Leben und Tod auf fremden Welten

Allerdings ist O2 allein noch kein eindeutiger Indikator für Lebensvorgänge. Zum einen gibt es Organismen, die weder Sauerstoff erzeugen noch zur Atmung benötigen. Zum andern existieren abiotische physikochemische Reaktionen, die O2 freisetzen. „Wir kennen einige Möglichkeiten, die zu einer Sauerstoff-Anreicherung führen und kein Leben voraussetzen“, sagt Stephanie Olson von der University of California in Riverside. „Hohe O2-Konzentrationen könnten der Lebensentstehung auf einigen Planeten vorausgehen.“

Deshalb sind weitere Biosignaturen nötig. Zumindest auf der Erde bewirken ausschließlich Lebewesen, dass auch eine spezielle Kombination anderer Gase in der Luft vorhanden ist – und zwar in jeweils relativ hohen und über längere Zeiträume recht konstanten Konzentrationen. Dazu gehören etwa Ozon, Methan, Kohlendioxid, Distickstoffmonoxid, Stickstoff, Wasser oder Monophosphan. Der Nachweis von einzelnen Arten dieser Moleküle in fremden Atmosphären wäre also kein überzeugendes Argument für außerirdisches Leben, aber spezifische Mischungen und Häufigkeiten davon zumindest ein vielversprechendes Indiz.

Noch gibt es keinen guten Kandidaten unter den bereits über 5000 bekannten Planeten bei fremden Sternen. Allerdings konnten bislang erst wenige Exoatmosphären überhaupt spektroskopisch untersucht werden – und auch dies nur grob. Doch das wird sich bald ändern. Das Webb-Teleskop sowie die im Bau befindlichen erdgebundenen Superteleskope – etwa das Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO, das mit einem 39-Meter-Hauptspiegel zurzeit auf Cerro Armazones in der chilenischen Atacamawüste gebaut wird – sollen in den nächsten Jahren sprichwörtlich neue Horizonte eröffnen. Möglicherweise glückt es Astrobiologen schon in dieser Dekade, erstmals Hinweise auf extraterrestrische Stoffwechselaktivitäten aufzuspüren.

Außerirdische Umweltverschmutzung

Die ersten Atmosphären-Spektren von Exoplaneten hat das Hubble-Weltraumteleskop bereits gemessen. Bei diesen Welten handelt es sich bislang zwar größtenteils um lebensfeindliche riesige Gasplaneten, und Biosignaturen gibt es dort nicht. Doch die Forschung steht hier erst am Anfang.

Vielleicht macht das Webb-Teleskop sogar noch eine viel spektakulärere Entdeckung. Denn Exoplaneten-Atmosphären könnten auch von außerirdischen Intelligenzen künden – und von deren schwerem Schicksal.

Stickstoffdioxid (NO2) ist beispielsweise eine Technosignatur in der Erdatmosphäre, weil der überwiegende Teil von menschlichen Aktivitäten stammt: Verbrennungsprozessen. Ravi Kopparapu vom NASA Goddard Space Flight Center und seine Kollegen haben berechnet, dass sich NO2 im Prinzip auch in Exoplaneten-Atmosphären nachweisen ließe: durch Absorptionslinien im Infraroten bei 0,2 bis 0,7 Mikrometer. Für sonnenähnliche Sterne ist das schwierig, für kleinere Sterne vom Spektraltyp K wäre es mit Weltraumteleskopen wie LUVOIR (Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor), das von der NASA für die 2040er-Jahre konzipiert wird, eher möglich.

Henry W. Lin, Abraham Loeb und Gonzalo Gonzalez Abad von der Harvard University haben ebenfalls vorgeschlagen, nach Industrieprodukten in Exoatmosphären zu suchen – kurzum: nach Anzeichen extraterrestrischer Umweltverschmutzungen. Stickoxide und Methan als Nebenprodukte vieler Verbrennungs- und Produktionsprozesse wären relativ leicht nachweisbar. Auf der Erde sind sie allerdings nicht ausschließlich anthropogen, also auch keine sicheren Intelligenz-Indikatoren. Besser wären Chlor-Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen wie CCl3F und CF4, die sich aus thermodynamischen Gründen nicht durch natürliche Prozesse bilden. Sie gehören zu den Treibhausgasen und Ozon-Killern und haben eine relativ lange Verweildauer in der Atmosphäre – CF4 beispielsweise rund 50.000 Jahre.

Lin und seine Kollegen simulierten mit synthetischen Atmosphären-Spektren von erdgroßen Planeten, dass das Webb-Weltraumteleskop CCl3F und CF4 mit einigem Aufwand nachweisen könnte – im Verlauf von rund zwei Tagen Messzeit. Allerdings müsste der Planet des besseren Kontrasts wegen einen Weißen Zwerg umkreisen, der lichtschwächer ist als ein normaler Stern. Und die chemischen Signaturen müssten die 100-fache Konzentration des gegenwärtigen Werts in der Erdatmosphäre haben. Ob das realistisch ist, erscheint fraglich, weil eine solche Umweltbelastung extrem wäre – selbst in einem Jahrtausend wäre der CF4-Gehalt in der Erdatmosphäre bei gleichbleibendem Anstieg „nur“ zehnmal so hoch wie heute. Falls bei einem Exoplaneten eine hohe CF4-Konzentration nachgewiesen würde, könnte die extraterrestrische Zivilisation dort allerdings bereits ausgestorben sein. Vielleicht hat sie sich schlicht zu Tode verschmutzt – was erhärtet würde, wenn sich keine Chlorophyll-Absorptionsspektren oder ähnliche Biomarker messen ließen.

