Wenn die Besatzungsmitglieder des Raumschiffs Enterprise in die Umlaufbahn um einen neuen Planeten ziehen, suchen sie als erstes nach Lebensformen. Hier in der realen Welt haben Forscher lange versucht herauszufinden, wie Lebenszeichen auf fernen Exoplaneten eindeutig erkannt werden können.
Dank einer neuen Fernerkundungstechnik, die auf einer Eigenart der Biochemie beruht und bewirkt, dass das Licht in eine bestimmte Richtung spiralförmig verläuft und ein ziemlich unverwechselbares Signal erzeugt, sind sie diesem Ziel nun einen Schritt näher gekommen. Die Methode, die in einem kürzlich in der Zeitschrift Astrobiology veröffentlichten Artikel beschrieben wurde, könnte an Bord weltraumgestützter Observatorien eingesetzt werden und Wissenschaftlern helfen, herauszufinden, ob das Universum Lebewesen wie uns enthält.
In den letzten Jahren ist die Fernerkundung zu einem Thema von immensem Interesse geworden, da Astronomen begonnen haben, Licht von Planeten einzufangen, die andere Sterne umkreisen. Diese können analysiert werden, um festzustellen, welche Art von Chemikalien diese Welten enthalten. Die Forscher möchten einen Indikator finden, der ihnen definitiv sagen kann, ob sie eine lebende Biosphäre betrachten oder nicht.
Zum Beispiel könnte das Vorhandensein von übermäßigem Sauerstoff in der Atmosphäre eines Exoplaneten ein guter Hinweis darauf sein, dass etwas auf seiner Oberfläche atmet. Es gibt jedoch viele Möglichkeiten, wie nicht lebende Prozesse Sauerstoffmoleküle erzeugen und entfernte Beobachter dazu verleiten können, zu glauben, dass eine Welt voller Leben ist.
Daher haben einige Forscher vorgeschlagen, nach Ketten organischer Moleküle zu suchen. Diese lebenden Chemikalien gibt es in zwei Anordnungen - eine rechtshändige und eine linkshändige Version, die wie gespiegelte Bilder voneinander sind. In freier Wildbahn produziert die Natur gleiche Mengen dieser rechts- und linkshändigen Moleküle.
"Die Biologie bricht diese Symmetrie", sagte Frans Snik, Astronom an der Universität Leiden in den Niederlanden und Mitautor des neuen Papiers, gegenüber Live Science. "Das ist der Unterschied zwischen Chemie und Biologie."
Auf der Erde wählen Lebewesen eine molekulare "Hand" aus und bleiben dabei. Die Aminosäuren, aus denen die Proteine in Ihrem Körper bestehen, sind alle linkshändige Versionen ihrer jeweiligen Moleküle.
Wenn Licht mit langen Ketten dieser unterschiedlichhändigen Anordnungen interagiert, wird es zirkular polarisiert, was bedeutet, dass sich seine elektromagnetischen Wellen entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn bewegen. Anorganische Moleküle verleihen Lichtstrahlen diese Eigenschaft im Allgemeinen nicht.
In früheren Arbeiten, die im Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer veröffentlicht wurden, untersuchten Snik und seine Kollegen in ihrem Labor frisch gepflückte englische Efeublätter und beobachteten, wie das Chlorophyll (ein grünes Pigment) zirkular polarisiertes Licht erzeugte. Als die Blätter verfielen, wurde das zirkulare Polarisationssignal immer schwächer, bis es vollständig verschwand.
Der nächste Schritt bestand darin, die Technik vor Ort zu testen. Daher nahmen die Forscher ein Instrument, das eine solche Polarität auf dem Dach ihres Gebäudes an der Freien Universität Amsterdam erkennt, und richteten es auf einen nahe gelegenen Sportplatz. Sie waren ratlos, kein zirkular polarisiertes Licht zu sehen, sagte Snik, bis sie erkannten, dass dies einer der wenigen Sportplätze in den Niederlanden war, auf denen Kunstrasen verwendet wurde. Als die Forscher ihren Detektor auf einen Wald in einiger Entfernung richteten, kam das zirkular polarisierte Signal laut und deutlich durch.
Die Millionen-Dollar-Frage ist, ob Organismen auf einer anderen Welt eine ähnliche Bevorzugung für Einhandmoleküle aufweisen würden oder nicht, sagte Snik. Er glaubt, dass dies eine ziemlich gute Wette ist, da Chemikalien auf Kohlenstoffbasis am besten zusammenpassen, wenn sie alle die gleiche Händigkeit teilen.
Sein Team entwirft derzeit ein Instrument, das zur Internationalen Raumstation geflogen und das zirkulare Polarisationssignal der Erde abgebildet werden könnte, um besser zu verstehen, wie eine analoge Signatur im Licht eines entfernten Planeten aussehen könnte.
Das wird eine extreme, aber lohnende Herausforderung sein, sagte Edward Schwieterman, Astronom und Astrobiologe an der University of California in Riverside, der nicht an der Arbeit beteiligt war, gegenüber Live Science. Das Licht eines Exoplaneten einzufangen bedeutet, das Licht seines Muttersterns auszublenden, das normalerweise etwa 10 Milliarden Mal heller ist, fügte er hinzu. Wenn die Welt lebt, enthält nur ein winziger Teil ihres Lichts das zirkulare Polarisationssignal.
"Das Signal ist klein, aber der Grad der Mehrdeutigkeit ist auch gering", sagte Schwieterman und machte die Methode trotz ihrer Schwierigkeit nützlich.
Zukünftige enorme weltraumgestützte Teleskope, wie das Observatorium für große UV-optische Infrarotvermesser (LUVOIR), könnten diese schwache Signatur möglicherweise herausarbeiten. LUVOIR ist immer noch nur ein Konzept, hätte aber einen sechsmal größeren Spiegeldurchmesser als der im Hubble-Weltraumteleskop und könnte wahrscheinlich Mitte der 2030er Jahre fliegen, schätzen Beamte.
Snik glaubt, dass die Zirkularpolarisationstechnik auch auf einem Instrument, das zu potenziell bewohnbaren Monden im äußeren Sonnensystem wie Europa oder Enceladus geflogen wird, näher an die Heimat gebracht werden könnte. Wenn Wissenschaftler einen solchen Detektor auf diese gefrorenen Welten richten, können sie das Signal von Lebewesen erkennen.
"Vielleicht wird unser erstes außerirdisches Leben in unserem Hinterhof entdeckt", sagte Snik.
Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde korrigiert, um festzustellen, dass das Forschungsteam von Snik seine Feldversuche an der Freien Universität Amsterdam und nicht an der Universität Leiden durchgeführt hat. Es wurde auch aktualisiert, um einen Link zur endgültigen veröffentlichten Version von Sniks Forschung im Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer aufzunehmen.
