Im Jahr 2020 entdeckten Wissenschaftler ein Gas namens Phosphin in der Atmosphäre eines erdgroßen Gesteinsplaneten. Da sie wissen, dass Phosphin nur durch biologische Prozesse hergestellt werden kann, „behaupten sie, dass etwas, das jetzt lebt, die einzige Erklärung für die Quelle der Chemikalie ist“, so die Wissenschaftler New York Times gemeldet. Was „Biosignaturgase“ betrifft, schien das Phosphin ein Volltreffer zu sein.

Bis es nicht mehr der Fall war.

Der Planet war die Venus, und die Behauptung über eine mögliche Biosignatur am Venushimmel ist auch Jahre später immer noch umstritten. Wissenschaftler sind sich nicht einig, ob Phosphin dort überhaupt vorhanden ist, geschweige denn, ob es ein starker Beweis für eine außerirdische Biosphäre auf unserem Zwillingsplaneten wäre.

Was für die Venus schwierig war, wird für Exoplaneten, die viele Lichtjahre entfernt sind, nur noch schwieriger sein.

Das 2021 gestartete James Webb Space Telescope (JWST) der NASA hat bereits Daten über die atmosphärische Zusammensetzung eines mittelgroßen Exoplaneten namens K2-18 b zurückgesendet, die einige – kontrovers – als möglichen Beweis für Leben interpretiert haben. Doch während die Hoffnungen auf eine Biosignaturerkennung steigen, beginnen einige Wissenschaftler offen zu fragen, ob Gase in der Atmosphäre eines Exoplaneten jemals ein überzeugender Beweis für Außerirdische sein werden.

Eine Reihe aktueller Arbeiten untersuchen die gewaltigen Unsicherheiten bei der Erkennung von Exoplaneten-Biosignaturen. Eine zentrale Herausforderung sehen sie darin, was der Wissenschaftsphilosoph sagt Peter Vickers an der Durham University nennt das Problem unvorstellbarer Alternativen. Einfach ausgedrückt: Wie können Wissenschaftler sicher sein, dass sie jede mögliche nichtbiologische Erklärung für das Vorhandensein eines Gases ausgeschlossen haben – insbesondere solange die Geologie und Chemie von Exoplaneten fast so rätselhaft bleibt wie das Leben von Außerirdischen?

„Es werden ständig neue Ideen erforscht, und es könnte einen abiotischen Mechanismus für dieses Phänomen geben, an den man sich bisher noch nicht gewagt hat“, sagte Vickers. „Das ist das Problem unvorstellbarer Alternativen in der Astrobiologie.“

„Es ist ein bisschen von diesem Elefanten im Raum“, sagte der Astronom Daniel Angerhausen von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, der Projektwissenschaftler an der LIFE-Mission ist, einem geplanten Weltraumteleskop, das auf erdähnlichen Exoplaneten nach Biosignaturgasen suchen soll.

Wenn Wissenschaftler ein mutmaßliches Biosignaturgas auf einem fernen Planeten entdecken, können sie eine Formel namens Bayes-Theorem verwenden, um die Wahrscheinlichkeit, dass dort Leben existiert, basierend auf drei Wahrscheinlichkeiten zu berechnen. Zwei davon haben mit Biologie zu tun. Die erste ist die Wahrscheinlichkeit, dass Leben auf diesem Planeten entsteht, wenn man alles andere darüber berücksichtigt, was darüber bekannt ist. Die zweite ist die Wahrscheinlichkeit, dass, wenn es Leben gäbe, es die von uns beobachtete Biosignatur erzeugen würde. Beide Faktoren bergen erhebliche Unsicherheiten, so die Astrobiologen Col Mathis der Arizona State University und Harrison Smith vom Earth-Life Science Institute des Tokyo Institute of Technology, der diese Art von Argumentation in a untersuchte Krepppapier letzten Herbst.

Der dritte Faktor ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein lebloser Planet das beobachtete Signal erzeugt – eine ebenso ernste Herausforderung, wie Forscher jetzt erkennen, die mit dem Problem unvorstellbarer abiotischer Alternativen verknüpft ist.

„Das ist die Wahrscheinlichkeit, mit der wir argumentieren, dass man nicht verantwortungsbewusst einspringen kann“, sagte Vickers. „Es könnte fast alles zwischen null und eins liegen.“

Betrachten Sie den Fall von K2-18 b, einem „Mini-Neptun“, dessen Größe zwischen der Erde und Neptun liegt. Im Jahr 2023 zeigten JWST-Daten ein statistisch schwaches Anzeichen von Dimethylsulfid (DMS) in seiner Atmosphäre. Auf der Erde wird DMS von Meeresorganismen produziert. Die Forscher, die entdeckte es vorläufig auf K2-18 b interpretierten die anderen in seinem Himmel entdeckten Gase so, dass der Planet eine „Wasserwelt“ mit einem bewohnbaren Oberflächenozean sei, und stützten damit ihre Theorie, dass das dortige DMS vom Meeresleben stammt. Andere Wissenschaftler interpretieren dieselben Beobachtungen jedoch als Beweis für eine unwirtliche, gasförmige Planetenzusammensetzung, die eher der von Neptun ähnelt.

