Biosignatur

Eine Biosignatur ist ein messbarer Indikator, der auf biologische Aktivität hinweist. In der Astrobiologie bezieht sich der Begriff meist auf atmosphärische Gase, die durch Lebewesen produziert werden und ohne biologische Quelle nicht in den beobachteten Konzentrationen vorkommen sollten.

Die wichtigsten Biosignaturen sind Sauerstoff (O₂), Methan (CH₄), Ozon (O₃) und Distickstoffoxid (N₂O). Besonders aussagekräftig ist die gleichzeitige Anwesenheit von Sauerstoff und Methan, da diese Gase chemisch miteinander reagieren und ohne ständige Nachproduktion durch Lebewesen verschwinden würden. Dieses thermodynamische Ungleichgewicht ist ein starker Hinweis auf biologische Aktivität.

Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) kann die Atmosphären von Exoplaneten analysieren, indem es das Sternlicht untersucht, das durch die Atmosphäre eines transitierenden Planeten gefiltert wird. 2023 fand JWST Dimethylsulfid (DMS) in der Atmosphäre des Exoplaneten K2-18b, ein Gas, das auf der Erde ausschließlich von Lebewesen produziert wird. Die Entdeckung wurde vorsichtig bewertet, da alternative Erklärungen nicht ausgeschlossen werden konnten.

In der Science-Fiction spielen Biosignaturen eine wachsende Rolle. In Kim Stanley Robinsons 'Aurora' wird die Enttäuschung über einen Planeten beschrieben, dessen Biosignaturen auf primitives Leben hindeuten, das für Menschen toxisch ist. In 'The Expanse' sind die Biosignaturen von Ilus ein zentrales Handlungselement.

Die Frage 'Sind wir allein?' könnte in den kommenden Jahrzehnten durch die Entdeckung einer eindeutigen Biosignatur beantwortet werden. Es wäre die bedeutendste wissenschaftliche Entdeckung der Menschheitsgeschichte.

Nicht jedes vermeintliche Biosignatur-Gas ist zugleich ein Lebensbeweis. Auf Planeten um Rote Zwerge, wie im TRAPPIST-1-System, kann intensive UV-Strahlung durch Photolyse von Kohlendioxid abiotischen Sauerstoff erzeugen, einen sogenannten False Positive. Neuere Modellrechnungen deuten allerdings darauf hin, dass dieser abiotische Sauerstoff meist nur in Spuren auftritt, weshalb viele Forscher inzwischen das gemeinsame Auftreten von Methan und Kohlendioxid im thermodynamischen Ungleichgewicht als robusteres Signal bevorzugen. Für den sicheren Nachweis eines solchen Gaspaares in der Atmosphäre eines TRAPPIST-1-Planeten wären nach aktuellen Schätzungen rund zehn Transitbeobachtungen mit dem JWST nötig.

Die NASA plant mit dem Habitable Worlds Observatory ein Nachfolgeteleskop, das erdähnliche Planeten um sonnenähnlichen Sternen direkt abbilden soll, statt wie das JWST auf Transitspektroskopie angewiesen zu sein. Ziel ist es, mindestens 25 potenziell bewohnbare Welten direkt zu beobachten und ihre Atmosphären auf Sauerstoff, Ozon und Methan zu untersuchen. Bis ein solches Instrument startet, bleibt jede gemeldete Biosignatur vorläufig, eine Nüchternheit, die guter Science-Fiction manchmal fehlt, wenn sie den Moment der Entdeckung als eindeutigen Fanfarenstoß inszeniert.