Die Teleskoptechnologie schreitet schnell voran, da immer größere Instrumente gebaut werden. Wenn es dort Leben gibt, werden wir es erkennen? Forscher des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und der NASA haben eine Liste von Epochen in der Geschichte der Erdatmosphäre entwickelt, die mit diesem Instrument sichtbar werden könnten. Von den frühesten Zeiten an, als das Leben in unserer gegenwärtigen, sauerstoff- / stickstoffreichen Atmosphäre auftauchte.
Es ist nur eine Frage der Zeit, bis Astronomen einen erdgroßen Planeten finden, der einen entfernten Stern umkreist. Wenn sie dies tun, werden die ersten Fragen gestellt: Ist es bewohnbar? Und was noch wichtiger ist: Gibt es bereits Leben darauf? Um Hinweise auf die Antworten zu erhalten, suchen Wissenschaftler nach ihrem Heimatplaneten Erde.
Die Astronomen Lisa Kaltenegger vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und Wesley Traub vom Jet Propulsion Laboratory und CfA der NASA schlagen vor, die atmosphärische Geschichte der Erde zu nutzen, um andere Planeten zu verstehen.
"Gute Planeten sind schwer zu finden", sagte Kaltenegger. "Unsere Arbeit liefert die Wegweiser, nach denen Astronomen suchen werden, wenn sie wirklich erdähnliche Welten untersuchen."
Geologische Aufzeichnungen zeigen, dass sich die Erdatmosphäre in den letzten 4,5 Milliarden Jahren dramatisch verändert hat, teilweise aufgrund von Lebensformen, die sich auf unserem Planeten entwickeln. Kaltenegger und Traub kartieren, welche Gase die Erdatmosphäre während ihrer Geschichte umfassten, und schlagen vor, dass Wissenschaftler durch die Suche nach einer ähnlichen Zusammensetzung der Atmosphäre auf anderen Welten feststellen können, ob auf diesem Planeten Leben ist und wenn ja, in welchem Evolutionsstadium dieses Lebens. Das Forschungspapier, das ihre Arbeit beschreibt, ist online unter http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398 verfügbar.
Bisher wurden alle extrasolaren Planeten indirekt untersucht, indem beispielsweise überwacht wurde, wie ein Wirtsstern wackelt, wenn die Schwerkraft des Planeten daran zieht. Nur vier extrasolare Planeten wurden direkt entdeckt und es handelt sich um massive Jupiter-große Welten. Die Atmosphäre einer dieser Welten wurde von einem anderen CfA-Wissenschaftler, David Charbonneau, mit dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA entdeckt. Die nächste Generation weltraumgestützter Missionen wie der Terrestrial Planet Finder (TPF) der NASA und Darwin der ESA können nahegelegene erdgroße Welten direkt untersuchen.
Astronomen möchten insbesondere die sichtbaren und infraroten Spektren entfernter terrestrischer Planeten beobachten, um mehr über ihre Atmosphäre zu erfahren. Bestimmte Gase hinterlassen Signaturen im Spektrum eines Planeten, wie Fingerabdrücke oder DNA-Marker. Durch das Erkennen dieser Fingerabdrücke können Forscher die Zusammensetzung einer Atmosphäre kennenlernen und sogar auf das Vorhandensein von Wolken schließen.
Heute besteht die Erdatmosphäre aus etwa drei Vierteln Stickstoff und einem Viertel Sauerstoff, wobei ein geringer Prozentsatz anderer Gase wie Kohlendioxid und Methan vorhanden ist. Vor vier Milliarden Jahren war jedoch kein Sauerstoff vorhanden. Die Erdatmosphäre hat sich in sechs verschiedenen Epochen entwickelt, die jeweils durch einen bestimmten Gasmix gekennzeichnet sind. Mithilfe eines von Traub und CfA-Kollegen Ken Jucks entwickelten Computercodes modellierten Kaltenegger und Traub jede der sechs Epochen der Erde, um zu bestimmen, welche spektralen Fingerabdrücke ein entfernter Beobachter sehen würde.
"Indem wir die Vergangenheit der Erde studieren, können wir etwas über den gegenwärtigen Zustand anderer Welten lernen", erklärte Traub. "Wenn ein extrasolarer Planet mit einem Spektrum gefunden wird, das einem unserer Modelle ähnelt, könnten wir möglicherweise den geologischen Zustand dieses Planeten, seine Bewohnbarkeit und den Grad der Entwicklung des Lebens auf ihm charakterisieren."
Um diese Zeiträume oder „Epochen“ besser zu verstehen und in die richtige Perspektive zu rücken, kann man die 4,5-Milliarden-Jahre-Geschichte der Erde auf ein Jahr reduzieren und Daten ab dem 1. Januar - dem Datum, an dem sich die Erde gebildet hat - anhängen.
EPOCH 0 - 12. Februar
In Epoche 0 (vor 3,9 Milliarden Jahren) besaß die junge Erde eine turbulente, dampfende Atmosphäre, die hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff bestand. Die Tage waren kürzer und die Sonne wurde dunkler und schien wie eine rote Kugel durch unseren orangefarbenen, ziegelfarbenen Himmel. Der eine Ozean, der unseren gesamten Planeten bedeckte, war ein schlammiges Braun, das die Bombardierung durch ankommende Meteore und Kometen absorbierte. Kohlendioxid hat dazu beigetragen, unsere Welt zu erwärmen, da die Säuglingssonne ein Drittel weniger leuchtend war als heute. Obwohl aus dieser Zeit keine Fossilien überlebt haben, sind möglicherweise Isotopensignaturen des Lebens in grönländischen Gesteinen zurückgeblieben.
