Astrobiologie: Ist da jemand? Spektakuläre Ergebnisse bei der Suche nach E. T.

Mit der Entdeckung einer „zweiten Erde“ im vergangenen April hat ein neues astronomisches Zeitalter begonnen, das noch etliche Überraschungen verspricht. Werden die Wissenschafter bald auf eine fremde belebte Welt stoßen? Und: Gibt es da draußen intelligentes Leben?

Wie ein fein gewobenes Lichternetz funkeln tausende Sterne am Himmel. Die Nachtluft über dem 2400 Meter hohen chilenischen La-Silla-Bergmassiv ist eisig und klar – für Astronomen ideale Bedingungen, um mit ihren Hightech-Teleskopen in die Tiefen des Alls zu schauen. Aufgereiht wie eine Perlenkette, liegt ein gutes Dutzend weißer Kuppeln auf dem lang gezogenen Bergrücken: die Superteleskope der Europäischen Südsternwarte (ESO), mit deren Hilfe Astronomen aus ganz Europa versuchen, den Geheimnissen des Universums auf die Spur zu kommen.

An einem dieser Teleskope, dessen blank polierter Hauptspiegel 3,6 Meter durchmisst, versucht der 46-jährige Schweizer Astronom Stéphane Udry, Planeten aufzuspüren, die um ferne Sterne kreisen. Die schwachen Lichtpunkte dieser fernen Welten werden vom Licht des jeweiligen Sterns komplett überstrahlt, sodass solche Planeten bisher fast nur auf indirektem Weg entdeckt werden konnten.

Am 25. April ging eine aufsehenerregende Nachricht um die Welt: Das Team um Udry hatte erstmals in der Geschichte der Astronomie einen nach Größe und Temperatur erdähnlichen Planeten entdeckt. Die Forscher hatten den Stern Gliese 581 ins Visier genommen, einen roten Zwergstern im Sternbild Waage, dessen Licht 20,5 Jahre benötigte, um die Distanz von 195.000 Milliarden Kilometern bis zu den Teleskopspiegeln in den Anden zu bewältigen.

Damit zählt Gliese 581 zu jenen nahe gelegenen Sternen, die sich für die Planetensuche besonders gut eignen. Zum Vergleich: Von dem unserer Sonne nächstgelegenen Stern, Proxima Centauri, ist das Licht bis zur Erde 4,2 Jahre unterwegs, während das Licht unserer Sonne bis zur Erde nur acht Minuten benötigt. Nach dem deutschen Astronomen Wilhelm Gliese (1915–1993) ist übrigens nicht nur der Stern Gliese 581 und der neu entdeckte Planet 581c benannt, sondern ein ganzer Katalog, der alle bekannten Sterne in der Umgebung unserer Sonne auflistet.

Weltweit überboten sich die Medien in ihren Jubelmeldungen von der Entdeckung der „zweiten Erde“. Doch neuere Berechnungen zeigten, dass dieser neue Planet vermutlich doch zu heiß für Leben ist. Dennoch ist die Entdeckung von Gliese 581c von immenser Bedeutung, weil sie den Beginn einer neuen Epoche markiert: Erstmals in der Geschichte verfügen die Astronomen über eine hochpräzise Technologie, die es ihnen ermöglichen wird, in den kommenden Monaten und Jahren womöglich dutzende erdähnliche, vielleicht sogar belebte Welten im All zu entdecken. Seit dem vergangenen Frühjahr unterstützt auch das im Dezember 2006 gestartete französische Weltraumteleskop Corot die Planetensuche, und ab 2009 soll sich zusätzlich auch der NASA-Satellit Kepler an der Suche beteiligen.

Doch was immer die Astronomen in den Weiten des Universums entdecken werden, schon jetzt ist klar, dass die bisherigen Begriffe von Leben im Universum zu eng gefasst sein könnten. Denn eine Anfang Juli veröffentlichte, 116 Seiten umfassende Studie der NASA kommt zu dem Ergebnis, dass extraterrestrische Lebewesen völlig anders beschaffen und mit anderen Biochemikalien ausgestattet sein könnten als irdisches Leben.

Die bisher entdeckten Planetenwelten zeigen allerdings eigenartig lebensfeindliche Eigenschaften, wie etwa extrem schwankende oder glühend heiße Oberflächentemperaturen. Zuweilen fehlt auch jeglicher Schutz vor der Partikelstrahlung der oft fremdartig rot leuchtenden Sonne. Oder es herrscht auf der einen Planetenhälfte immer glühend heißer Tag und auf der anderen Seite ewige eisige Nacht. Und dennoch müsste es nach einer einfachen Wahrscheinlichkeitsrechnung unter den Milliarden und Abermilliarden von Sternen auch solche geben, die von Planeten mit günstigen Lebensbedingungen umkreist werden.

