Gibt es Leben auf K2-18b?

K2-18b hat ungefähr den 2,6-fachen Durchmesser der Erde und deren 8,6-fache Masse. Er gehört zur Klasse der Mini- oder Subneptune (Neptun besitzt etwa 17 Erdmassen). Sie kommen zwar nicht im Sonnensystem vor, doch sind sie nach den bisherigen Exoplaneten-Entdeckungen und ihrer statistischen Extrapolation die häufigsten Planeten im All.

Allerdings erlauben die gegenwärtigen Messdaten und Planetenmodelle keine definitiven Aussagen darüber, ob Minineptune felsige Planeten mit dichten Atmosphären sind oder aber Gaswelten ohne feste Oberfläche, weil Temperatur und Druck Gestein zum Schmelzen bringen. Vermutlich gibt es beides. Aber wozu gehört K2-18b?

In früheren Studien argumentierte Madhusudhans Team, dass es sich hier und in anderen Fällen um Planeten handelt, die von einer Atmosphäre aus Wasserstoff eingehüllt und von einem globalen Ozean bedeckt werden. Die Forscher prägten dafür den Begriff Hycean-Welten (zusammengesetzt aus englisch „hydrogen“ und „ocean“).

„Aufgrund ihrer geringeren Dichte, größeren Größe und leichteren Atmosphäre im Vergleich zu erdähnlichen Planeten sind Hycean-Welten einfacher nachweisbar und eignen sich besser für die Charakterisierung ihrer Atmosphäre“, betont das Team. Auch ist ihre habitable Zone größer als bei erdähnlichen Planeten. „Es wurden bereits mehr als ein Dutzend Hycean-Kandidaten identifiziert.“

Verdächtige Spuren im Infraroten

Bereits im Oktober 2023 publizierten Madhusudhan und sein Team erste schwache Hinweise auf DMS. Mit zwei Instrumenten des Webb-Weltraumteleskops (James Webb Space Telescope, JWST), nämlich mit dem Near-Infrared Spectrograph und dem Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph, hatten sie atmosphärische Absorptionslinien im nahen Infrarot bei 0,8 bis 5 Mikrometer gemessen und Hinweise auf Methan, Kohlendioxid und DMS gefunden – die ersten Indizien für Moleküle mit Kohlenstoff überhaupt in der Exoatmosphäre eines Planeten in der habitablen Zone. Daraufhin erhielt das Team weitere Beobachtungszeit.

Die neuen Daten wurden im mittleren Infrarot bei 6 bis 12 Mikrometer vom Mid-Infrared Instrument gewonnen. Dabei war der Planet 5,85 Stunden lang im Fokus, davon 2,68 Stunden lang während des Transits vor seinem Heimatstern. Wiederum und zudem deutlicher wurden Signaturen gefunden, die auf DMS und/oder DMDS hinweisen. „Dies ist ein unabhängiger Beleg, für den ein anderes Instrument und ein anderer Wellenlängenbereich verwendet wurden, sodass es keine Überschneidungen mit den früheren Beobachtungen gibt“, kommentierte Nikku Madhusudhan. „Das Signal war stark und klar.“

Die Datenauswertung ist sehr schwierig, aber die Forscher errechneten eine statistische Signifikanz von drei Sigma. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Irrtums nur 0,3 Prozent beträgt. (Bei den früheren Messungen waren es bloß knapp 1 bis 2,4 Sigma.) Insofern ist es berechtigt, von einem Indiz zu sprechen.

DMS-Moleküle gelten als Biomarker, weil sie auf der Erde wohl nur von Lebewesen produziert werden, vor allem vom Phytoplankton im Meer (und manchmal von Menschen im Chemielabor). In der irdischen Luft werden die Moleküle ständig abgebaut, aber immer wieder nachgeliefert. Die DMS-Konzentration hat einen Volumenanteil von weniger als 1 zu einer Milliarde. In der Atmosphäre von K2-18b ist sie fast tausendmal so hoch, schätzungsweise über 1 pro 100.000 (also über 0,001 Volumenprozent).

