Woher wissen wir, ob es Leben auf der Erde gibt? Ich habe dieses kühne Experiment entdeckt

Es begann so, wie viele Entdeckungen beginnen, und weckte die Neugier im Hinterkopf eines Menschen. Diese Person war der Astronom und Kommunikator Carl Sagan. Was das Boot begeisterte, war die Flugbahn der NASA-Raumsonde Galileo, die im Oktober 1989 startete und als erste den Jupiter umkreiste. Das Ergebnis war ein Artikel in Natur Diese Woche vor 30 Jahren veränderte es die Art und Weise, wie Wissenschaftler über die Suche nach Leben auf anderen Planeten dachten.

Die Gelegenheit ergab sich aus einem tragischen Unfall. Fast vier Jahre vor Galileos Start, im Januar 1986, explodierte die Raumfähre Challenger kurz nach dem Start und tötete sieben Menschen. Die NASA hat ihre Pläne, Galileo mit einer Flüssigkeitsrakete an Bord eines anderen Space Shuttles auf die Überholspur zum Jupiter zu schicken, abgesagt. Stattdessen wurde die Sonde sanfter gestartet als ein umlaufendes Shuttle, wobei die Missionsingenieure sie um Venus und Erde herum schleuderten, damit sie die Gravitationsschübe erhielt, die sie bis zum Jupiter katapultieren würden.

Am 8. Dezember 1990 sollte Galileo an der Erde vorbeifliegen, nur 960 Kilometer über der Erdoberfläche. Aus dem Kitzeln wurde ein Juckreiz, den Sagan kratzen musste. Er sprach mit der NASA darüber, die Instrumente der Raumsonde auf unseren Planeten auszurichten. Der daraus resultierende Artikel trug den Titel „Die Suche nach Leben auf der Erde mit der Raumsonde Galileo“.¹.

Aussenansicht

Wir sind in der einzigartigen Lage zu wissen, dass Leben auf der Erde existiert. Unser Zuhause zu testen, um zu testen, ob wir dies aus der Ferne erkennen konnten, war damals ein außergewöhnlicher Vorschlag, als man nur sehr wenig über die Umgebungen wusste, in denen Leben gedeihen konnte. „Es ist wie eine Science-Fiction-Geschichte, verpackt in einer Forschungsarbeit“, sagt David Grinspoon, Chefwissenschaftler für Astrobiologie-Strategie am NASA-Hauptquartier in Washington, D.C. „Stellen wir uns vor, wir sehen die Erde zum ersten Mal.“

Dies geschah zu einer Zeit, als die Suche nach Leben anderswo im Sonnensystem zurückging. US-amerikanische und sowjetische Robotermissionen in den 1960er und 1970er Jahren zeigten, dass die Venus – die einst als Zufluchtsort für außerirdische Organismen galt – unter ihren dicken Kohlendioxidwolken extrem heiß war. Der Mars ist übersät mit „Bewässerungskanälen“, die der Fantasie der Astronomen entsprungen sind²Es schien ein unfruchtbares Land zu sein. Im Jahr 1990 wusste noch niemand etwas über die vergrabenen Ozeane auf dem Jupitermond Europa, eine Entdeckung, die Galileo später machte.³ – Oder auf dem Saturnmond Enceladus, die beide heute als potenzielle Wiegen für außerirdisches Leben gelten.

Noch wichtiger ist, dass Sagan und seine Mitarbeiter bei der Entdeckung von Leben einen bewusst agnostischen Ansatz verfolgten, sagt die Astrobiologin Lisa Kaltenegger, die das Carl Sagan Institute an der Cornell University in Ithaca, New York, leitet. „Natürlich möchte er, wie alle Wissenschaftler, Leben finden“, sagt sie. „Aber er sagt: ‚Lasst uns diesen Wunsch annehmen und vorsichtiger sein, denn wir wollen ihn finden.‘ Die Existenz von Leben war, wie es in der Zeitung heißt, eine „Hypothese des letzten Auswegs“, um zu erklären, was Galileo beobachtete.

