Suche nach Leben im Alpha-Centauri-System

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat ein neues Verfahren entwickelt, mit dem Leben auf Exoplaneten nachgewiesen werden kann. Hierbei haben sie sich vorerst auf den Nachweis von Biomolekülen konzentriert, die Lichtenergie in chemische Energie umwandeln und speichern. Verschiedene solcher Moleküle sind in irdischen Bakterien und Pflanzen weit verbreitet. Bereits heutige Teleskope sollen mit dieser empfindlichen Technik im Nachbarplanetensystem Alpha Centauri nach Leben suchen können.

Vielfältige Biopigmente

Pigmente sind farbgebende Substanzen der Ein- und Mehrzeller. Sie kommen in Bakterien, Algen, Pflanzen und Tieren vor. Ihre Aufgaben sind vielfältig. Sie ermöglichen unter anderem die Photosynthese, das Farbensehen, die Zellatmung, die Sauerstoffspeicherung, den Sauerstofftransport die Oberflächenfärbung und den Lichtschutz. Die Wissenschaftler konzentrierten sich in ihrer Studie auf verschiedene photosynthetische Pigmente. Das von ihnen reflektierte Licht untersuchten sie detailliert im Labor, um zu sehen, ob sich damit außerirdisches Leben nachweisen lässt.

Die Pigmente verschlucken fast das gesamte Licht bestimmter Farben und erzeugen damit spezielle chemische Verbindungen, um damit Energie zu speichern. Beispielsweise verschlucken Chlorophyll-Pigmente, wie man sie von den grünen Pflanzen her kennt, große Teile des blauen bis roten Lichts. Einen größeren Anteil das grünen Lichts reflektieren sie.

Ein grünes Blatt absorbiert einen großen Teil des roten, grünen und blauen Sonnenlichts (RGB). Einen Teil des infraroten Lichts (grau) lässt es durch, den größeren Teil reflektiert es. Das reflektierte Infrarotlicht ist nur schwach polarisiert. Dagegen ist das reflektierte RGB-Licht durch die Biopigmente stark polarisiert. Die Messung des Anteils polarisierten Lichts für die verschiedenen Farben liefert die Signatur der Biopigmente des Blatts. - Grüner Sand ist von grünen Blättern leicht zu unterscheiden: er reflektiert und polarisiert Sonnenlicht fast gleichmäßig für alle Farben. Entsprechendes gilt für gelben Sand sowie gelbe Blätter usw. Grafik: S. Berdyugina

Prinzip der Nachweismethode. Ein grünes Blatt absorbiert einen großen Teil des roten, grünen und blauen Sonnenlichts (RGB). Einen Teil des infraroten Lichts (grau) lässt es durch, den größeren Teil reflektiert es. Das reflektierte Infrarotlicht ist nur schwach polarisiert. Dagegen ist das reflektierte RGB-Licht durch die Biopigmente stark polarisiert. Die Messung des Anteils polarisierten Lichts für die verschiedenen Farben liefert die Signatur der Biopigmente des Blatts. – Grüner Sand ist von grünen Blättern leicht zu unterscheiden: er reflektiert und polarisiert Sonnenlicht fast gleichmäßig für alle Farben. Entsprechendes gilt für gelben Sand sowie gelbe Blätter usw. Grafik: S. Berdyugina

Das von Pflanzen mit leuchtenden Farben reflektierte Licht hat eine Besonderheit: Es wird durch die Biopigmente polarisiert. Das heißt, das Licht schwingt nur in bestimmten Richtungen, während das einfallende Sonnenlicht in allen Richtungen schwingt. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass jedes Biopigment seine spezielle Signatur im Licht hinterlässt, je nach dem, wie es die einzelnen Farbanteile im Licht reflektiert.

Das Wissenschaftlerteam leitet Prof. Dr. Svetlana Berdyugina vom Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik an der Universität Freiburg und Gastwissenschaftlerin am NASA Astrobiology Institute auf Hawaii. Dazu gehören Jeff Kuhn, David Harrington und John Messersmith von der Universität von Hawaii sowie Tina Šantl-Temkiv of Aarhus von der Universität von Dänmark.

Biopigmente auf Alpha Centauri B?