„Angesichts dessen, was wir über diesen Planeten wissen, ist das Szenario, das am besten zu den vorliegenden Daten passt, eine Hycean-Welt mit einem Ozean, der voller Leben ist“, meint Madhusudhan. Aber er betonte auch: „Es ist wichtig, dass wir unseren eigenen Ergebnissen gegenüber sehr skeptisch sind, denn nur durch wiederholtes Überprüfen werden wir zu dem Punkt gelangen, an dem wir ihnen vertrauen können. So muss Wissenschaft funktionieren.“

Im Kreuzfeuer der Kritik

Und so blieben Einwände anderer nicht lange aus. Ryan MacDonald zum Beispiel ist nicht nur skeptisch, sondern wirft Madhusudhans Team sogar statistische Tricksereien durch eine spezielle Modellierung vor, um auf „den magischen Wert von drei Sigma“ zu kommen. Der an der schottischen University of St Andrews forschende Astrophysiker hatte schon die DMS-Interpretation von 2023 kritisiert. Sein Team konnte mit der Analyse derselben Daten die Methan-Messung bestätigen (mit vier Sigma), nicht aber die von Kohlendioxid und DMS.

Wenn es kein Kohlendioxid auf K2-18b gibt, dann wäre nicht einmal erwiesen, dass er ein Hycean-Planet ist. Stattdessen könnte es sich um einen felsigen Trabanten mit einer heißen Atmosphäre handeln. Dafür hat auch Christopher R. Glein vom Southwest Research Institute in San Antonio, Texas, mit zwei Kollegen argumentiert. Auf einer magmatischen Welt ohne Ozean wären DMS-produzierende Mikroorganismen, wie wir sie kennen, nicht möglich.

Die Geschichte könnte sich hier sogar wiederholen. Denn bereits 2019 haben zwei Astronomenteams auf Grundlage von Messungen des Hubble-Weltraumteleskops geschlossen, dass die Atmosphäre von K2-18b teilweise aus Wasserdampf besteht. Das ließ sich aber nicht bestätigen; vielmehr zeigte sich, dass man die spektralen Signaturen bislang nicht von Methan unterscheiden kann. Vielleicht sind DMS und/oder DMDS ähnlich ambig, das heißt, ihre vermeintlichen Absorptionslinien in den Infrarotspektren werden von anderen Molekülen nur vorgetäuscht.

Madhusudhan argumentiert aber, dass der Nachweis von Methan und Kohlendioxid sowie die Tatsache, dass es keine großen Mengen an Kohlenmonoxid und Ammoniak in der Atmosphäre gibt – denn diese Moleküle ließen sich nicht nachweisen – zu früheren Modellvorhersagen für Hycean-Welten passt und gegen einen neptunähnlichen Gasplanet ohne Ozean spricht. Allerdings müsse es viele Wolken oder Dunst geben, sonst wäre die Oberfläche zu heiß für Lebensformen. Und das Team gibt auch zu: „Obwohl wir 20 prominente Moleküle berücksichtigt haben, um das Spektrum zu erklären, war unsere Suche vielleicht nicht vollständig. Weitere Studien könnten also andere Moleküle finden, um die Daten zu erklären.“

Generell besteht die Gefahr, dass scheinbare Nachweise von Spurengasen in planetaren Atmosphären Artefakte einer unvollständigen Modellierung sind, insbesondere bei einem geringen Signal-Rausch-Verhältnis. „Oft verschwindet ein vermeintlicher Nachweis von Biosignaturen, wenn der betrachtete Modellraum erweitert wird“, lautet das Fazit einer neuen Studie eines Teams um Luis Welbanks von der Arizona State University in Tempe. In einem Artikel, der noch nicht in einer Fachzeitschrift publiziert ist, haben die Forscher 90 Kohlenwasserstoffe betrachtet, von denen fünf besser zum Spektrum von K2-18b zu passen scheinen als DMS oder DMDS. Das gilt besonders für Propin (Methylacetylen, C₃H₄). Dieses Molekül wurde bereits in den Atmosphären von Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und dem Saturnmond Titan nachgewiesen, sodass sein Vorkommen in K2-18b nicht unwahrscheinlich ist.

Unbekannte Chemie?

