Keine Erde 2.0, aber eine potentiell habitable extrasolare Nachbarwelt

Rote Zwergsterne und der Paradigmenwechsel

Seit einigen Jahren aber hat unter den Astrobiologen und SETI-Forschern ein Umdenken eingesetzt. Mittlerweile gehen immer mehr davon aus, dass Planeten, die um Zwergsterne der Kategorie M treiben, durchaus Horte des Lebens sein könnten. Zu dieser Feststellung gelangte bereits im Juli 2005 eine interdisziplinäre Forschergruppe während eines Workshops mit dem Arbeitstitel Habitability of Planets Orbiting M Stars. Ihr Fazit: M-Zwergsterne können trotz aller astralen Defizite Planeten mit ausreichend Licht und Wärme versorgen und die Entwicklung von biologischem Leben in dem Maße fördern, dass sich auf ihren planetaren Begleitern sogar hoch entwickelte Zivilisationen mit Radiotechnologie herangebildet haben könnten.

So zeigten Computersimulationen, dass beispielsweise ein sonnennaher Planet um einen M-Zwergstern automatisch eine dickere Atmosphäre ausbilden würde. Die sich daraus ergebende stärkere Zirkulation würde die Sonnenwärme um den ganzen Planeten gleichmäßig verteilen. Selbst die gefürchteten solaren Flares haben weitaus weniger schädlichen Einfluss auf die Ausbildung von Leben als ursprünglich angenommen.

Die Abbildung zeigt eine künstlerische Darstellung der Oberfläche von Proxima b. Der Planet umkreist den roten Zwergstern Proxima Centauri, den nächsten Stern zu unserem Sonnensystem. Der Doppelstern Alpha Centauri AB ist im Bild rechts oberhalb von Proxima Centauri abgebildet. Bild: ESO/M. Kornmesser

Vor allem die lange Lebensdauer von Roten Zwergen erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass solche Systeme die Ausbildung von Leben begünstigen. Schließlich findet bei einem Roten Zwerg wegen seiner geringen Masse die Umwandlung von Wasserstoff in Helium nur langsam statt, weshalb sie sich durch niedrigen Energieverbrauch auszeichnen (Oberflächentemperatur liegt zwischen 2200 und 3800 Kelvin; unsere Sonne hat zirka 5800 Kelvin). Der Energieverbrauch manifestiert sich am deutlichsten in der für M-Zwerge charakteristischen langwelligen Strahlung. Da sie ausschließlich im rötlichen Licht und Infrarot auf Sparflamme emittieren, glänzen sie als kosmische Dauerbrenner, die fast eine Ewigkeit leuchten.

Kosmologen attestieren diesem Sterntyp ein Alter, das - je nach Masse - zwischen 50 Milliarden und 50 Billionen Jahren liegen könnte. Sind einmal die "wilden Jahre" vorbei und ist das strahlenreiche Feuerwerk beendet, setzt sich der Stern zur Ruhe und spendet dabei erstmals Wärme und Energie in einer Intensität, welche die Entfaltung von organischem Leben - selbst auf Infrarotbasis - ermöglicht.

Ein Roter Zwergstern mit drei Planeten in der Vorstellung eines Künstlers. Auf Planeten, die ihren rötlichen Heimatstern in großer Distanz umkreisen, hätte die Ausbildung von biologischem Leben desgleichen nicht den Hauch einer Chance, weil dort jeder Milliliter Wasser sofort zu Eis gefrieren würde. Bild: ESO/M. Kornmesser

Könnte somit Leben auf Infrarotbasis auf Proxima b möglich sein? Welche klimatischen Bedingungen prägen Proxima b und inwieweit hätte dort Leben eine Chance auf Entfaltung? Diesen Fragen gingen einige Forscher in zwei begleitenden Nature-Beiträgen nach. In ihnen resümieren die Autoren, dass auf dem neuen Exoplaneten durchaus flüssiges Wasser existieren könnte. Ausgeschlossen werde könne dies nicht - vor allem in den Übergangszonen nicht. Gleichwohl sei das Klima auf Proxima b infolge der starken solaren Strahlung und der Entstehungsgeschichte des Planeten völlig anders als auch der Erde.

