Eine "unbequeme Wahrheit über Biosignaturen" verkünden drei Astrophysiker laut Titel ihres Papers: Das vermeintlich beste Verfahren, um belebte Planeten zu finden, ist mehr oder weniger unbrauchbar. Dies schreiben David Spiegel vom Institute of Advanced Study in Princeton und Kollegen. Ein einleuchtendes, aber bislang übersehenes Szenario mache Forschern einen Strich durch die Rechnung.

Dabei schien alles so einfach: Um zu überprüfen, ob ein Planet außerhalb des Sonnensystems, ein Exoplanet, belebt ist, wollen Astronomen die chemische Zusammensetzung seiner Atmosphäre untersuchen. Wie viel sie von welchem Stoff enthält, verrät ihr Lichtspektrum, das sich bereits mit Weltraumteleskopen der kommenden Generation genau genug ermitteln lassen müsste.

Und darin hofften Forscher eine vermeintlich untrügliche Lebensspur – eine Biosignatur – zu finden: das Vorhandensein zweier Stoffe, die in einem ungewöhnlichen Mengenverhältnis zueinander stehen. Genauer gesagt, in einem Mengenverhältnis, das auf ein Ungleichgewicht hindeutet.

Es entsteht mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nur dann, wenn Lebewesen mit ihrem aktiven Stoffwechsel das Verhältnis der Stoffe verändern. Auf einem unbelebten Planeten dagegen pendeln sich die beiden Substanzen in ein natürliches Gleichgewicht ein. Als Beispiele für derartige Stoffe nennen die Forscher molekularen Sauerstoff (O₂) und Methan (CH₄).

Exomonde machen Probleme

Doch das Problem seien Monde, sagen nun Spiegel und Kollegen. Hat der fragliche Exoplanet einen Begleiter mit eigener Atmosphäre, verschmelzen die Spektren beider Himmelskörper. In diesem Fall sei es unmöglich zu sagen, ob beispielsweise der Planet selbst ein ungewöhnliches Sauerstoff-Methan-Verhältnis aufweist – oder ob ein sauerstoffreicher Exoplanet (ähnlich der Erde) von einem methanreichen Exoplaneten (ähnlich dem Saturnmond Titan) umrundet wird. Welche Substanzen zum Test herangezogen würden, sei unerheblich – das Problem bleibe bestehen.

Um zwischen beiden Fällen zu unterscheiden, bräuchte es ein Teleskop, das um Längen besser sei als alles, was für die kommenden Jahrzehnte in Planung ist, so die Forscher. Auch um die Anwesenheit von Monden auszuschließen, benötigte man ähnlich futuristische Geräte. Nur in bestimmten Glücksfällen, etwa wenn sich der Exoplanet sehr nah an der Erde befindet – in höchstens 32 Lichtjahren Entfernung – lasse sich zwischen dem Spektrum des Mondes und des Planeten trennen. Spiegel und Kollegen empfehlen daher zu erforschen, ob es nicht Biosignaturen gibt, die nur auf dem Vorhandensein eines einzigen Stoffes beruhen.

Um nachzuweisen, dass sich die Spektren tatsächlich vermischen, generierten die Autoren synthetische Spektren von Exoplaneten und -monden und berechneten, wie sie sich in einem idealisierten Teleskop darstellen würden. Das von ihnen beschriebene Szenario bezieht sich vorrangig auf die so genannten Zwillingserden, also erdähnlichen Exoplaneten, die am ehesten als lebensfreundliche Orte im All gelten. Auf den deutlich größeren Supererden oder Planeten um masseärmere Sterne dürfte sich die klassische Zwei-Substanzen-Biosignatur dagegen leichter ausmachen lassen.