Aber selbst ein Hycean-Planet mit DMS muss nicht zwingend belebt sein, um DMS in der mutmaßlich hohen Konzentration hervorzubringen. Denn dort herrschen ganz andere physikalische und chemische Bedingungen als auf der Erde. Irdische Verhältnisse lassen sich nicht einfach auf andere Welten übertragen. Warum also sollten auf K2-18b nicht chemische Reaktionen stattfinden, die irdische Wissenschaftler bislang übersehen haben oder noch gar nicht kennen, ohne dass Lebensformen beteiligt sind?! So könnten einfache Verbindungen wie Methan, Methanol oder Schwefelwasserstoff als Ausgangssubstanzen ausreichen, damit sich unter passenden Bedingungen wie Temperatur, Druck und Katalysatoren DMS bildet.

Die Problematik ist Astrobiologen bekannt. Sie hat auch bei der Erforschung des Sonnensystems schon mehrfach für Irritationen gesorgt. So ergaben Experimente der Viking-Landesonden in den 1970er-Jahren auf dem Mars Hinweise auf biochemische Aktivitäten. Doch die Bedingungen in der rostroten Steinwüste unterscheiden sich selbst von kalten irdischen Gerölllandschaften drastisch, sodass die Daten meistens abiotisch interpretiert werden und die Frage nach Mikroben auf dem Roten Planeten nach wie vor offen ist. Ähnlich kontrovers wurde die vermeintliche Detektion von Phosphin in der heißen, dichten Atmosphäre der Venus diskutiert – auch ein Biomarker auf der Erde. Doch im Gegensatz zu unseren Nachbarplaneten, die künftig immerhin von entsprechend ausgestatteten Raumsonden und Landerobotern genauer untersucht werden sollen, sind Astrobiologen nicht in der Lage, einfach zu K2-18b zu fliegen oder Späher zu schicken, um die Situation vor Ort zu klären.

Tatsächlich kann DMS abiotisch im All entstehen. Das legen Messungen der Raumsonde Rosetta nahe. Danach gibt es zwar solche Moleküle auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, doch stammen sie sicherlich nicht von Mikroben. DMS ist also nicht zwingend ein Biomarker, wie ein Team um Nora Hänni und Kathrin Altwegg von der Universität Bern in der Schweiz 2024 betonte.

Das ist auch die Schlussfolgerung eines Teams um Miguel Sanz-Novo vom Zentrum für Astrobiologie in Madrid, publiziert im Februar 2025 in den Astrophysical Journal Letters. Die Wissenschaftler konnten nämlich DMS im interstellaren Medium aufspüren. Sie hatten die Molekülwolke G+0.693–0.027 bei verschiedenen Frequenzen zwischen 31 und 174 Gigahertz, also im Zentimeter- und Millimeterbereich, mit zwei spanischen Teleskopen untersucht: dem 40-Meter-Yebes-Teleskop in Guadalajara und dem 30-Meter-IRAM-Teleskop des Instituts für Radioastronomie im Millimeterbereich in Granada. Der Gasnebel befindet sich in der Nähe des Galaktischen Zentrums im Sternbild Schütze. Die Häufigkeit von DMS darin entspricht sehr genau der im Kometen 67P.

Sogenannte falsch positive Indikatoren sind das Hauptproblem bei der astrobiologischen Suche nach außerirdischem Leben. Das haben Madhusudhan und sein Team auch selbst betont. So kann man sich durchaus vorstellen, dass DMS und DMDS in Atmosphären ohne Sauerstoff, aber mit Methan und Schwefelwasserstoff entstehen. „Allerdings sind sie hochreaktiv und haben in entsprechenden Experimenten aufgrund von photochemischen Reaktionen nur eine kurze Lebenszeit, höchstens ein paar Minuten; selbst in der Erdatmosphäre bleiben sie nur für ein paar Stunden oder höchstens etwa ein Tag.“ Sie müssen also ständig nachgeliefert werden – wie es auf der Erde durch die Lebewesen geschieht.

Ein solches chemisches Nichtgleichgewicht bestimmter Moleküle in einer Atmosphäre macht diese Verbindungen zu potenziellen Biomarkern, weil sie ständig von Organismen neu produziert werden könnten – wie es etwa bei Sauerstoff und Methan, aber auch DMS und Phosphin in der irdischen Luft der Fall ist. Dass ein solcher DMS/DMDS-Nachschub auf K2-18b andauernd abiotisch erfolgt, und in den großen Mengen, hält Madhusudhan für unwahrscheinlich, denn der dafür wohl erforderliche Schwefelwasserstoff ließ sich mit dem Webb-Teleskop nicht nachweisen. Der Astrophysiker betont aber, dass hierzu noch mehr Studien nötig seien, auch in Laborexperimenten auf der Erde, sowie bessere Atmosphären-Modelle für Exoplaneten.

