute, Stand 2024, noch nicht gefunden worden.
Und auch wenn wir einen solchen Planeten finden – wie es die PLATO-Mission vorhat – dann kann es dort ebenso ganz anders aussehen als hier, und es muss sich nicht unbedingt Leben entwickelt haben. Es ist daher unerlässlich, solche vielversprechenden Kandidaten genauer zu studieren und beispielsweise seine Atmosphäre auf Biosignaturen – Anzeichen von Leben – zu untersuchen. Eine Atmosphäre ist nicht nur wegen der Gase wichtig, die Leben braucht, sondern auch um die schädliche UV-Strahlung abzumildern.
Infografik über die Rolle der Atmosphäre für Lebensfreundlichkeit. Quelle: SPP 1992 / Patricia Klein
Auf der anderen Seite ist die klassische habitable Zone nicht der einzige Ort in einem Sternensystem, wo wir möglicherweise flüssiges Wasser finden könnten. Es ist denkbar, dass starke Gezeitenwechselwirkungen Hitze unter der Oberfläche des Mondes eines Gasriesen erzeugen, wodurch es dort tiefliegende unterirdische Ozeane geben könnte. Solche werden beispielsweise unter der Oberfläche der Jupitermonde Europa und Ganymed vermutet.
Einen Planeten in der habitablen Zone zu finden ist also nur einer von vielen Hinweisen darauf, Leben außerhalb unseres Sonnensystems zu entdecken. Und auch wenn wir bisher noch keine zweite Erde mit florierender Lebenswelt gefunden haben, so haben wir doch bisher nur die Oberfläche dessen angekratzt, was es dort draußen gibt, und viele aufregende Entdeckungen stehen uns noch bevor. Und wer weiß, vielleicht können wir dann auch irgendwann die uralte Frage beantworten: Gibt es Leben außerhalb der Erde?