Superresistente Aliens in außerirdischen Gefilden

14.09.2012

Extremophile Lebensformen können US-Wissenschaftlern zufolge zeitweilig außerhalb habitabler Zonen existieren

Einer NASA-Studie zufolge wären irdische Mikroben, Sporen und Flechten in der Lage, auf extrasolaren Planeten mit exzentrischen Umlaufbahnen zu überleben, selbst wenn diese die habitable Zone, den Grüngürtel ihres Sternsystems, zeitweilig verlassen. Für ihre Studie haben die NASA-Wissenschaftler einen Katalog erstellt, den sie "Habitable Zone Gallery" nennen. In ihm führen sie u.a. all jene bislang bekannten Exoplaneten mit einen exzentrischen Orbit auf, die sich zumindest zeitweise in einer bewohnbaren Zone befinden und somit zu potenziellen planetaren Anwärtern für Leben avancieren - vor allem für extrem resistente außerirdische Lebensformen, die aus jenem Holz geschnitzt sind wie die auf Mutter Erde.

Bild: Nasa

Astrobiologen, Exobiologen, Bioastronomen, Xenobiologen, Kosmobiologen, Planetenjäger und SETI-Forscher sind Vertreter ein und derselben Sache und verfolgen von einem unterschiedlichen Ansatz und Schwerpunkt ausgehend das gleiche Ziel: Alle suchen händeringend nach Indizien für außerirdisches Leben - im Idealfall nach einem handfesten Beweis.

Stellare Grüngürtel-Zone

Dass die Repräsentanten dieser Disziplinen derzeit voller Optimismus in die Zukunft blicken, kann angesichts der aktuellen Entwicklungen und Fortschritte im Bereich der Astrobiologie, der Exoplaneten-Forschung und der SETI-Astronomie kaum mehr verwundern, obwohl der Planetenjäger-Zunft zugestanden werden muss, von allen exobiologisch angehauchten Fachrichtungen den größten Sprung nach vorn gemacht zu haben. Schließlich ist deren Katalog der bislang aufgespürten extrasolaren Planeten im Universum binnen 17 Jahre auf 837 bestätigte Kandidaten gewachsen. Mehr als 2300 Exoplaneten, vornehmlich lokalisiert vom Kepler-Weltraumspäher, befinden sich derweil in der Warteschleife und stehen kurz vor ihrer planetaren Inthronisierung, wobei es in puncto Zahlenwerk nach wie vor leichte Differenzen zwischen Europa und den USA gibt.

Neptun, ein Gasplanet unseres Sonnensystems. Viele der bislang aufgespürten extrasolaren Planeten sind größer als er, einige ungefähr gleichgroß und nur wenige kleiner. Waschechte Felsenplaneten wurden bislang nur wenige aufgespürt. Bild: NASA

Für das Gros der Forscher sind die wahren Könige unter ihnen jedoch jene, die felsig und erdähnlich sind - und in einer so genannten habitablen Zone liegen, mithin den richtigen Abstand zu ihrer solaren Heimatwelt haben. Innerhalb eines solchen "Grüngürtels" vermag ein Planet mit Leichtigkeit, Wasser im flüssigen Aggregatzustand zu konservieren, eine wesentliche Voraussetzung für biologisches Leben. Liegt etwa ein Felsenplanet in der Ökosphäre seines Sternsystems, also just in dem Bereich, der das Entstehen von flüssigem Wasser begünstigt, sind die Aussichten für die Ausbildung von Leben, so wie wir es kennen und definieren, ideal.

Querschnitt durch die planetare Größenklasse, die Kepler bislang aufgespürt hat. Bild: NASA

Fallbeispiel Roter Zwergstern

Aber habitable Zone ist nicht gleich habitable Zone. Beispielsweise verschieben sich bei Roten Zwergsternen fragliche planetare Grüngürtel in einen Bereich, der die Ausbildung von biologischem Leben erschwert. Rote Zwerge sind Hauptreihensterne des Spektraltyps M, weshalb sie auch unter dem Namen M-Zwergsterne firmieren. Ihre Masse variiert zwischen 8 und 57 Prozent der Sonnenmasse. Sie stellen zwischen 75 und 80 Prozent aller Sterne der Galaxis. Und bereits jetzt gilt in der Astronomie als sicher, dass Milliarden in habitablen Zonen befindliche Exoplaneten um Rote Zwergsterne kreisen.