Spezialgerät. Deshalb suchen Wissenschafter wie Stéphane Udry nach fremden Planetensystemen, die ähnlich beschaffen sind wie das unsere. Und wenn sie glauben, auf ein solches System gestoßen zu sein, dann suchen sie dort nach Planeten, die ihren Mutterstern in einem Abstand umkreisen, der die Entstehung von Leben nicht von vornherein ausschließt. Haben sie einen solchen Planeten entdeckt, versuchen sie herauszufinden, ob das von diesem Himmelskörper reflektierte schwache Licht eventuell Hinweise darauf liefern könnte, dass dort oben wirklich Leben existiert.

Zu diesem Zweck hat Stéphane Udry am Teleskop ein Spezialgerät montiert, eines der besten Spektroskope der Welt, das imstande ist, das Licht der Sterne in ein endlos lang gedehntes Farbspektrum aufzugliedern. Das Hin-und-her-Wandern der dunklen Linien im Lichtspektrum, das durch den Dopplereffekt verursacht wird, lässt zuweilen darauf schließen, dass ein Stern schwache Taumelbewegungen vollführt. Und von dieser langsamen Pendelbewegung schließt der Astronom dann auf die Existenz eines Planeten: Dessen Schwerkraft zieht nämlich ganz schwach an dem riesigen Stern und lässt ihn taumeln.

Mithilfe dieses technischen Wunderwerks haben Udry und sein Schweizer Kollege Michel Mayor in den vergangenen Jahren etliche große Planeten entdeckt, die wahrscheinlich dem von einer dicken Wasserstoffatmosphäre eingehüllten Jupiter ähneln. Für die Entstehung von Leben sind sie allerdings vermutlich ungeeignet. Der Nachweis von kleinen erdähnlichen Planeten, die eine feste Oberfläche besitzen, ist mit dieser Methode viel schwieriger, da deren geringe Masse nur eine äußerst schwache Pendelbewegung des jeweiligen Sterns verursacht. Von den insgesamt mehr als 200 seit 1995 entdeckten extrasolaren Planeten sind deshalb nur wenige klein oder mittelgroß. Und diese wenigen kreisen zuweilen sehr dicht um ihren Stern und sind daher glühend heiß, oder sie umkreisen den Stern in großer Distanz und sind daher eisige Kugeln, die viel zu wenig Sonnenlicht bekommen, um ein geeigneter Ort für Leben zu sein.

Der Blick in einen klaren Nachthimmel zeigt hunderte, mitunter sogar tausende Sterne, von denen das Licht einige Dutzend bis einige tausend Jahre zu uns unterwegs war. Das Band der Milchstraße lässt uns jedoch erahnen, dass unsere eigene Galaxis viel größer ist und aus mehr als hundert Milliarden Sternen besteht. Und unsere spiralförmige Sterneninsel ist nur eine von vielen, die im Universum schweben. Das „Hubble Ultra Deep Field“-Fotomosaik des Hubble-Weltraumteleskops zeigte beispielsweise einen Himmelsausschnitt, der zehnmal kleiner war als der Monddurchmesser. 10.000 Galaxien waren allein in diesem kleinen Himmelsausschnitt erkennbar, viele davon weit draußen. Schätzungen zufolge existieren im beobachtbaren Teil des Weltalls viele Milliarden Galaxien, von denen jede aus Milliarden Sternen besteht.

Die menschliche Vorstellungskraft versagt bei diesen Dimensionen. Ist es wirklich denkbar, dass unsere Erde, ein kleiner Planet bei einem mittelgroßen durchschnittlichen Stern, als einziger Ort im Universum intelligentes Leben trägt? Müsste es „da draußen“ nicht Millionen von Welten mit günstigen Lebensbedingungen geben? Schon vor 2300 Jahren spekulierte der Grieche Metrodor aus Lampsakos angesichts des funkelnden Sternenhimmels, es sei genauso töricht anzunehmen, dass es nur unsere eigene belebte Welt gäbe, wie es Unsinn sei zu glauben, ein großes Weizenfeld werde im Frühjahr nur eine einzige Ähre hervorbringen.