Es sei äußerst unwahrscheinlich, dass es auf Proxima b Jahreszeiten gebe, so die Autoren. Schließlich befinde sich der Planet aufgrund seiner geringen Distanz zum Heimatstern in dessen Würgegriff, mit der Folge, dass beide synchron rotieren. Daher zeigt der Exoplanet seiner Sonne immer dieselbe Seite. Während es auf der einen Kugelhälfte im wahrsten Sinne des Wortes heiß herginge und dort extrem hohe Temperaturen vorherrschten, wäre die andere Seite stark abgekühlt - auf der einen Hälfte herrschte ewiger Tag, auf der zweiten ewige Dunkelheit.

Deinococcus radiodurans im Transmissionselektronenmikroskop. Dieses Bakterium, scherzhaft auch "Conan, the Bacterium" genannt, zeichnet sich durch eine stark ausgeprägte Strahlenresistenz aus und fühlt sich im Kühlwasser von Atomkraftwerken pudelwohl. Bild: Uniformed Services University, Bethesda, MD, USA

Unabhängig von der Studie ist es denkbar, dass in den Übergangszonen widerstandsfähige Lebensformen, so genannte Extremophile, ihre Nischen gefunden haben. In diese Klasse fallen auf der Erde all jene höchst anpassungsfähigen Bakterien, denen selbst extremste Umweltbedingungen nichts anhaben können. Sie sind im polaren Meereis, in vulkanisch aktiven Zonen, kochenden Geysiren, heißen Schwefelquellen zuhause und fühlen sich bei hohen Salzkonzentrationen, in großer Tiefe, im Kühlwasser von Atomkraftwerken oder sogar im Weltraum pudelwohl.

Das Stichwort "Extremophile" deutet in die richtige Richtung. Falls der Planet einen Ozean hat, so wird die Strahlung in einigen Metern Tiefe vermutlich hinreichend abgeschirmt sein", so Martin Kürsters gegenüber Telepolis. "Es ist allerdings umstritten, ob bei dieser Sorte Sterne Leben auf den sogenannten ‚habitablen Planeten‘ entstehen kann. Die Dosis an Teilchen-, Röntgen- und UV-Strahlung dürfte sehr hoch sein, insbesondere während der Flares, also der Strahlungsausbrüche dieses aktiven Sterns.

Ferne Welten zu entdecken und zu charakterisieren ist eine Sache - auf ihnen Spuren von Leben zu finden hingegen die größte Herausforderung der Astronomen. "Der große Traum aller Planetenjäger ist, von einem erdähnlichen Planeten ein komplettes Spektrum zu erhalten und in den dortigen Atmosphären Biomarker zu finden", verdeutlich der Pionier der Exoplanetenforschung, Michel Mayor.

Noch ist der Steckbrief von Proxima b sehr kurz. Noch weiß kein Planetenforscher, ob er eine Atmosphäre oder ein eigenes Magnetfeld hat, wie sein Boden beschaffen ist und ob er flüssiges Wasser besitzt. Für eine nähere Charakterisierung reicht zurzeit das Instrumentarium schlichtweg noch nicht aus. Doch mithilfe der Transmissionsspektrografie bestünde theoretisch eine Chance, neue Fakten zu sammeln.

Bei diesem Spektrografie-Verfahren nutzen Astronomen abermals den Transit-Effekt. Steht der Planet aus der Perspektive des Beobachters zwischen Teleskop und der Sonne senkrecht zur Himmelsebene, schimmert das Sternenlicht für einen kurzen Zeitraum durch die Planetenatmosphäre. In diesem schmalen Zeitfenster sammelt und bündelt das Teleskop das gefilterte schwache stellare Licht, bevor der Spektrograf das Licht in seine einzelnen Bestandteile zerlegt.

