Sauerstoff ist auf der Erde ein charakteristisches Nebenprodukt des Lebens. Was aber, wenn Astronomen Sauerstoff in der Atmosphäre eines Planeten finden, der eine ferne Sonne umkreist? Würde das beweisen, dass das Leben dort existiert? Nicht unbedingt, sagt eine neue Studie.
Ein Großteil des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre wird von winzigen Meeresorganismen wie Phytoplankton produziert. Bild über Racing Extinction.
Die meisten Menschen wissen, dass Sauerstoff für das irdische Leben lebenswichtig ist. Menschen und andere Tiere atmen es. Grüne Algen, Meeresbakterien und der Pflanzenreichtum der Erde produzieren es. Ungefähr 20 Prozent der Erdatmosphäre besteht derzeit aus Sauerstoff, und diese Tatsache hat dazu geführt, dass Sauerstoff in der Astrobiologie eine wichtige Rolle spielt Unterschrift des Lebens. Mit anderen Worten, wenn Astronomen Sauerstoff in der Atmosphäre eines anderen felsigen Planeten wie der Erde entdecken und einen entfernten Stern umkreisen, würden sie diesen Sauerstoff wahrscheinlich als starkes Signal für mögliches Leben auf diesem Planeten betrachten. Aber jetzt wirft eine neue Studie Zweifel an dieser Schlussfolgerung auf. Es zeigt, dass Sauerstoff auch in Abwesenheit von Leben erzeugt werden kann… wenn Sie so wollen, von einem außerirdischen Betrüger.
Die neuen, von Experten überprüften Ergebnisse wurden von der Johns Hopkins University bekannt gegeben und in der Ausgabe vom 11. Dezember 2018 veröffentlicht ACS Erd- und Weltraumchemie.
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Grundsätzlich war es den Forschern möglich, sowohl Sauerstoff als auch organische Verbindungen in Simulationen von Exoplanetenatmosphären ohne Beteiligung des Lebens zu erzeugen. Die Experimente wurden im Labor von Sarah Hörst, einer Assistenzprofessorin für Erd- und Planetenwissenschaften und Mitautorin der neuen Arbeit, durchgeführt. Unter Verwendung der Planetary HAZE (PHAZER) -Kammer testeten sie neun verschiedene Gasgemische, die in den Atmosphären von Supererde- und Mini-Neptun-Exoplaneten vorkommen sollen - Welten, die größer als die Erde, aber kleiner als Neptun sind. Jedes Gemisch bestand aus Gasen wie Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak und Methan und wurde auf Temperaturen im Bereich von etwa 80 bis 700 Grad Fahrenheit erhitzt.
Chao Er erklärt, wie die PHAZER-Kammer funktioniert. Bild über Chanapa Tantibanchachai.
Eine simulierte CO2-reiche Planetenatmosphäre wird in Sarah Hörsts Labor einer Plasmaentladung ausgesetzt. Bild über Chao He.
Jedes Gemisch wurde zwei verschiedenen Arten von Energie ausgesetzt - Plasma und UV-Licht -, die chemische Reaktionen in Planetenatmosphären auslösen können. Plasma - stärker als UV-Licht - kann elektrische Aktivitäten wie Blitze und / oder energetische Partikel simulieren, während UV-Licht in Planetenatmosphären wie der Erde, dem Saturn und dem Pluto chemische Reaktionen hervorruft.
Man ließ die Experimente drei Tage lang laufen, ungefähr so lange, wie sie Plasma oder UV-Licht aus dem Weltraum ausgesetzt waren, wobei die resultierenden Gase dann mit einem Massenspektrometer gemessen wurden - das zur Identifizierung der Menge und des Typs verwendet wurde von Chemikalien in einer physikalischen Probe.
Was fanden die Forscher?
Die simulierten Bedingungen erzeugten sowohl organische Moleküle als auch Sauerstoff, die Zucker und Aminosäuren wie Formaldehyd und Blausäure bilden könnten - die Rohstoffe, aus denen Eis entstehen könnte. Laut Chao He, einem wissenschaftlichen Assistenten bei Johns Hopkins:
Früher wurde vermutet, dass Sauerstoff und organische Stoffe zusammen vorliegen, was auf Leben hinweist, aber wir haben sie in mehreren Simulationen abiotisch hergestellt. Dies deutet darauf hin, dass selbst das gleichzeitige Vorhandensein von allgemein akzeptierten Biosignaturen lebenslang falsch positiv sein könnte.
Künstlerkonzept des Supererdexoplaneten Gliese 667 Cb. In diesem Drei-Sterne-System ist der Wirtsstern ein Begleiter zu zwei anderen massearmen Sternen, die hier in der Ferne zu sehen sind. Wenn Sauerstoff in der Atmosphäre eines Planeten wie diesem gefunden wird, kann dies ein Hinweis auf Leben sein - oder auch nicht. Bild über ESO.
Die Ergebnisse sind sicherlich interessant und zeigen, dass Sauerstoff in der Tat ohne Beteiligung jeglicher Art von Leben erzeugt werden kann. aber Gleichzeitig zeigt sich, dass die Bausteine des Lebens - aus denen Leben entstehen könnte - auch leicht zu produzieren sind. Das an sich ist aufregend, da es die Idee unterstützt, dass das Leben in vielen verschiedenen Umgebungen beginnen könnte, in denen die Bedingungen günstig sind.
Eine andere Studie von Norio Narita und Kollegen fand 2015 einen anderen Prozess, bei dem auch Sauerstoff erzeugt werden kann. Dabei handelt es sich um Titanoxid - ein oxidiertes Metall, das die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff katalysiert, wenn eine Planetenoberfläche ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird. Bereits 0,05 Prozent Titanoxid, aus dem Oberflächenmaterialien auf einem Exoplaneten bestehen, können Sauerstoffkonzentrationen erzeugen, die denen in der Erdatmosphäre ähneln. Diese Studie finden Sie hier.
Fazit: Die Entdeckung von Sauerstoff in der Atmosphäre eines Exoplaneten der Supererde oder der Erde wäre aufregend - und möglicherweise ein Beweis für das Leben - aber diese neue Forschung zeigt, dass die Ergebnisse auch dann sehr sorgfältig geprüft werden sollten - als warnende Geschichte. Der Sauerstoff kann zwar wie auf der Erde von lebenden Organismen stammen, es kann sich aber auch um einen fremden Betrüger handeln.
Quelle: Gasphasenchemie kühler Exoplanetenatmosphären: Einblicke aus Laborsimulationen
Über die Johns Hopkins University.