Auch ein Astronomenteam um Jacob Haqq-Misra vom Blue Marble Space Institute of Science in Seattle, Washington, hat jüngst die Nachweismöglichkeiten von Chlor-Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen (CFCs) untersucht, speziell von CCl3F und CCl2F2. Für erdähnliche Exoplaneten um lichtschwache Rote Zwergsterne wäre das Webb-Teleskop unter günstigen Umständen in der Lage, sogar CFCs in der Größenordnung der Konzentration in der Erdatmosphäre nachzuweisen (gegenwärtig 250 bis 500 Teile pro Billion). Ein Beispiel ist der fast erdgroße, felsige Planet TRAPPIST-1e bei dem 40 Lichtjahre entfernten Stern TRAPPIST im Sternbild Wassermann. Im Infraroten bei 8 bis 14 Mikrometer Wellenlänge wären gegebenenfalls Absorptionslinien zu finden. „Solche Analysen können zusammen mit der Suche nach Biosignaturen gemacht werden, simultan und ohne zusätzliche Kosten“, betonen die Wissenschaftler. „CFCs sind eine passive Technosignatur der Erde. Eine CFC-Messung bei einem Planeten wie TRAPPIST-1e wäre nicht mithilfe der uns heute bekannten biologischen oder geologischen Prozesse zu erklären.“

Signaturen der Selbstzerstörung

Die Suche nach außerirdischen Lebensformen und Zivilisationen könnte sogar eine Lehre für uns Menschen sein, sorgsamer mit dem Raumschiff Erde umzugehen. Ein besonders drastischer Fund wäre das Zeugnis untergegangener kosmischer Kulturen.

„Es ist ein morbider und deprimierender Gedanke, nach Hinweisen von extraterrestrischen Zivilisationen zu suchen, die sich selbst vernichtet haben. Das kann aber viel verraten über die Häufigkeit von intelligentem Leben im Universum“, schreibt ein Astronomenteam um Adam Stevens von der University of Edinburgh im International Journal of Astrobiology. Es hat in einer detaillierten Studie die atmosphärischen Signaturen eines solchen planetaren Exitus diskutiert und dabei ganz unterschiedliche Szenarien berücksichtigt.

Ein globaler Nuklearkrieg wäre verheerend, doch aus der Ferne schwer nachzuweisen – wahrscheinlich nur, wenn mehrere Phänomene zusammenkämen. So lösen detonierende Kernwaffen kurze Gammablitze aus. Sie sind aber wesentlich schwächer als die häufig gemessenen Gammastrahlen-Ausbrüche explodierender Riesensterne teils Milliarden Lichtjahre entfernt: entfesselte Energien bis zu 1044 Joule. Selbst die Auslösung des gesamten irdischen Nuklearwaffen-Arsenals von etwa sechs Millionen Kilotonnen Sprengkraft (rund 1016 Joule) wäre mit heutigen Teleskopen nur aus etwa der achtfachen Distanz von Erde und Sonne zu erspähen. Käme aber ein charakteristisches atmosphärisches Leuchten im grünen Licht des Sauerstoffs bei 558 Nanometer hinzu, eine Abnahme des Ozon-Gehalts sowie eine Zunahme von aufgewirbeltem Staub („nuklearer Winter“) ähnlich wie bei einem Meteoriteneinschlag, dann böte die Schlussfolgerung Anlass zu interstellarer Trauer.

Würde das Leben auf einem Planeten durch biochemische Ereignisse oder eine Virenseuche zerstört, hätte der Abbau der Biomasse ebenfalls markante Folgen für die Atmosphäre. Zumindest auf der Erde würden sich große Mengen an Methanthiol (CH3SH) bilden, das aus keiner abiotischen Quelle entstehen kann und eine charakteristische Spektrallinie erzeugt. Beim Tod aller Menschen (100 Milliarden Kilogramm Kohlenstoff-Verbindungen) oder dem Absterben eines Großteils der Biosphäre (bis zu 100 Billionen Kilogramm) würden bis zu 100 Milliarden Kilogramm Methanthiol innerhalb von wenigen Dekaden in die Atmosphäre gelangen. Ob das nachweisbar ist, hängt allerdings von weiteren Faktoren ab. So können Ethan-Moleküle (C2H6) die Absorptionslinien deutlich überlagern. Und Methan (CH4) ist nicht zwingend biologischen Ursprungs.

Fest steht: Gäbe es zahlreiche Indizien für die Selbstzerstörung ganzer Zivilisationen im All, würde das nicht nur erklären, warum wir noch keine Botschaften von Außerirdischen empfangen haben, sondern deren allzu kurze Lebenszeit würden auch eine düstere Prognose für die Zukunft der Menschheit nahelegen.

Andere Zeugnisse planetarer Katastrophen, etwa verheerende Sternaktivitäten, Meteoriteneinschläge, kosmische Gammablitze oder ein ökologischer Kollaps, sind kein zwingender Hinweis auf außerirdische Intelligenzen dort. Auch dann nicht, wenn ihre Zivilisation dadurch zerstört wurde. Denn zu solchen natürlichen Ereignissen kommt es ständig irgendwo im All. Doch auch der Nachweis einer solchen exoplanetaren Tragödie wäre die traurigste Entdeckung in der Geschichte der Astronomie.