Doch in solchen Systemen erstrecken sich die bewohnbaren Regionen meist innerhalb einer sehr schmalen Zone von nur 0,04 bis 0,2 Astronomische Einheiten (AU). Ein Planet müsste schon auf Tuchfühlung zu seinem Mutterstern gehen, um genügend Licht und Wärme zu erhalten. Doch selbst dieses Szenarium ist utopisch, da jeder Planet in unmittelbarer Nähe zu einem Roten Zwerg - egal, ob dieser massereicher oder massearmer ist - hoher Hitze und vor allem höchst lebensfeindlicher solarer Strahlung ausgesetzt wäre.

Doch selbst wenn ein Planet in der habitablen Zone seines Sterns läge, würde er infolge der stellaren starken Gravitation synchron rotieren und somit seiner Sonne immer dieselbe Seite zeigen. Während es auf der einen Kugelhälfte im wahrsten Sinne des Wortes heiß herginge, wäre die andere Seite stark abgekühlt - auf der einen Hälfte herrschte ewiger Tag, auf der zweiten ewige Dunkelheit. Folglich müssen Exoplaneten, die sich innerhalb einer habitablen Zone aufhalten, nicht unbedingt lebensfreundlich sein.

Künstlerportrait eines Roten Zwergsterns. Bild: NASA

Exzentrische Orbits für exzentrische Mikroben

Doch nicht immer muss ein Planet lebensunfreundlich sein, wenn er sich temporär außerhalb des stellaren Grüngürtels vergnügt. Zu diesem Schluss kommen die Astronomen Stephen Kane und Dawn Gelino vom Exoplanet Science Institute der NASA am California Institute of Technology (CalTech) in Pasadena.

In einer von ihnen kürzlich vorgelegten Studie kommen beide Planetenforscher zu dem Schluss, dass Planeten, deren Orbit nur partiell durch die "grüne Zone" ihres Systems führt, mit Leben gesegnet sein könnten. "Wenn wir von einem bewohnbaren Planeten sprechen, reden wir über eine Welt, auf der flüssiges Wasser vorkommt", sagt Kane. "Ein Planet muss zu seinem Stern den richtigen Abstand haben. Auf ihm darf es weder zu heiß noch zu kalt sein."

Wenn jedoch ein Planet mit einer stark exzentrischen Umlaufbahn wenigstens eine gewisse Zeit lang die habitable Zone durchstreift, könnte dies unter Umständen dazu führen, dass trotz aller widrigen Umweltbedingungen auf solchen Welten hartgesottene Lebensformen gleichwohl eine Nische finden.

Künstler-Portrait eines Sterns mit mehreren Planeten innerhalb einer habitablen Zone. Der Kepler-Satellit der NASA entdeckte unlängst mehrere Planeten in bewohnbaren Regionen. Bild: NASA/Ames/JPL-Caltech

Mini-Exkurs Extremophile

Bei den hartgesottenen Gästen, die nach Ansicht von Kane & Co. auf solchen Himmelskörpern Fuß gefasst haben könnten, handelt es sich um so genannte Extremophile.

Hierunter verstehen Mikro- und Exobiologen extrem widerstandfähige Kleinstlebewesen, die wie keine anderen irdischen Lebewesen in der Lage sind, selbst extremsten Umweltbedingungen zu trotzen. Im polaren Meereis, in heißen Quellen, bei hohen Salzkonzentrationen, bei basischen oder sauren Bedingungen, in großer Tiefe, also ohne Licht, unter starken Drücken, ja sogar im Vakuum - sprich: Weltraum (ohne Sauerstoff) - vermehren sich diese Überlebenskünstler problemlos.