„Das Entdeckungsteam hat viele verschiedene Möglichkeiten sorgfältig untersucht, doch es hat nicht alles berücksichtigt“, gibt auch Laura Kreidberg zu bedenken. Die Spezialistin für Exoatmosphären ist seit 2020 Direktorin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. „Generell steht die Glaubwürdigkeit von Wissenschaftlern auf dem Spiel. Wir haben eine große Verantwortung, hier gute Arbeit zu leisten.“ Ignas Snellen äußerte seine Kritik noch deutlicher: „Ich weiß nicht, ob ich lachen oder weinen soll“, kommentierte der Astrophysik-Professor und Spezialist für Exoplaneten an der niederländischen Universität Leiden. „Dies geht weit über das hinaus, was ich als verantwortungsbewusste Wissenschaftskommunikation bezeichne.“

Außerordentliche Belege sind nötig

Momentan ist die Situation also unübersichtlich – und spannend. In diesem Zusammenhang sind zwei Aussagen relevant, die der Astrobiologie-Pionier Carl Sagan schon Ende der 1970er-Jahre popularisiert hat: Außerordentliche Behauptungen erfordern auch außerordentliche Belege („extraordinary claims require extraordinary evidence“) Und: Die Abwesenheit von Belegen für etwas ist kein Beleg für diese Abwesenheit („absence of evidence is not evidence of absence“). Diese Maximen reichen mindestens bis ins 18. Jahrhundert zurück. (Ähnliche Formulierungen finden sich bereits bei Benjamin Bayly, David Hume und Pierre-Simon Laplace beziehungsweise bei William Wright, William Housman und Dugald Bell.) Im Kontext der Suche nach außerirdischem Leben bedeutet dies: Eine mutmaßliche Detektion erfordert exzellente Indizien, um akzeptabel zu sein, denn ein Nachweis von extraterrestrischen Organismen wäre sicherlich eine epochale Entdeckung. Umgekehrt beweist der bisherige Mangel an solchen Indizien nicht, dass es keine solchen Lebensformen gab oder gibt.

Fest steht: Die bisherigen Messungen liegen am Limit des Webb-Teleskops. Die Intensitätsunterschiede der Strahlung des Planeten betragen weniger als 0,01 Prozent. Da könnten schon kleinste technische Störungen sowie variierende Empfindlichkeiten der einzelnen Detektor-Pixel die Daten verfälschen oder ein Signal vorgaukeln, das gar nicht existiert.

Auch deshalb reicht eine statistische Signifikanz von drei Sigma nicht aus. Ein hinreichend glaubwürdiger Beleg erfordert in vielen Wissenschaftsbereichen fünf Sigma (eine Irrtumswahrscheinlichkeit von nur 0,00006 Prozent). Dies könnten künftige Webb-Messungen durchaus erreichen. Dazu müsste der Planet mindestens weitere 16 bis 24 Stunden beobachtet werden, also bei wenigstens drei Transits vor seinem Stern – was nach dem Rummel in der Astrobiologie-Szene und interessierten Öffentlichkeit sicherlich bald versucht wird. Das hilft dann auch bei der Klärung, ob es sich nun um DMS handelt, um DMDS oder um beides.

Doch selbst wenn sich K2-18b in den nächsten Jahren wirklich als Hycean-Welt erweisen sollte, wenn DMS dort tatsächlich mit einer statistischen Signifikanz von mehr als fünf Sigma detektierbar ist und wenn keine alternativen plausiblen Erklärungsmodelle für eine abiotische DMS-Entstehung formuliert werden, dürfte der Spielraum für Zweifel groß bleiben. Aber das ist kein Grund zur Resignation, sondern Ansporn für weitere Forschung. So entwickelt die NASA seit ein paar Jahren Pläne für ein neues Superteleskop, das Habitable Worlds Observatory, das speziell für die Suche nach belebten Exoplaneten konzipiert ist. Ob es gebaut wird und in den 2040er-Jahren starten kann, wie anvisiert, ist angesichts der irdischen Weltlage jedoch zweifelhaft – und das liegt allein an einer Lebensform, die sich sogar für besonders intelligent hält. ■