Möglicher Nachweis von Leben auf Exoplanet K2-18b: James-Webb-Teleskop liefert spektakuläre Daten
Die Suche nach außerirdischem Leben hat einen möglichen Wendepunkt erreicht: Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat auf dem Exoplaneten K2-18b eine Gasmischung entdeckt, die auf biologische Prozesse hinweist. Sollte sich der Nachweis bestätigen, wäre dies der erste direkte Hinweis auf Leben außerhalb der Erde.
Der Planet K2-18b im Überblick
K2-18b ist ein sogenannter Sub-Neptun, etwa 2,6-mal so groß wie die Erde und rund 8,6-mal so massiv. Der Planet liegt rund 124 Lichtjahre entfernt im Sternbild Löwe. Er wurde ursprünglich vom Kepler-Teleskop entdeckt und kreist in der habitablen Zone um einen Roten Zwergstern. Die Umlaufzeit beträgt 33 Tage. Das Sternsystem ist etwa 2,4 Milliarden Jahre alt.
Seit 2019 ist K2-18b ein Fokus der Exoplanetenforschung, nachdem Wasser in seiner Atmosphäre nachgewiesen wurde. Nun hat das JWST weitere Gase identifiziert, die Leben nahelegen.
Der Planet hätte mit seiner erheblich größeren Masse auch eine deutlich höhere Schwerkraft als die Erde. Dies wirkt sich nachteilig auf die Entstehung höheren Lebens aus – allerdings nicht auf bakterielles Leben. Da die Vermutung naheliegt, dass es sich wie bei der Erde um einen Wasserplaneten handeln könnte, wäre höheres aquatisches Leben auf K2-18b vorstellbar.
Atmosphärische Analyse mit James-Webb-Weltraumteleskop
2023 entdeckten Forscher mit den Instrumenten NIRSpec und NIRISS des JWST in der Atmosphäre von K2-18b Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4). Beide Gase können zwar biologisch entstehen, haben aber auch geochemische Ursprüngen. Der wahre Durchbruch war jedoch die mögliche Identifikation von Dimethylsulfid (DMS) durch das MIRI-Instrument. DMS ist auf der Erde nur als Nebenprodukt biologischer Prozesse bekannt, insbesondere aus marinem Phytoplankton.
Der aktuelle Nachweis liegt bei drei Sigma, was statistisch einer Wahrscheinlichkeit von 99,7 % entspricht, dass das Signal kein Zufall ist. Die Wissenschaft strebt jedoch einen Wert von fünf Sigma an, um von einem belastbaren Nachweis zu sprechen (Wahrscheinlichkeit von 99,99994 %).
Die Wiederholung der Messungen zu einem späteren Zeitpunkt mit dem unabhängigen JWST-Instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) stärkt die Plausibilität erheblich, da es sich um eine völlig andere Beobachtungstechnologie handelt und somit um eine unabhängige Bestätigung des Signals.
Wir sind uns also sehr sicher, ein Gas gefunden zu haben, das soweit bekannt nur von Organismen erzeugt werden kann.
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Was ist ein Hycean-Planet?
K2-18b ist möglicherweise ein Vertreter einer hypothetischen Planetenklasse: dem Hycean-Planeten. Diese bestehen aus einem globalen Ozean unter einer wasserstoffreichen Atmosphäre. Solche Bedingungen könnten Mikroben ähnlich dem irdischen Phytoplankton begünstigen.
Die Konzentration der biologisch relevanten Gase ist auf K2-18b rund 20-mal höher als auf der Erde. Das entspricht theoretischen Vorhersagen für belebte Hycean-Welten. Der Mangel an Sauerstoff deutet allerdings darauf hin, dass kein photosynthetisches Leben wie auf der Erde vorhanden ist – ein Umstand, der ebenfalls zum Alter des Systems passt.
Herausforderungen bei der Interpretation
Trotz aller Euphorie ist Vorsicht geboten. Möglicherweise gibt es bislang unbekannte, nicht-biologische Prozesse, die DMS erzeugen könnten. Auch bleibt offen, ob K2-18b wirklich eine wasserreiche Welt oder doch ein Mini-Neptun mit dicker Gashülle ist. Sollte Letzteres der Fall sein, wären geochemische Erklärungen noch schwieriger.
Ein weiteres Hindernis für komplexes Leben ist die hohe Oberflächengravitation. Mit dem rund Neunfachen der Erdanziehungskraft wäre es für größere Lebewesen kaum möglich, sich zu entwickeln oder technologisch aktiv zu werden. Ein durchschnittlicher Mensch würde auf diesem Planeten rund 630 Kilogramm wiegen.
Auswirkungen auf die Astrobiologie
Sollte der Nachweis des Gases DMS abschließend bestätigt werden, hätte das weitreichende Folgen:
- Bewohnbarkeit von Roten Zwergen: K2-18b umkreist einen Roten Zwerg (einen Stern der Spektralklasse M, auch M-Typ genannt). Diese Sterne machen 73 % aller Sterne in der Milchstraße aus. Ihre grundsätzliche Eignung für belebte Planeten würde damit bestätigt.
- Häufigkeit von Leben: Wenn ein Planet in nur 124 Lichtjahren Entfernung Hinweise auf Leben zeigt, würde dies implizieren, dass mikrobielles Leben im Universum weit verbreitet ist.
- Fermi-Paradoxon: Wenn viele belebte Planeten Ozeanwelten mit hoher Gravitation sind, erklärt das womöglich, warum es keine raumfahrenden Zivilisationen gibt: Sie sind schlicht gefangen in ihrer Umwelt.
Schlussbetrachtung
Der Fall K2-18b ist derzeit der aussichtsreichste Kandidat für eine Biosphäre jenseits der Erde, der je entdeckt wurde. Die Ergebnisse des JWST sind bemerkenswert, aber noch nicht abschließend. Sollte der Nachweis von Dimethylsulfid bestätigt werden, wäre dies eine wissenschaftliche Sensation mit potenziellem Nobelpreischarakter. Bestätigt sich das Szenario einer belebten Ozeanwelt, wäre der Kosmos nicht nur voller Sterne – sondern auch voller Leben.
Können wir K2-18b besuchen?
Mit Roboterdrohnen könnten wir das sehr wohl. Lasergetriebene Lichtsegelsonden erreichen Geschwindigkeiten, mit denen man K2-18b in realistischer Zeit erreichen kann. Solche Sonden könnten theoretisch bis zu 20 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen. Für eine Strecke von 124 Lichtjahren würde eine solche Sonde somit rund 620 Jahre benötigen. Wissenschaftlich ist das weniger herausfordernd, als man denkt, da wir die gesamte Technologie bereits entwickelt haben. Ingenieure stünden allerdings vor einigen Herausforderungen, da man hierzu einen Atomreaktor auf unserem atmosphärelosem Mond errichten müsste, der ein riesiges Laser-Array betreibt. Dieses würde die Lichtsegeldrohnen anschieben, sobald sie weit genug entfernt sind, dass der Lichtdruck unserer Sonne keinen Schub mehr liefert.
Das klingt heutzutage nach einem unmöglich langfristigen Projekt, aber der Bau des Kölner Doms hat länger gedauert.
Nach 70 Jahren Raumfahrt ist es an der Zeit, dass wir unser System verlassen – und K2-18b wäre ein gutes Ziel.
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