Tatsächlich fanden Mikrobiologen in knapp 3.000 Meter Tiefe Kleinstlebewesen, so genannte methanogene Bakterien, die den Archaebakterien zugeordnet sind, die zu den ältesten Mikroorganismen auf der Erde gehören. Extremophile, hierunter auch methanogene Mikroben, wachsen heute noch in Umgebungen, wie es sie vor mehreren Milliarden Jahren allerorten auf dem Planeten gab: in vulkanisch aktiven Zonen, kochenden Geysiren, heißen Schwefelquellen, konzentrierten Salzlösungen oder ätzenden Säurepfützen. So spürte ein Forscherteam vor vier Jahren beispielsweise Methanogene in einer 15.000 Jahre alten heißen Quelle im US-Bundesstaat Idaho auf.

The "Habitable Zone Gallery"

Für ihre Studie erstellten Kane und sein Team bereits im letzten Jahr eine Quelldatenbank, die seitdem unter dem Namen "Habitable Zone Gallery" firmiert. Sie orientiert sich an den bislang detektierten Exoplaneten und Planetensysteme, die in einer habitablen Zone liegen respektive den stellaren "Grüngürtel" für eine Mindestzeit periodisch durchstreifen. Die HZ-Galerie dokumentiert und systematisiert die Ausdehnung, den Durchmesser und die Größe jeder habitablen Zone der in Frage kommenden Sternsysteme - und die Entfernung und den Orbit der bestätigten Planetenkandidaten.

Insbesondere führt der HZ-Katalog den zeitlich prozentualen Anteil auf, die Verweildauer in der habitablen Zone, den ein Planet dort verbringt. Ist ein neuer Exoplanet entdeckt und liegen neue Daten vor, folgt eine zeitnahe Aktualisierung des Katalogs.

Fallbeispiel aus der HZ-Galerie von einem Planeten, dessen Orbit aus der habitablen Zone führt. Bild: NASA/Stephen Kane & Dawn Gelino

Wie die Forscher bereits Mitte Mai auf dem Preprint-Server arxiv.org publizierten und die NASA in einer Pressemeldung berichtete, weisen nicht alle Exoplaneten erdähnliche Umlaufbahnen um ihre Sterne auf. Vielmehr umrunden viele von ihnen ihre Heimatwelt in stark exzentrischen, elliptischen Orbits. Die Folge: Der Planet nähert sich seinem Muttergestirn, nimmt bisweilen Tuchfühlung mit ihm auf, um sich in der nächsten Umlaufphase von ihm zu entfernen und sich später mitunter in einer entlegenen Region wiederzufinden, bis das Spiel wieder von vorn beginnt.

Vorbildliche irdische Extremophile

"Planeten dieser Art würden einige Zeit, aber nicht die gesamte Zeit innerhalb der habitablen Zone verweilen", erklärt Kane. Sie würden sich für kurze Zeit erwärmen, danach wieder für lange Zeit zufrieren - oder sich während kurzer Perioden enorm aufheizen.

Obgleich sich solche Planeten sehr von der Erde unterscheiden, bedeute dies nicht, dass sie nicht Horte des Lebens sein können, betont Kane.

Wissenschaftler haben auf der Erde mikroskopische Lebensformen gefunden, die bei jeglichen Extrembedingungen überleben können. Einige dieser Organismen können ihren Stoffwechsel nahezu auf Null herunterfahren und dabei lange und extreme Kälteperioden überstehen. Andere wiederum sind gegenüber extremer Hitze resistent, sofern sie eine Schutzschicht aus Fels oder Wasser haben. Durchgeführte Studien mit irdischen Sporen, Bakterien und Flechten zeigen, dass diese sowohl unter rauen irdischen Umweltbedingungen als auch unter extremen Bedingungen im All überleben können.

BU: Spirochaeta americana. Näheres hierzu siehe alten Telepolis-Artikel: Spirochaeta americana kommt ganz ohne Sauerstoff aus. Bild: NASA

Genau diese Resistenz könnten Extremophile auch bei jenen Exoplaneten an den Tag legen, die auf den ersten Blick unwirtlich sind und keine geeigneten Biosphäre mitbringen, weil sie sich entweder ganz außerhalb oder zumindest teilweise außerhalb der habitablen Zone bewegen. Kann jedoch der Planet während seines Orbits durch die bewohnbare Zone flüssiges Wasser für einen gewissen Zeitraum generieren und konservieren, könnten widerstandsfähige Mikroben daraus Kapital schlagen.