Irdische Lebewesen verfügten entwicklungsgeschichtlich bereits früh über die Photosynthese und entsprechende Biopigmente. Ähnlich könnten auch Lebewesen auf Exoplaneten die Fähigkeit erlangt haben, das Licht ihres Sterns als Energiequelle zu nutzen. Sie könnten dort so häufig vorkommen wie Pflanzen auf der Erde.

Da das von Lebewesen mit Biopigmenten reflektierte Licht polarisiert ist, lässt es sich durch entsprechende Messungen nachweisen. Es lässt sich auch vom Licht unterscheiden, das von Mineralien, Ozeanwasser und der Atmosphäre reflektiert wird. Obwohl der Stern den Exoplaneten millionenfach überstrahlt, könnte das Licht der Biopigmente mit Polarisationsfiltern herausgefiltert werden. Denn das Licht des Sterns ist unpolarisiert. Nach weiterer Forschung sollen mit ähnlichen Messungen auch Mikroorganismen nachgewiesen werden können.

Unsere Nachbarsterne Alpha Centauri A und B mit ihren habitablen Zonen (grün). Sie erscheinen als Ellipsen, da die Planetenbahnen gegen unsere Sichtlinie geneigt sind. Ebenso erscheint die Distanz zwischen den Sternen verkürzt. Wenn sie Planeten (blau) in den habitablen Zonen besitzen, könnten dort photosynthetische Biopigmente mit den vorgeschlagenen Polarisationsmessungen nachgewiesen werden. Sterne und Planeten nicht maßstabsgerecht. 1 AU = Distanz Erde-Sonne. Grafik: S. Berdyugina

Unsere Nachbarsterne Alpha Centauri A und B mit ihren habitablen Zonen (grün). Sie erscheinen als Ellipsen, da die Planetenbahnen gegen unsere Sichtlinie geneigt sind. Ebenso erscheint die Distanz zwischen den Sternen verkürzt. Wenn Planeten (blau) in den habitablen Zonen kreisen, könnten dort photosynthetische Biopigmente mit den vorgeschlagenen Polarisationsmessungen nachgewiesen werden. Sterne und Planeten nicht maßstabsgerecht. 1 AU = Distanz Erde-Sonne. Grafik: S. Berdyugina

Diese Technik kann mit bereits existierenden Teleskopen auf unsere Nachbarsterne angewendet werden. Das ist insbesondere Alpha Centauri B als Teil des Doppelsterns Alpha Centauri. Der Stern ist etwa 4,3 Lichtjahre von uns entfernt. Alpha Centauri B ist etwas dunkler sowie masseärmer als die Sonne und erscheint optimal für die Suche nach außerirdischem Leben mit heutigen Teleskopen.

Für Alpha Centauri wurden in den letzen Jahren schwache Anzeichen eines kleinen Planeten entdeckt. Wenn er tatsächlich existiert, umkreist er seinen Stern wesentlich enger als Merkur die Sonne. Seine Oberfläche dürfte daher unter der Sternenhitze geschmolzen sein und besitzt vermutlich keine Atmosphäre. In der habitablen Zone des Sterns, also in dem Abstandbereich, wo erdähnliche Planeten mit flüssigem Wasser auf der Oberfläche kreisen könnten, wurde bisher noch kein Planet entdeckt. Aber die Suche geht weiter. Wenn solch ein Planet gefunden wird – oder sogar schon vorher – kann im Lichtspektrum von Alpha Centauri B mit der vorgeschlagenen Technik nach photosynthetischen Biosignaturen gesucht werden.

Alpha Centauri B und sein möglicher Planet in einer künstlerischen Darstellung.  Unten links strahlt Alpha Centauri A als zweiter Stern des Dreifachsternsystems. Grafik: ESO/L. Calçada/Nick Risinger (skysurvey.org) http://skysurvey.org Siehe hierzu den Blog-Beitrag Erdgroße Exoplaneten um Alpha Centauri B? Stand der Dinge.

Link

Svetlana V. Berdyugina, Jeff R. Kuhn, David M. Harrington, Tina Šantl-Temkiv and E. John Messersmith. Remote sensing of life: polarimetric signatures of photosynthetic pigments as sensitive biomarkers. International Journal of Astrobiology, available on CJO2015. doi:10.1017/S1473550415000129
http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9704684

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