Lebensfeindlich. Unsere Milchstraße besteht zu 70 bis 80 Prozent aus roten Zwergsternen vom Typ des Gliese 581, die im Unterschied zu unserer gelb strahlenden, mittelgroßen Sonne einige ungünstige Eigenschaften besitzen. Es ist daher umstritten, ob man dort überhaupt nach Leben suchen soll. Da rote Zwerge im Vergleich zu unserer Sonne nur sehr schwach leuchten, gibt es nur auf solchen Planeten günstige Temperaturen, die den Stern sehr eng umkreisen.

Materiewolken. Diese Nähe zum Stern hat jedoch erhebliche Nachteile: Beispielsweise schleudern rote Zwerge besonders in ihrer frühen Lebensphase aus ihrer überhitzten Außenschicht (Korona) explosionsartig riesige Materiewolken ins All, von Fachleuten Coronal Mass Ejections genannt. Bei einem dieser Zwergsterne wurde mittels Dopplereffekt gemessen, dass mehrere hundert Mal pro Tag enorme Mengen an heißem Plasma mit einer Geschwindigkeit von bis zu 800 Kilometern pro Sekunde ins All geschleudert werden. In einer kürzlich im Fachblatt „Astrobiology“ publizierten Artikelserie analysierten die Astrophysiker Helmut Lammer und Maxim Khodachenko vom Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gemeinsam mit anderen Experten die Auswirkungen dieser ausgeschleuderten Materiewolken auf eventuell vorhandene Planeten.

Das irdische Leben ist durch das Magnetfeld der Erde gegen die weitaus schwächeren Partikelschauer der Sonne abgeschirmt. „Wir verstehen zwar noch nicht ganz genau, wie Magnetfelder bei Planeten entstehen, aber ihre Stärke hängt offenbar von der Rotationsgeschwindigkeit des Planeten ab“, erklärt Khodachenko. Wenn aber ein Planet sehr eng um einen roten Zwergstern kreist, bremst die starke Gravitation des Sterns die Umdrehung des Planeten. Dieser so genannte Gezeiteneffekt bewirkt, dass der Planet schließlich sehr langsam rotiert und daher kein starkes Magnetfeld mehr besitzt. Ohne dieses wären eventuell existierende Lebewesen auf seiner Oberfläche dem „Sternenwind“, also den gefährlichen Partikelschauern der rot leuchtenden Sonne, schutzlos ausgeliefert.

Die Bremswirkung des Sterns kann die Umdrehung des Planeten so stark verlangsamen, dass dieser dem Stern immer dieselbe Seite zuwendet. Auf dieser Seite des Planeten ist es dann ewig Tag und glühend heiß, auf der Nachtseite hingegen eiskalt, und im Grenzbereich wird die Atmosphäre durch den Temperaturunterschied möglicherweise von schauerlichen Stürmen durchgepeitscht.

Riesensterne. Nicht nur kleine rote Sterne, auch Sternriesen zeigen Eigenheiten, die in ihrer Nähe kaum Bedingungen für Leben entstehen lassen. Die Sonne mit ihrem Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometern erscheint beispielsweise winzig gegenüber dem Stern Beteigeuze im Orion und seinem Durchmesser von 1400 Millionen Kilometern. Die heftige Kernfusion im Inneren dieser Riesensterne bewirkt, dass ihr Kernbrennstoff schon nach wenigen hundert Millionen Jahren verbraucht ist, sodass der Stern als so genannte Supernova explodiert. In dieser kurzen Zeitspanne ist die Evolution von höherem Leben wohl kaum denkbar.

„Nicht nur die Masse der Sterne, auch die Größe eines Planeten ist von Bedeutung, wenn wir nach Orten suchen, die für Leben geeignet sind“, erläutert Astrophysiker Helmut Lammer. Wenn die Masse eines Planeten bei seiner Entstehung etwa das Zehnfache der Erdmasse übersteigt, sammelt sich wie bei Jupiter eine Wasserstoffhülle an, sodass ein Gasriese entsteht, der keine für Lebewesen geeignete feste Oberfläche besitzt. „Wenn ein Planet jedoch viel kleiner als die Erde ist, kann seine geringe Schwerkraft die Atmosphäre nicht festhalten, und durch rasch abnehmende geologische Aktivität kann sein Magnetfeld verloren gehen, das Lebewesen vor der kosmischen Strahlung schützt“, erläutert Lammer.

Es scheint also unter den Milliarden Welten im All ziemlich viele ungastliche Exemplare zu geben. Sollten aber erdgestützte Teleskope wie jene in La Silla oder die Satelliten Corot und Kepler in den kommenden Monaten oder Jahren doch Planeten finden, die in einem günstigen Abstand zu ihrem Mutterstern kreisen, wie ließe sich dann herausfinden, ob auf diesem winzigen, unfassbar weit entfernten Lichtpunkt tatsächlich Leben existiert?