Aber trotz dieses Schleiers des Zweifels gelang es der Raumsonde, dies zu erreichen. Hochauflösende Bilder von Australien und der Antarktis, die während des Überflugs von Galileo aufgenommen wurden, zeigten keine Anzeichen einer Zivilisation. Galileo maß jedoch Sauerstoff und Methan in der Erdatmosphäre und ermittelte Verhältnisse, die auf ein durch lebende Organismen verursachtes Ungleichgewicht hindeuteten. Es entdeckte einen scharfen Anstieg im Infrarotspektrum des vom Planeten reflektierten Sonnenlichts, einen deutlichen „roten Rand“, der auf das Vorhandensein von Vegetation hinweist. Es nahm die von der Oberfläche kommende Funkübertragung auf und bearbeitete sie, als wäre sie konstruiert worden. „Es gibt starke Argumente dafür, dass die Signale von einer intelligenten Lebensform auf der Erde erzeugt werden“, schrieb Sagans Team frech.

Starke Kontrolle

Karl Zemlis, jetzt Chefredakteur von Physical Sciences bei NaturEr trat als Juniorredakteur an die Zeitung heran. Er sagt, es sei immer noch eines seiner Lieblingsmagazine und eines der am schwierigsten zu bekommenden. Die redaktionelle Zustimmung zu dem Papier war alles andere als einstimmig, da darin nichts Neues klar beschrieben wurde. Laut Zimlis war dies jedoch größtenteils nebensächlich. „Es war ein unglaublich wirkungsvolles Kontrollexperiment für etwas, das damals noch nicht auf dem Radar vieler Menschen war“, sagt er.

„Obwohl die Antwort bekannt war, hat sie die Art und Weise, wie wir über die Antwort nachdachten, grundlegend verändert“, sagt Kaltenegger. Nur indem sie einen Schritt zurücktreten und die Erde als einen Planeten wie jeden anderen betrachten – der vielleicht Leben beherbergt, vielleicht auch nicht –, können Forscher anfangen, eine wirkliche Perspektive auf unseren Platz im Universum und die Möglichkeit zu bekommen, dass Leben anderswo existiert, sagt sie.

Angesichts der Entwicklungen, die seit Galileis Flug stattgefunden haben, gewinnt dies an Bedeutung. Im Jahr 1990 waren außer der Sonne keine Planeten bekannt, die andere Sterne umkreisten. Es dauerte weitere zwei Jahre, bis Astronomen endgültig bekannt gaben, dass der erste „Exoplanet“ einen rotierenden toten Stern namens Pulsar umkreist.⁴Und noch drei Jahre, bis sie gefunden wurden⁵ Der erste umkreist einen sonnenähnlichen Stern, 51 Pegasi. Heute kennen Wissenschaftler mehr als 5.500 Exoplaneten, von denen einige allen Elementen im Sonnensystem ähneln. Sie reichen von „Supererden“ mit seltsamer Geologie und „Mini-Neptunen“ mit gasförmigen Atmosphären bis hin zu „heißen Jupitern“, riesigen Planeten, die ihre glühenden Sterne in der Nähe umkreisen.

Als Sagan und seine Kollegen Galileo auf die Erde richteten, erfanden sie einen wissenschaftlichen Rahmen für die Suche nach Lebenszeichen auf diesen anderen Welten, ein Rahmen, der seitdem jede Suche nach solchen Biosignaturen durchdringt. Kaltenegger gibt ihren Schülern immer noch Sagans Arbeit, um ihnen zu zeigen, wie es geht. Das Leben sei die letzte und nicht die erste Schlussfolgerung, die man zieht, wenn man auf einem anderen Planeten etwas Ungewöhnliches sieht, sagt sie ihnen. Außerordentliche Ansprüche erfordern außergewöhnliche Beweise.

Die richtige Mischung fürs Leben

Diese Lektion könnte heute nicht relevanter sein, da Wissenschaftler am Rande möglicherweise revolutionärer und möglicherweise zutiefst beunruhigender Entdeckungen stehen, die das leistungsstarke James Webb Space Telescope (JWST) gemacht hat. Das Teleskop hat gerade mit der Fernerkundung der Atmosphären Dutzender Exoplaneten begonnen und sucht nach der gleichen Art von chemischem Ungleichgewicht, das Galileo in der Erdatmosphäre beobachtet hat. Sie beginnen bereits, erste Hinweise auf Biosignaturen zu enthüllen, die Wissenschaftler und die Öffentlichkeit in die Irre führen könnten.