EPOCH 1 - 17. März
Vor ungefähr 3,5 Milliarden Jahren (Epoche 1) waren in der Planetenlandschaft vulkanische Inselketten zu sehen, die aus dem riesigen globalen Ozean ragten. Das erste Leben auf der Erde waren anaerobe Bakterien - Bakterien, die ohne Sauerstoff leben könnten. Diese Bakterien pumpten große Mengen Methan in die Atmosphäre des Planeten und veränderten es auf nachweisbare Weise. Wenn ähnliche Bakterien auf einem anderen Planeten existieren, könnten zukünftige Missionen wie TPF und Darwin ihren Fingerabdruck in der Atmosphäre erkennen.
EPOCH 2 - 5. Juni
Vor etwa 2,4 Milliarden Jahren (Epoche 2) erreichte die Atmosphäre ihre maximale Methankonzentration. Die dominierenden Gase waren Stickstoff, Kohlendioxid und Methan. Kontinentale Landmassen begannen sich zu bilden. Blaualgen begannen große Mengen Sauerstoff in die Atmosphäre zu pumpen. Große Veränderungen standen bevor.
"Es tut mir leid, die ersten Anzeichen von E.T. wird wahrscheinlich keine Radio- oder Fernsehsendung sein; Stattdessen könnte es Sauerstoff aus Algen sein “, beklagte Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16. Juli
Vor zwei Milliarden Jahren (Epoche 3) haben diese ersten photosynthetischen Organismen das Gleichgewicht der Atmosphäre dauerhaft verändert - sie produzierten Sauerstoff, ein hochreaktives Gas, das einen Großteil des Methans und Kohlendioxids ausräumte und gleichzeitig die anaeroben, methanproduzierenden Bakterien erstickte. Auf diese Weise erhielt die Atmosphäre des Planeten ihren ersten freien Sauerstoff. Die Landschaft war jetzt flach und feucht. Mit Vulkanen in der Ferne rauchten leuchtend gefärbte Pools aus grünlich-braunem Schaum auf dem stinkgefüllten Wasser. Die Sauerstoffrevolution war voll im Gange.
„Die Einführung von Sauerstoff war katastrophal für das damals vorherrschende Leben auf der Erde. es hat es vergiftet «, sagte Traub. "Gleichzeitig ermöglichte es ein vielzelliges Leben, einschließlich des menschlichen Lebens."
EPOCH 4 - 13. Oktober
Vor 800 Millionen Jahren trat die Erde in die 4. Epoche ein, wobei der Sauerstoffgehalt weiter anstieg. Diese Zeitspanne fällt mit der heutigen „kambrischen Explosion“ zusammen. Die Kambrienzeit, die vor 550 bis 500 Millionen Jahren begann, ist ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte des Lebens auf der Erde: Es ist die Zeit, in der die meisten großen Tiergruppen erstmals in den Fossilienbeständen auftauchen. Die Erde war jetzt mit Sümpfen, Meeren und einigen aktiven Vulkanen bedeckt. Die Ozeane verbanden sich mit dem Leben.
EPOCH 5 - 8. November
Schließlich hatte sich vor 300 Millionen Jahren in Epoche 5 das Leben von den Ozeanen an Land verlagert. Die Erdatmosphäre hatte ihre derzeitige Zusammensetzung hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff erreicht. Dies war der Beginn des Mesozoikums, zu dem auch die Dinosaurier gehörten. Die Landschaft sah an einem Sonntagnachmittag aus wie im Jurassic Park.
6. EPOCH - 31. Dezember (11:59:59)
Die faszinierende Frage bleibt: Wie würde Epoche 6, die Zeitspanne, die Menschen heute einnehmen, aussehen? Könnten wir die verräterischen Anzeichen fremder Technologien auf fernen Welten erkennen?
Könnten wir die spektralen Fingerabdrücke dieser Nebenprodukte auf anderen Welten identifizieren, da unter Wissenschaftlern allgemeiner Konsens darüber besteht, dass menschliche Aktivitäten die Erdatmosphäre durch die Eingabe von Kohlendioxid und Gasen wie Freon verändert haben? Obwohl erdumlaufende Satelliten und Ballonexperimente diese Veränderungen hier zu Hause messen können, übersteigt die Erkennung ähnlicher Effekte auf eine ferne Welt sogar die Möglichkeiten kommender Programme wie Terrestrial Planet Finder und Darwin. Es werden gigantische Flottillen zukünftiger weltraumgestützter Infrarot-Teleskope erforderlich sein, um diese Messungen durchführen zu können.
"So entmutigend diese Herausforderung auch klingt", sagte Kaltenegger, "ich glaube, wir werden in den nächsten Jahrzehnten wissen, ob unsere kleine blaue Welt ganz allein im Universum ist oder ob es Nachbarn gibt, die darauf warten, uns zu treffen."
Diese Forschung wurde von der NASA finanziert.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge, Massachusetts, ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. CfA-Wissenschaftler, die in sechs Forschungsabteilungen unterteilt sind, untersuchen den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Originalquelle: CfA-Pressemitteilung