Schon um die Mitte des kommenden Jahrzehnts könnten sich die Voraussetzungen dafür grundlegend ändern: Im Rahmen des internationalen Darwin-Projekts sollen drei Infrarotteleskope vom Weltraum aus versuchen, die bis dahin gefundenen erdähnlichen Planeten gezielt auf Leben zu untersuchen. Planeten mit günstigen Oberflächentemperaturen haben ihre maximale Helligkeit im infraroten Licht und werden in diesem Frequenzbereich nicht so stark vom Stern überstrahlt wie in sichtbarem Licht. Eine spezielle Interferenztechnik soll außerdem dabei helfen, das störende Licht des Sterns auszublenden.

Licht plus Licht. Lichtwellen von gleicher Wellenlänge können sich nämlich entweder gegenseitig verstärken oder einander auslöschen (Interferenz). Ein merkwürdiges, aber schon lange bekanntes Phänomen: Licht plus Licht kann tatsächlich Dunkelheit ergeben. Wenn die drei Darwin-Teleskope denselben Stern beobachten, senden sie dessen Lichtstrahl zu einer zentralen Sonde, wo sich die drei Lichtstrahlen des Sterns eben durch jenen Effekt gegenseitig auslöschen. Etwaige Planeten neben diesem Stern bleiben aber sichtbar, weil deren Lichtstrahlen einen geringfügig anderen Weg durch die Teleskope nehmen und einander sogar verstärken.

Lebewesen, wie wir sie kennen, hinterlassen auf einem Planeten Spuren, die in dessen reflektiertem Licht erkennbar sein sollten. Das in seine Infrarot-Spektralfarben zerlegte Licht des jeweiligen Planeten wird auf dunkle Linien untersucht, die beispielsweise auf Ozon (O3) und daher Sauerstoff, Methan, Wasserdampf oder vielleicht sogar einen Fotosynthesefarbstoff vergleichbar dem Chlorophyll hindeuten. „Hinweise auf Ozon und Methan zusammen mit Wasser und keine allzu starken Kohlendioxid-Signaturen im Lichtspektrum des Planeten wären ein ziemlich starker Hinweis auf Lebensformen“, meint auch Astrophysiker Lammer.

Giovanna Tinetti, Expertin für Biosignaturen von außerirdischem Leben am Astrophysikalischen Institut in Paris, warnt allerdings vor den Schwierigkeiten: „Sämtliche Informationen über einen ganzen Planeten stecken in einem einzigen, winzigen Pixel-Bildpunkt!“ Das Team um Tinetti publizierte Mitte Juli im Wissenschaftsjournal „Nature“ den ersten eindeutigen Nachweis von Wasserdampf auf einem Planeten eines anderen Sterns. Für Leben ist der 64 Lichtjahre entfernte, 700 Grad heiße Gasriese im Sternbild Fuchs, der alle zwei Tage um seinen Stern kreist, jedoch eindeutig zu heiß.

Andererseits wird die Anpassungsfähigkeit von Lebewesen an widrige Umweltbedingungen oft gründlich unterschätzt. Selbst abgebrühte Biologen staunen immer wieder über die Widerstandsfähigkeit von irdischen Lebensformen (siehe Kasten Seite 71). Exotische Lebensformen tief im irdischen Gestein und am Boden der Tiefsee führen neuerdings zur Annahme, dass nicht nur am Mars, sondern auch auf Monden des Jupiter und Saturn Leben existieren könnte (siehe Kasten Seite 73). Die Entdeckung von fremdem Leben, selbst wenn es sich nur um Mikroorganismen handelt, könnte uns Hinweise darauf liefern, wie Leben entsteht.

Auf der Erde sind geologische Spuren des frühen Lebens fast völlig verschwunden, da die meisten Sedimente aus jener fernen Zeit längst durch die Verschiebung der Kontinente wieder aufgeschmolzen oder zumindest durch Druck und Hitze zerquetscht worden sind (siehe Kasten Seite 72). Was an Spuren übrig blieb, ist oftmals umstritten, weshalb Stephen Squyres, Leiter des NASA-Marsrover-Projekts, etwas frustriert meint: „Wie sollen wir Lebensspuren am Mars identifizieren, wenn nicht mal auf der Erde klar ist, was Lebensspuren sind und was nicht?“