Beispielsweise hat das James-Webb-Weltraumteleskop Methan in der Atmosphäre von mindestens einem Planeten nachgewiesen. Dieses Gas ist ein starkes Zeichen für Leben auf der Erde, kann aber auch von Vulkanen stammen und erfordert kein Leben, um zu existieren. Sauerstoff erregt die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler, da der größte Teil davon durch Leben auf der Erde erzeugt wird, aber auch durch Licht spaltende Wassermoleküle oder Kohlendioxid entstehen kann. Das Finden der richtigen Mischung aus Methan und Sauerstoff könnte darauf hindeuten, dass Leben auf einem anderen Planeten existiert, aber dieser Planet müsste sich in einer gemäßigten Region befinden, weder zu heiß noch zu kalt. Die richtige Mischung lebenserhaltender Inhaltsstoffe in einer lebensfreundlichen Umgebung zu finden, sei schwierig, sagt Kaltenegger.

Gleiches gilt für ein weiteres interessantes Gemisch atmosphärischer Gase. Erst letzten Monat berichteten Astronomen, die Daten des James Webb-Weltraumteleskops untersuchten, über den Fund von Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre eines großen Exoplaneten namens K2-18 b. Sie vermuteten, dass die Oberfläche des Planeten von Wassermeeren bedeckt sein könnte, und deuteten auf rätselhafte Entdeckungen von Dimethylsulfid hin, einer Verbindung, die aus Phytoplankton und anderen Organismen auf die Erde kommt.⁶.

Die Schlagzeilen waren wild, als in den Nachrichten über mögliche Lebenszeichen auf K2-18 b berichtet wurde. Ganz zu schweigen davon, dass das Vorhandensein von Dimethylsulfid mit geringer Sicherheit gemeldet wurde und einer weiteren Validierung bedarf. Außerdem wurde auf diesem Planeten praktisch kein Wasser entdeckt. Selbst wenn Wasser existiert, kann es sich in einem Ozean befinden, der so tief ist, dass es alle geologischen Aktivitäten unterdrückt, die eine gemäßigte Atmosphäre aufrechterhalten könnten.

Beweisbau

Solche Herausforderungen veranlassten Jim Green, ehemaliger Chefwissenschaftler der NASA, im Jahr 2021 einen Rahmen für die Meldung von Beweisen für außerirdisches Leben vorzuschlagen.⁷. Eine progressive Skala, beispielsweise von eins bis sieben, könne dabei helfen, den Grad der Beweise für Leben in einer bestimmten Entdeckung zu vermitteln, sagt er. Vielleicht haben Sie ein Signal, das durch biologische Aktivität verursacht werden könnte, was nur ein Häkchen auf der Skala wäre. Sie müssen mehrere weitere Schritte durchlaufen, wie z. B. den Ausschluss einer Kontamination und den Erhalt eines unabhängigen Beweises für die Stärke dieses Signals, bevor Sie Level 7 erreichen und eine tatsächliche Entdeckung außerirdischen Lebens nachweisen können.

Es kann lange dauern. Ein Teleskop könnte in der Lage sein, ein interessantes Molekül zu riechen, und Wissenschaftler könnten darüber diskutieren. Möglicherweise wird ein weiteres Teleskop gebaut, um den Kontext der Beobachtung zu bestimmen. Jeder Beweisstein muss übereinander gelegt werden, jede Mörtelschicht muss durch die Argumente, Zweifel und den Agnostizismus vieler, vieler Gelehrter vermischt werden. Dies beruht auf der Annahme, dass das Leben in einer anderen Welt dem Leben auf der Erde ähnelt. Diese Annahme liegt den Schlussfolgerungen zugrunde, die aus Galileos Beobachtungen gezogen werden. „Die Unsicherheit kann Jahre oder Jahrzehnte andauern“, sagt Greenspun. Sagan, der 1996 starb, hätte es geliebt.

Im selben Jahr, in dem Galileo die Erde beobachtete, überzeugte Sagan die NASA, ein weiteres Raumschiff in eine Richtung zu lenken, die die Agentur nicht geplant hatte. Als Voyager 1 auf dem Weg aus dem Sonnensystem an Neptun vorbeikam, richtete es seine Kameras wieder auf die Erde und machte ein Bild eines kleinen Flecks, der im Sonnenstrahl leuchtete. Das war’s Bild des berühmten hellblauen Punkts Was Sagan in seinem Buch von 1994 zum Nachdenken inspirierte Blass-blauer Punkt: „Das ist hier. Das ist unser Zuhause. Das sind wir.“

Dieses helle, fragile Pixel hat die Art und Weise verändert, wie sich die Menschheit ihren Platz im Universum vorstellt. Auch Galileos Nutzung der Suche nach Leben auf der Erde könne, sagt Kaltenegger: „So können wir unseren blassblauen Punkt als Vorbild für die Suche nach Leben auf anderen Planeten nutzen.“