Das von extrasolaren Planeten reflektierte Sternlicht könnte helfen, mehr über die Atmosphäre und Oberfläche von fernen Welten zu erfahren. Das zeigen nun Michael Sterzik von der Europäischen Südsternwarte ESO in Santiago, Chile, und seine Kollegen – vorerst allerdings an unserem Heimatplaneten. Mit ihrer Methode konnten sie den Anteil der Bewölkung, Meeresoberfläche und Vegetation auf der Sonnenseite der Erde bestimmen.

Mit dem Very Large Telescope in Chile untersuchten die Wissenschaftler den so genannten Erdschein – Sonnenlicht, das zunächst von der Erde zum Mond und dann wieder zurück zur Erde reflektiert wird. Das beobachtete Lichtspektrum weist unter anderem charakteristische Absorptionslinien von Sauerstoff, Ozon und Wasser auf, die etwas über die Eigenschaften von Wolken und Aerosolen in der Atmosphäre verraten. Bestimmte Kombinationen von Gasen in der Erdatmosphäre gelten dagegen als Indikatoren für organisches Leben auf dem Planeten. Zudem reflektieren Ozeane, Vegetationszonen und karge Gebiete wie Wüsten, Eisflächen oder Tundra das Licht in unterschiedlicher Weise.

Um solche Signaturen verlässlich aufzuspüren, werteten die Forscher um Sterzik nicht nur die Intensität des Lichts in verschiedenen Frequenzbereichen aus, sondern auch dessen Polarisationsgrad. Diese Methode bringt insbesondere Vorteile bei extrasolaren Planeten, da sich das zurückgeworfene Licht so vom hellen Schein des Muttersterns unterscheiden lässt: "Während das von einem Planeten reflektierte Licht polarisiert ist, ist das Licht des Zentralsterns unpolarisiert", erläutert Koautor Stefano Bagnulo vom Armagh Observatory in Nordirland.

Die Wissenschaftler verglichen ihre Beobachtungsdaten mit theoretischen Modellen, die den Einfluss von Wolken, Meeresoberfläche und der Vegetation auf die Polarisation beschreiben. Tatsächlich wiesen Sterzik und sein Team mit dieser Methode nach, dass die Erdatmosphäre wechselnd bewölkt, ein Teil der Erdoberfläche von Ozeanen bedeckt und Vegetation vorhanden ist. Sie stellten sogar Veränderungen in der Wolkendecke und Vegetation zu verschiedenen Zeiten fest, wenn jeweils verschiedene Erdteile das Licht in Richtung des Mondes reflektierten. Ihre Messungen seien empfindlich genug, um Vegetationszonen zu nachzuweisen, die weniger als zehn Prozent des Planeten ausmachen.

Prinzipiell sollte sich dieser Ansatz auch auf Polarisationsspektren von erdähnlichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems anwenden lassen. Allerdings müssen die zugrunde liegenden theoretischen Modelle vorher noch verbessert und validiert werden, schreiben die Autoren. Dann könne die Spektropolarimetrie womöglich zeigen, ob auch anderswo im Universum einfaches pflanzliches Leben – basierend auf Photosyntheseprozessen – entstanden ist.