Fremdartig. John Baross, Ozeanograf an der Universität von Washington in Seattle, warnt davor, „bei der Suche nach Leben im All dem Irrtum zu erliegen, dass es so ähnlich wie auf der Erde aufgebaut sein muss“. Baross war Leiter jener Expertengruppe, die den kürzlich veröffentlichten NASA-Bericht über „Die Grenzen für organisches Leben in Planetensystemen“ (The Limits of Organic Life in Planetary Systems) erstellt hat. Laut diesem Bericht könnte die Annahme, dass Leben unbedingt auf Wasser basieren müsse, eventuell ein Irrtum sein. Auch Ammoniak oder Formamid (eine Substanz, die mit Ameisensäure verwandt ist) seien als Grundlage von Leben denkbar, wie Forschungen ergaben. Die Studie kommt auch zu dem Schluss, dass die Informationsweitergabe keineswegs über DNA laufen müsse. So wurden auch hypothetische Varianten untersucht, wo der genetische Code nicht aus vier, sondern aus sechs oder mehr „Bausteinen“ (Basen) besteht.

Es gibt auch in der unbelebten Materie Vorgänge, die man mit Lebensspuren verwechseln könnte, wie etwa den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion einer Kerze. Chris McKay, Astrobiologe am Ames Research Center der NASA, erforscht, welche Kennzeichen sich zum Nachweis fremder Lebensformen am besten eignen könnten. Irdische Lebewesen haben einige interessante Eigenschaften, die sie von unbelebter Materie unterscheiden: Sie nehmen zum Beispiel das Kohlenstoffisotop C12 leichter auf als das Kohlenstoffisotop C13, daher ist das Isotopenverhältnis in Lebewesen ein anderes als in organischen Kohlenstoffverbindungen, die ohne Mitwirkung von Lebewesen entstanden sind.

Falls außerirdische Lebensformen ähnlich aufgebaute Mechanismen für den Einbau von Kohlenstoff in ihren Körper besitzen, sollten auch sie ein verändertes Isotopenverhältnis aufweisen. Zukünftige Marssonden werden daher Kohlenstoffisotope sowohl in Bodenproben als auch in dem 2003 in der dünnen Marsatmosphäre entdeckten Methan untersuchen, das von Mikroben stammen könnte.

Evolutionsschub. Eines der größten Rätsel der Erdgeschichte ist die Frage, warum auf unserem Planeten rund drei Milliarden Jahre lang nur primitive Einzeller lebten. Vor 600 Millionen Jahren kam es dann zu einem explosionsartigen Evolutionsschub, der zur Entwicklung verschiedenartiger, mehrzelliger Lebewesen führte. Wenn wir verstehen wollen, ob ferne Planeten großteils nur von winzigen Mikroben bewohnt sind oder ob sie höher entwickeltes, vielleicht sogar intelligentes Leben beherbergen, müssen wir herausfinden, was den damaligen Evolutionsschub ausgelöst hat.

Seit einigen Jahren weiß die Wissenschaft, dass unmittelbar davor auf der Erde eine extrem kalte und lange Eiszeit herrschte, die als „Schneeball-Erde-Epoche“ bezeichnet wird. Ob der Klimaumschwung samt nachfolgender Wärmephase den Evolutionsschub stimuliert hat, ist unklar. Vielleicht hat auch der steigende Sauerstoffgehalt der Atmosphäre komplexere Organismen ermöglicht. Ob der Schritt zu höheren, intelligenten Lebensformen die Regel oder die Ausnahme ist, wissen wir nicht. Radioteleskope, die seit 1960 ins All horchen, haben bisher jedenfalls keine Signale empfangen (siehe Kasten Seite 74).

Der Paläontologe Peter Ward und der Astrobiologe Donald Brownlee vermuten, mikrobielles Leben sei im All zwar weit verbreitet, für die Entstehung von höherem oder intelligentem Leben seien aber so viele Zufälle nötig, dass dies nur selten oder fast nie passiere. „Optimisten“ wie der 1996 verstorbene Astrophysiker Carl Sagan halten dem entgegen, dass wir noch viel zu wenig wüssten, um die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung intelligenter Wesen beurteilen zu können. Auch sei es falsch, auf Zufälle hinzuweisen, die zur Entwicklung des Menschen nötig waren, da fremde Wesen kaum menschenähnlich sein würden.

In seinem Roman „Contact“ schildert Sagan die aufregenden Momente, wie Astronomen erstmals außerirdische Signale empfangen und entschlüsseln. Am Beginn des Buches, noch bevor diese Entdeckung erfolgt, grübelt eine der Romanfiguren mit Blick in den funkelnden Sternenhimmel: „Ich denke, wenn wir Menschen wirklich ganz alleine im riesigen Universum sind, wäre das eine ziemliche Platzverschwendung!“

Von Gerhard Hertenberger