Fluoreszenz als Indiz für außerirdisches Leben?

Leuchtsignal des Lebens: Ein subtiles Aufleuchten könnte verraten, ob es auf den erdähnlichen Exoplaneten in unserer Nachbarschaft außerirdisches Leben gibt. Denn die Alien-Organismen könnten sich durch Fluoreszenz gegen die harschen UV-Flares ihrer Sterne schützen – und diese Fluoreszenz wäre für künftige Teleskope sichtbar, wie nun Astronomen ermittelt haben. Auf die Idee zu ihrer Studie kamen sie, weil auch viele irdische Organismen diese Biofluoreszenz zeigen.

Die meisten Pflanzen tun es, einige Haie und andere Meeresfische und auch Korallen: Sie fluoreszieren. Dieses subtile Leuchten entsteht, weil diese Organismen chemische Verbindungen in sich tragen, die die energiereiche Strahlung des einfallenden Sonnenlichts aufnehmen und dabei angeregt werden. Wenn die angeregten Atome in ihren Grundzustand zurückfallen, geben sie die überschüssige Energie als langwelligeres sichtbares oder infrarotes Licht ab.

Biofluoreszenz bei Meeresfischen. © Sparks et al./ PLOS ONE, doi: 10.1371/journal.pone.0083259, CC-by-sa 4.0

Bei vielen Pflanzen und bei den Korallen dient diese Biofluoreszenz als UV-Schutz. Indem sie einen Teil der harten Strahlung in Form unschädlichen Lichts wieder abstrahlen, verhindern sie schwerwiegende Zellschäden. Diese Fluoreszenz ist zu schwach, um sie mit bloßem Auge sehen zu können, Sensoren von Satelliten können sie aber vom Erdorbit aus detektieren.

Leben auf Proxima Centauri b und Co?

An diesem Punkt setzt die Idee von Lisa Kaltenegger und Jack O’Malley-James von der Cornell University an. Denn sie vermuten, dass auch außerirdische Lebensformen diese Art der Anpassung an eine UV-reiche Umwelt entwickelt haben könnten. Besonders wahrscheinlich wäre dies bei Exoplaneten in der habitablen Zone von Roten Zwergen des M-Typs – kleinen Sternen mit häufigen Strahlenausbrüchen auf ihrer Oberfläche. „Diese Planeten würden häufig Schübe starker UV-Strahlung erleben“, erklären die Astronomen.

Doch genau dieser Sternentyp ist in unserer kosmischen Umgebung besonders häufig. Die meisten der nahen Gesteinsplaneten in der habitablen Zone kreisen um solche aktiven Zwergsterne. Zu diesen potenziell lebensfreundlichen Welten gehören unser nächster Exoplaneten-Nachbar Proxima Centauri b, aber auch LHS 1140b, Ross 128b und die sieben Erdzwillinge um TRAPPIST-1. Prinzipiell könnte es auf diesen Erdzwillingen Leben geben – vorausgesetzt diese Organismen halten die UV-Strahlenduschen aus. „Dann könnte uns die Biofluoreszenz dabei helfen, sie aufzuspüren“, erklärt Kaltenegger.

Wäre eine außerirdische Biofluoreszenz sichtbar?

Die große Frage ist allerdings, ob wir das schwache Fluoreszenz-Leuchten überhaupt von der Erde aus sehen könnten. Das haben die Astronomen nun in einer Modellsimulation für Proxima Centauri b, LHS 1140b und die sieben TRAPPIST-1-Planeten untersucht. Für ihr Szenario gingen sie davon aus, dass der Planet ausgedehnte flache Ozean besitzt, in denen biofluoreszierende Lebensformen leben. Diese würden Licht im gleichen Spektralbereich und mit der gleichen Umwandlungsrate abgeben wie einige irdische Korallen und Bäume.

Im Modell testeten die Astronomen dann, ob und wie sich die Helligkeit des Planeten durch die Fluoreszenz seiner Lebenswelt verändern würde – sowohl in ruhigen Phasen des Sterns wie während eines UV-Ausbruchs. Auch den Einfluss unterschiedlich dichter Bewölkung und die Verwechslungsgefahr mit der Fluoreszenz von Mineralen untersuchten sie.

Klarer Helligkeitszuwachs

Das Ergebnis: Wenn es außerirdisches Leben auf diesen Nachbarplaneten gibt und wenn dieses biofluoresziert, dann könnten wir dies detektieren. Denn bei einem wolkenlosen Himmel könnte sich die Helligkeit des Planeten während einer UV-Dusche in der entsprechenden Wellenlänge um 200 bis 1.300 Prozent erhöhen, wie die Forscher ausrechneten. Bei einer 50-prozentigen Bewölkung läge der Helligkeitszuwachs immerhin noch bei 150 bis 250 Prozent.

„Die Biofluoreszenz kann den sichtbaren Lichtfluss im Spektrum des Planeten vorübergehend um bis zu zwei Größenordnungen erhöhen“, konstatieren Kaltenegger und O’Malley-James. Das spektrale Signal wäre dabei spezifisch genug, um nicht mit anorganischer Fluoreszenz verwechselt zu werden. Für die heutigen Teleskope wäre dies zwar trotzdem noch zu schwach, aber schon das im Bau befindliche Extremely Large Telescope (ELT) in Chile wäre leistungsfähig genug, wie die Astronomen erklären.

Möglicher Nachweis schon in zehn Jahren

Wenn es auf einem der nahen Erdzwillinge Leben gibt, könnten wir dies daher schon in den nächsten zehn Jahren erfahren. „Die Biofluoreszenz könnte die verborgenen Biosphären solcher Welten durch ihr vorübergehendes Leuchten enthüllen“, sagt Kaltenegger. Wir müssten die Teleskope nur auf diese Planeten richten und warten, bis ein UV-Strahlenausbruch die außerirdischen Lebensformen zum Fluoreszieren bringt.

Nach Ansicht der Astronomen lohnt es sich daher in jedem Fall, auf nahen Exoplaneten wie Proxima Centauri b, LHS 1140b oder den sieben Erdzwillingen um TRAPPIST-1 nach Leben zu suchen – trotz oder gerade wegen ihrer aktiven Sterne. „Diese Leuchtphänomene gehören zu unseren besten Chancen, Leben auf Exoplaneten zu finden“, sagt O’Malley-James. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2019; doi: 10.1093/mnras/stz1842)

Quelle: Cornell University