E-ELT. Bild: ESO/L. Calçada

Da jedes chemische Element einen unverwechselbaren Fingerabdruck im Lichtspektrum hinterlässt, verraten sich dadurch alle Biosignaturen. Es ist ein Fingerabdruck, der auch über Lichtjahre hinweg nicht verblasst. Gute Biomarker sind vor allem chemische Verbindungen wie Methan, Ozon, Kohlenstoffmonoxid und das Element Sauerstoff. Letzterer fällt auf der Erde als Nebenprodukt der Photosynthese an, wird aber auch bei nicht biologischen Prozessen frei und konzentriert sich in der Atmosphäre und wohl auch in Exo-Atmosphären.

Aber selbst das ambitionierte European Extremely Large Telescope (E-ELT) der Europäischen Südsternwarte ESO, das 2024 in der chilenischen Atacamawüste als weltgrößtes bodengestütztes Teleskop seine Arbeit aufnimmt, wird hier an seine Grenzen geraten. Mit seinem 39 Meter großen Hauptspiegel und seinen sensiblen Instrumenten kann es zwar ferne Atmosphären spektrografisch untersuchen, gleichwohl nur die Atmosphären größerer erdnaher Supererden durchleuchten.

Alles in allem also bliebe noch die Option, das erdnächste Sternsystem selbst zu besuchen. Voraussetzung für einen astralen Trip zu dem stellaren und planetaren Nachbarn wäre aber, dass eines nicht allzu fernen Tages die Raumfahrttechnik als Folge einer tiefgreifenden High-Tech-Revolution einen unglaublichen Quantensprung erfährt und einen Raumflug mit mindestens 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu etablieren vermag. Oder es käme so, wie es bei der "Breakthrough Starshot"-Initiative geplant ist, die im April 2016 so publikumswirksam angekündigt wurde.

Homo spaciens unterwegs nach Alpha Centauri AB oder Proxima … vielleicht fliegt sie oder er auch woanders hin. Bild: NASA

Sollte diese Mission wie vorgesehen nach 20-jähriger Entwicklungszeit zum Alpha-Centauri-System aufbrechen, würde eine mit Lichtsegeln bestückte Flottille von Nanosonden mit einem starken Laserlicht auf ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. 20 Jahre wären die mikrochipgroßen Roboter unterwegs. Jedes von ihnen abgestrahlte Funksignal würde erst nach 4,22 Jahren auf irdische Radioschlüsseln treffen.

Das klingt futuristisch, ist aber allemal besser, als einen Astronauten auf Apollo-Niveau auf die Reise zu schicken. Denn mit der größten jemals von Astronauten erreichten Geschwindigkeit - die Apollo-Astronauten flogen seinerzeit mit elf Kilometer pro Sekunde zum Mond - benötigt man für die Überbrückung von nur einem Lichtjahr bereits mehr als 28.000 Jahre Reisezeit.

Dann wäre wohl der Warp-Antrieb die noch bessere Variante. Am 5. April 2063 soll er ja von Zefram Cochrane das erste Mal in der Praxis getestet werden - wenigstens im Star-Trek-Universum der fiktiven Szenarien und Träume. Aber es dürfte in der realen Welt wohl eher darauf hinauslaufen, dass auch in 47 Jahren der Homo electronicus den Sprung zum Homo spaciens noch nicht gemeistert hat. Selbst in naher und fernerer Zukunft wird Proxima Centauri, das erdnächste Sternsystem, weg weit von uns und somit unerreichbar sein - fast so fern wie der Traum von den Starshot-Nanobots und dem Warp-Antrieb.

ESOcast: "Pale Red Dot Results"

ESO-Video-Simulation: "A fly-through of the Proxima Centauri system":

Youtube-Video: "Searching for Life around Red Dwarf Stars". Ein schönes kurzes Panel einer sympathischen Wissenschaftlerin, die auch etwas Privates erzählt.

Youtube-Video: SETI-Talks "Searching for Planets around Alpha Centauri"

Ausschnitt von der ESO-Pressekonferenz in Garching (24.08.16) (Harald Zaun)

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