Käme etwa der Planet während seines exzentrischen Umlaufs der Sonne sehr nahe, könnten Extremophile - wie ihre Kollegen auf der Erde - ihre ganzen Qualitäten ausspielen. Dann würden sich diese einfach in den Bodenschichten oder im Wasser des Planeten einnisten und auf angenehmere Temperaturen hoffen. Das gleiche Spiel würde auch für den Fall gelten, wenn der Planet sich weit vom Muttergestirn entfernt und in stellare Regionen abdriftet, in denen Frost und Eis regieren.

Auch Monde im Visier

Kane und sein Team gehen davon aus, dass habitable Zonen um ferne Sterne räumlich weitaus größer sind als bisher angenommen und dass Planeten, die auf uns unscheinbar wirken, durchaus ein Quell des Lebens für extremophile Lebewesen wie Flechten und Bakterien sind. "Das irdische Leben hat sich während eines frühen Stadiums der planetaren Entwicklung entfaltet, als die Umweltbedingungen weitaus härter waren als heute", verdeutlicht Kane.

Es lohne sich, in Zukunft die Augen auch für vermeintlich unwirtliche Kandidaten aufzuhalten. Schließlich könnten Extremophile nach Ansicht der NASA-Wissenschaftler ebenfalls auf ganz anderen, nicht-planetaren Himmelskörpern zuhause sein, wie etwa auf Monden rund um Gasriesen. "Es gibt eine Vielzahl von großen Gasplaneten im All, und vielleicht haben alle von ihnen Monde, so wie die Planetengiganten in unserem Sonnensystem." Der Mond eines Planeten, der in oder zumindest eine Zeit lang innerhalb der habitablen Zone weilt, kann desgleichen lebensfreundlich sein und somit Lebewesen beherbergen, vermutet Kane.

Sonnenaufgang in einem Doppelsternsystem, so wie ihn Extremophile erleben könnten. Naja, wahrscheinlich werden sie keine Antennen hierfür haben. Bild: ESO

Beispielsweise könne der Saturnmond Titan auf seiner Oberfläche, ungeachtet seiner dichten Atmosphäre und enormen Entfernung zur Sonne, durchaus Leben im irdischen Sinn hervorgebracht haben. "Würde man Titan näher in Richtung Sonne schieben, würde er dort über genügend Wasserdampf und günstige Lebensbedingungen verfügen."

Eine exolunare Observation mache daher durchaus Sinn, wie die Autoren im abschließenden Kommentar ihres Fachaufsatzes "The Habitable Zone and Extreme Planetary Orbits" (s.u.) nahelegen: "Eine zielgerichtete Suche nach außerirdischen Monden, die sich in habitablen Zonen befinden, wird weitaus mehr Überraschendes zutage fördern, als das, was wir gemeinhin als bewohnbar erachten."

Jenseits der habitablen Zone dürfte Leben nur bedingt Überlebenschance haben. In diesem Fall jedoch sind sie gleich null. Künstlerische Darstellung von HAT-P-7b. Bild: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Unzureichende Datenlage

Dennoch wisse man derzeit nur wenig über die Lebensfreundlichkeit der bislang entdeckten Exoplaneten, betonen Kane und sein Team. Es sei schwierig, wirklich Konkretes über einen Planeten zu sagen, ohne die Zusammensetzung seiner Atmosphäre zu kennen. Ohne analoge Vergleichsobjekte in unserem Sonnensystem könne man nur schwer in Erfahrung bringen, wie ein lebensfreundlicher Mond oder ein Planet mit einem exzentrischen Orbit wirklich aussieht.

Derzeit arbeiten Kane und sein Team an einer Methode, die bisher bekannten Exoplaneten-Kandidaten oder deren lebensfreundliche Monde, die für extremophiles Leben in Frage kommen, zu kategorisieren und katalogisieren. "Es gibt eine Menge von entdeckten exzentrischen Exoplaneten und Gasriesen. Wenn wir damit beginnen, uns darauf festzulegen, was wir als lebensfreundlich erachten, werden wir im All noch einige Überraschungen erleben."

Weitere Infos zum Exoplaneten-Programm der NASA siehe: Planet Quest.

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