Unvorstellbare Alternativen haben Astrobiologen bereits mehrfach dazu gezwungen, ihre Vorstellungen darüber, was eine gute Biosignatur ausmacht, zu überdenken. Als Phosphin war auf der Venus entdecktWissenschaftler wussten nicht, wie es auf einer leblosen Felswelt hergestellt werden könnte. Seitdem haben sie mehrere machbare identifiziert abiotische Quellen des Gases. Ein Szenario besagt, dass Vulkane chemische Verbindungen namens Phosphide freisetzen, die mit Schwefeldioxid in der Atmosphäre der Venus unter Bildung von Phosphin reagieren könnten – eine plausible Erklärung, wenn man bedenkt, dass Wissenschaftler Hinweise auf aktiven Vulkanismus auf unserem Zwillingsplaneten gefunden haben. Ebenso galt Sauerstoff bis in die 2010er Jahre als Biosignaturgas, als Forscher wie Victoria Meadows vom Virtual Planetary Laboratory des NASA Astrobiology Institute arbeiteten begann zu finden Wege dass felsige Planeten es könnten Sauerstoff ansammeln ohne Biosphäre. Zum Beispiel, Sauerstoff kann entstehen aus Schwefeldioxid, das auf so unterschiedlichen Welten wie Venus und Europa reichlich vorhanden ist.

Heutzutage haben Astrobiologen die Idee, dass ein einzelnes Gas eine Biosignatur sein könnte, weitgehend aufgegeben. Stattdessen konzentrieren sie sich auf die Identifizierung von „Ensembles“ oder Gruppen von Gasen, die ohne Leben nicht koexistieren könnten. Wenn man irgendetwas als den Goldstandard der heutigen Biosignatur bezeichnen kann, dann ist es die Kombination von Sauerstoff und Methan. Methan wird in sauerstoffreichen Atmosphären schnell abgebaut. Auf der Erde existieren die beiden Gase nur deshalb nebeneinander, weil die Biosphäre sie kontinuierlich nachfüllt.

Bisher ist es den Wissenschaftlern nicht gelungen, eine abiotische Erklärung für die Sauerstoff-Methan-Biosignaturen zu finden. Aber Vickers, Smith und Mathis bezweifeln, dass dieses spezielle Paar – oder vielleicht irgendeine Gasmischung – jemals überzeugen wird. „Es gibt keine Möglichkeit, sicher zu sein, dass das, was wir sehen, tatsächlich eine Folge des Lebens ist und nicht die Folge eines unbekannten geochemischen Prozesses“, sagte Smith.

„JWST ist kein Lebensdetektor. „Es ist ein Teleskop, das uns sagen kann, welche Gase sich in der Atmosphäre eines Planeten befinden“, sagte Mathis.

Sarah Rügheimer, ein Astrobiologe an der York University, der die Atmosphäre von Exoplaneten untersucht, ist optimistischer. Sie sucht aktiv nach alternativen abiotischen Erklärungen für Ensemble-Biosignaturen wie Sauerstoff und Methan. Dennoch sagt sie: „Ich würde eine Flasche Champagner – sehr teuren Champagner – aufmachen, wenn wir Sauerstoff, Methan, Wasser und CO sehen würden.“₂” auf einem Exoplaneten.

Ein aufregendes Ergebnis privat mit Getränken zu überschütten, ist natürlich etwas anderes, als der Welt zu erzählen, dass man Außerirdische gefunden hat.

Rugheimer und die anderen Forscher, mit denen gesprochen wurde Wie viel Für diese Geschichte fragen sie sich, wie man in der Öffentlichkeit am besten über die Unsicherheit im Zusammenhang mit Biosignaturen sprechen kann – und sie fragen sich, wie Schwankungen in der astrobiologischen Meinung über eine bestimmte Entdeckung das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Wissenschaft untergraben könnten. Sie sind mit ihrer Sorge nicht allein. Als sich die Venus-Phosphin-Saga im Jahr 2021 ihrem Höhepunkt näherte, flehten NASA-Administratoren und Wissenschaftler die Astrobiologie-Gemeinschaft an, feste Standards für die Sicherheit bei der Erkennung von Biosignaturen festzulegen. Im Jahr 2022 Hunderte Astrobiologen kamen zusammen für einen virtuellen Workshop zur Diskussion des Themas – obwohl es noch keinen offiziellen Standard oder gar keine Definition einer Biosignatur gibt. „Im Moment bin ich ziemlich froh, dass wir uns zunächst alle einig waren, dass das ein kleines Problem ist“, sagte Angerhausen.

Die Forschung schreitet trotz der Unsicherheit voran – wie es sein sollte, sagt Vickers. Für ein junges Fachgebiet wie die Astrobiologie ist es normal, in Sackgassen zu geraten und einen Rückzieher machen zu müssen. „Die Menschen sollten versuchen, die Funktionsweise der Wissenschaft insgesamt besser zu verstehen“, sagte Smith. „Es ist in Ordnung, das, was wir wissen, zu aktualisieren.“ Und kühne Behauptungen über Biosignaturen können dazu führen, dass Wissenschaftler dazu angeregt werden, sie zu fälschen, sagen Smith und Vickers – und sich auf die Suche nach unvorstellbaren Alternativen zu machen.

„Wir wissen immer noch nicht, was zum Teufel auf der Venus passiert, und deshalb fühlt es sich natürlich hoffnungslos an“, sagte die Astrochemikerin Clara Sousa-Silva vom Bard College, eine Expertin für Phosphin, die bei der Entdeckung der Venus mitgeholfen hat. Für sie ist der nächste Schritt klar: „Denken wir noch einmal an die Venus.“ Astronomen ignorierten die Venus jahrzehntelang praktisch. Die Biosignatur-Kontroverse löste neue Bemühungen aus, nicht nur bisher unbeachtete abiotische Phosphinquellen zu entdecken, sondern auch unseren Schwesterplaneten als solchen besser zu verstehen. (Mindestens fünf Missionen zur Venus „Ich denke, das ist auch die Quelle der Hoffnung für Exoplaneten.“