Exoplaneten, auf denen sich das Leben entwickeln könnte wie auf der Erde

Wissenschaftler haben eine Gruppe von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gefunden, auf denen die gleichen chemischen Bedingungen herrschen, die zum Leben auf der Erde geführt haben könnten.

Forscher von der Universität Cambridge und des Labors für Molekularbiologie des Medizinischen Forschungsrats (MRC LMB) fanden heraus, dass die Chancen, dass sich auf der Oberfläche eines Gesteinsplaneten Leben wie auf der Erde entwickeln könnte, von der Art und der Stärke des Lichts abhängt, das vom Mutterstern abgegeben wird,

Ihre Studie, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde schlägt vor, dass bei Sternen die genügend UV-Licht abgeben, sich das Leben auf den Planeten im Orbit auf die gleiche Weise entwickeln könnte, wie es sich wahrscheinlich auf der Erde entwickelt hat, wo das UV-Licht eine Reihe von chemischen Reaktionen auslöste, welche die Bausteine des Lebens produzierten.

Die Forscher haben eine Reihe von Planeten identifiziert, bei denen das UV-Licht ihres Muttersterns ausreicht, um diese chemischen Reaktionen zu ermöglichen, und die innerhalb des habitablen Bereichs liegen, wo flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche existieren könnte.

„Diese Arbeit ermöglichte es uns, die besten Orte für die Suche nach Leben einzugrenzen“, sagte der Hauptautor des Paper Dr. Paul Rimmer. „Es bringt uns der Frage, ob wir allein im Universum sind, ein kleines Stück näher.“

Das neue Paper ist das Ergebnis einer laufenden Zusammenarbeit zwischen dem Cavendish Laboratory und dem MRC LMB, welche durch die organische Chemie und die Exoplanetenforschung zusammengeführt wurden. Das Paper baut auf der Arbeit von Professor John Sutherland auf, einem Co-Autor der aktuellen Arbeit, der den chemischen Ursprung des Lebens auf der Erde untersucht.

In einer im Jahr 2015 veröffentlichten Arbeit schlug Professor Sutherlands Gruppe bei der MRC LMB vor, dass Cyanid - obwohl ein tödliches Gift – in der Tat eine Schlüsselzutat in der primordialen Suppe war, aus der alles Leben auf der Erde hervorging.

In dieser Hypothese reagierte der Kohlenstoff von Meteoriten, die in die junge Erde einschlugen, mit dem Stickstoff in der Atmosphäre und bildete Cyanwasserstoff. Der Cyanwasserstoff regnete auf die Oberfläche, wo er angetrieben durch das UV-Licht der Sonne, auf verschiedene Weise mit anderen Elementen interagierte. Die Chemikalien, die durch diese Interaktionen entstanden, erzeugten die Bausteine der RNA, dem nahen Verwandten der DNA, von der die meisten Biologen glauben, dass es das erste Molekül des Lebens war, das Informationen transportierte.

Im Labor hat Sutherlands Gruppe diese chemischen Reaktionen unter UV-Lampen nachgestellt und die Vorstufen von Lipiden, Aminosäuren und Nukleotide erzeugt, die alle essentielle Bestandteile lebender Zellen sind.

„Ich bin auf diese früheren Experimente gestoßen und als Astronom ist meine erste Frage immer, welche Art von Licht haben sie benutzt, da diese als Chemiker nicht wirklich darüber nachgedacht haben“, sagte Rimmer. „Ich fing an, die Anzahl der Photonen zu messen, die von ihren Lampen emittiert wurden und habe dann festgestellt, dass der Vergleich dieses Lichts mit dem Licht verschiedener Sterne einfach der nächste Schritt war.“

Die beiden Gruppen führten eine Reihe von Laborexperimenten durch um zu messen, wie schnell die Bausteine des Lebens aus Cyanwasserstoff und Hydrogensulfit Ionen im Wasser bilden können, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden. Sie führten dann das gleiche Experiment in Abwesenheit von Licht durch.

„Es gibt Chemie, die im Dunkeln passiert: Sie ist langsamer als jene Chemie, die im Licht passiert, aber sie ist da“, sagte Senior Autor Professor Didier Queloz, ebenfalls vom Cavendish-Labor. „Wir wollten sehen, wie viel Licht benötigt wird, damit sich die Lichtchemie gegenüber der dunklen Chemie durchsetzen kann.“

Derselbe Versuch, der im Dunkeln mit dem Cyanwasserstoff und dem Hydrogensulfit durchgeführt wurde, führte zu einer inerten Verbindung, die nicht zur Bildung von Bausteinen für das Leben verwendet werden konnten, während das Experiment unter Licht zu den notwendigen Bausteinen führte.

Die Forscher verglichen dann die Lichtchemie mit der dunklen Chemie gegen das UV-Licht verschiedener Sterne, die den Planeten in der Umlaufbahn um diese Sterne zur Verfügung stehen, um zu bestimmen, wo die Chemie aktiviert werden könnte.

Sie fanden heraus, dass Sterne, welche die gleiche Temperatur wie unsere Sonne haben, genug Licht emittieren damit sich die Bausteine des Lebens auf den Oberflächen ihrer Planeten bilden können. Kühle Sterne dagegen erzeugen nicht genug Licht, um diese Bausteine zu bilden, außer wenn sie häufig starke Sonneneruptionen haben, um die Chemie Schritt für Schritt voranzutreiben. Planeten die beides haben, genug Licht um die Chemie zu aktivieren und flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen, befinden sich in dem, was die Forscher die Zone der Abiogenesis genannt haben.

Unter den bekannten Exoplaneten, die sich in der Abiogenesis-Zone befinden, sind mehrere Planeten die vom Kepler-Teleskop entdeckt wurden, darunter Kepler-452b, ein Planet, der als „Cousin“ der Erde bezeichnet wurde, obwohl er zu weit entfernt ist, um ihn mit der aktuellen Technologie genauer untersuchen zu können. Aber die Teleskope der nächsten Generation, wie das TESS- und das James Webb-Teleskop werden hoffentlich in der Lage sein, viele weitere Planeten innerhalb der Abiogenesis-Zone zu identifizieren und potentiell zu charakterisieren.

Natürlich ist es auch möglich, dass, wenn es Leben auf anderen Planeten gibt, sich dieses auf eine völlig andere Weise entwickelt hat als auf der Erde.

„Ich bin mir nicht sicher wie zufallsbedingt das Leben ist, aber da wir bisher nur ein Beispiel haben, ist es sinnvoll, nach Orten zu suchen, die unserer Erde am ähnlichsten sind“, sagte Rimmer. „Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen dem, was notwendig ist und dem was ausreichend ist. Die Bausteine sind notwendig, aber sie reichen vielleicht nicht aus. Es ist möglich, dass sie sich für Milliarden von Jahren mischen können und nichts passiert. Aber man sollte zumindest nach Orten suchen, auf denen die dafür notwendigen Ding existieren.“

3. August 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte