Die Suche nach Leben jenseits der Erde hat sich weitgehend auf unseren Roten Nachbarn konzentriert, den Mars. Die NASA hat im Verlauf der letzten Jahre mehrere Rover gestartet, wovon einer momentan noch unterwegs zum Mars ist, um seine staubige Oberfläche nach Anzeichen für Wasser und anderen Hinweisen auf Bewohnbarkeit abzusuchen.
Jetzt haben Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der Cardiff University und anderer Einrichtungen eine überraschende Wendung beobachtet – etwas, das ein Anzeichen für Leben in den Wolken unseres anderen, noch näheren Nachbarplaneten sein könnte, der Venus. Obwohl sie keine direkten Belege für lebende Organismen gefunden haben (sofern ihre Beobachtungen tatsächlich mit Leben in Zusammenhang stehen), könnte es eine Art Lebensform in der Luft der Venuswolken geben – dem einzigen bewohnbaren Teil einer sonst siedend heißen und unbewohnbaren Welt. Ihre Entdeckung und Analyse wurden am 15. September 2020 im Fachjournal Nature Astronomy veröffentlicht.
Die Astronomen unter Leitung von Jane Greaves von der Cardiff University registrierten einen spektralen Fingerabdruck von Monophosphan in der Venusatmosphäre. Forscher des MIT haben früher schon gezeigt, dass dieses stinkende, giftige Gas nur durch einen lebenden Organismus produziert werden könnte, sollte es jemals auf einem Gesteinsplaneten registriert werden. Den Forschern gelang der Nachweis mithilfe des James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) auf Hawaii und dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) Observatorium in Chile.
Das MIT-Team führte im Anschluss an die neuen Beobachtungen eine umfangreiche Analyse durch, um zu sehen, ob etwas anderes als Leben das Monophosphan in der harschen, schwefelreichen Umgebung auf der Venus produziert haben könnte. Basierend auf den vielen Szenarien, die sie in Betracht zogen, schlussfolgert das Team, dass es keine Erklärung für das in den Venuswolken registrierte Monophosphan gibt, außer der Präsenz von Leben.
„Es ist sehr schwer, das Gegenteil zu beweisen“, sagte Clara Sousa-Silva vom Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) am Massachusetts Institute of Technology. „Jetzt werden Astronomen über all die Möglichkeiten nachdenken, um das Monophosphan ohne die Anwesenheit von Leben zu erklären und ich begrüße das. Bitte tut das, weil wir am Ende unserer Möglichkeiten sind, um zu zeigen, dass abiotische Prozesse das Monophosphan hervorbringen können.“
„Das bedeutet, entweder ist es Leben, oder es gibt eine Art physikalischen oder chemischen Prozess, den wir auf Gesteinsplaneten nicht erwarten“, ergänzte der Co-Autor und EAPS-Forscher Janusz Petkowski.
Zu den anderen Co-Autoren vom MIT gehören William Bains, Sukrit Ranjan, Zhuchang Zhan und Sara Seager (Class of 1941 Professor of Planetary Science) mit Beiträgen der Abteilungen für Physik und Luft- und Raumfahrttechnik. Wissenschaftler der Cardiff University, der University of Manchester, der Cambridge University, des MRC Laboratory of Molecular Biology, der Kyoto Sangyo University, des Imperial College London, des Royal Observatory Greenwich, der Open University und des East Asian Observatory wirkten ebenfalls an der Studie mit.
Eine Suche nach exotischen Dingen
Die Venus wird oft als Zwilling der Erde bezeichnet, weil die benachbarten Planeten vergleichbare Größen, Massen und Gesteinszusammensetzungen aufweisen. Sie beide besitzen auch dichte Atmosphären, obwohl ihre Gemeinsamkeiten hier enden. Während die Erde eine bewohnbare Welt mit gemäßigten Ozeanen und Seen ist, ist die Venusoberfläche eine siedend heiße Landschaft mit Temperaturen um 470 Grad Celsius und einer Luft, die trockener als die trockensten Orte auf der Erde ist.
Ein Großteil der Venusatmosphäre ist außerdem recht unbewohnbar und mit dichten Wolken aus Schwefelsäure angereichert – mit Tröpfchen, die Milliarden Mal saurer als die säurehaltigsten Umgebungen auf der Erde sind. Auch fehlt es der Atmosphäre an Nährstoffen, die auf einer planetaren Oberfläche existieren.
„Die Venus ist eine sehr anspruchsvolle Umgebung für Leben jeglicher Art“, sagte Seager.
Es gibt jedoch eine schmale, gemäßigte Schicht in der Venusatmosphäre, zwischen 48 und 60 Kilometer oberhalb der Oberfläche, wo die Temperaturen zwischen -1 und 93 Grad Celsius liegen. Wissenschaftler haben – sehr kontrovers – darüber spekuliert, dass diese Schicht der Atmosphäre wahrscheinlich der einzige Ort ist, an dem Leben überdauern würde, falls Leben auf der Venus überhaupt existiert. Und genau in dieser Wolkendecke hat das Team die Monophosphan-Signale beobachtet.
„Dieses Monophosphan-Signal kommt genau aus der Region, welche von anderen Wissenschaftlern als möglicherweise bewohnbar beschrieben wurde“, sagte Petkowski.
Video-Link: https://youtu.be/dCXF8FUux74
Der Nachweis wurde zuerst von Greaves und ihrem Team erbracht, wobei sie das James Clerk Maxwell Telescope nutzten, um die Venusatmosphäre nach Lichtmustern abzusuchen, die auf die Präsenz von unerwarteten Molekülen und potenziellen Anzeichen für Leben hindeuten könnten. Als sie ein Muster erkannten, das für die Anwesenheit von Monophosphan sprach, kontaktierte sie Sousa-Silva, die den Großteil ihrer Karriere mit der Untersuchung des stinkenden, giftigen Moleküls verbrachte.
Sousa-Silva vermutete anfangs, dass Astronomen auf viel weiter entfernten Planeten nach Monophosphan als Biosignatur suchen könnten. „Damit meinte ich wirklich weit, viele Parsec entfernt, und ich dachte nicht wirklich an den sprichwörtlich nächsten Planeten in unserer Nachbarschaft.“
Das Team führte mithilfe von Anita Richards vom ALMA Regional Center der University of Manchester Nachfolgebeobachtungen mit dem empfindlicheren Atacama Large Millimeter/submillimeter Array durch. Diese Beobachtungen bestätigten, dass Geaves tatsächlich ein Lichtmuster beobachtet hatte, das von Monophosphan-Gas innerhalb der Venuswolken emittiert werden würde.
Anschließend verwendeten die Forscher ein Modell der Venusatmosphäre, welches von Hideo Sagawa von der Kyoto Sangyo University entwickelt wurde, um die Daten zu interpretieren. Sie stellten fest, dass das Monophosphan auf der Venus ein Spurengas ist und eine Konzentration von etwa 20 Teilen pro Milliarde Moleküle in der Atmosphäre aufweist. Obwohl diese Konzentration gering ist, betonen die Forscher, dass Monophosphan, welches auf der Erde von Leben produziert wird, hier sogar in noch geringeren Konzentrationen in der Atmosphäre vorkommt.
Das MIT-Team unter Leitung von Bains und Petkowsi nutzte Computermodelle, um alle möglichen chemischen und physikalischen Wege, die nicht mit Leben zusammenhängen, zu erkunden, welche das Monophosphan in der unwirtlichen Umgebung auf der Venus hervorbringen könnten. Bains zog verschiedene Szenarien in Betracht, die Monophosphan produzieren könnten, beispielsweise Sonnenlicht, Oberflächenmineralien, vulkanische Aktivität, ein Meteoriteneinschlag und Blitze.
Ranjan und Paul Rimmer von der Cambridge University modellierten anschließend, wie Monophosphan, das durch diese Mechanismen produziert worden wäre, sich in den Venuswolken anreichern könnte. In jedem von ihnen betrachteten Szenario wäre die produzierte Monophosphan-Menge nur einen kleinen Bruchteil so groß wie die Menge, auf die die neuen Beobachtungen schließen lassen.
„Wir haben alle denkbaren Möglichkeiten berücksichtigt, die Monophosphan auf einem Gesteinsplaneten produzieren könnten“, sagte Petkowski. „Wenn es kein Leben ist, dann hat unser Wissen über Gesteinsplaneten schwere Mängel.“
Leben in den Wolken der Venus
Wenn es wirklich Leben in den Venuswolken gibt, denken die Forscher an eine luftgestützte Form, die nur in der gemäßigten Wolkendecke der Venus existiert, weit oberhalb der siedend heißen, vulkanischen Oberfläche.
„Man nimmt an, dass die Venus vor langer Zeit Ozeane besessen hat und möglicherweise so bewohnbar wie die Erde war“, sagte Sousa-Silva. „Als die Venus weniger bewohnbar wurde, hätte sich das Leben anpassen müssen und könnte jetzt in dieser schmalen Schicht der Atmosphäre existieren, wo es noch überleben kann. Das könnte demonstrieren, dass sogar ein Planet am Rande der habitablen Zone eine Atmosphäre mit einer lokalen, bewohnbaren Luftschicht besitzen könnte.“
In einer anderen Studie hatten Seager und Petkowski die Möglichkeit erforscht, dass die unteren Schichten der Venusatmosphäre kurz unterhalb der Wolkendecke entscheidend für das Überleben einer hypothetischen Venusbiosphäre sein könnten.
„Hier könnte prinzipiell ein Lebenskreislauf existieren, der Leben in den Wolken stetig aufrechterhält“, sagte Petkowski, der sich Leben in der Venusatmosphäre ganz anders vorstellt als Leben auf der Erde. „Das flüssige Medium auf der Venus ist nicht Wasser, wie es auf der Erde der Fall ist.“
Sousa-Silva leitet jetzt einen Ansatz zusammen mit Jason Dittman vom Massachusetts Institute of Technology, um den Monophosphan-Nachweis mit anderen Teleskopen zu bestätigen. Die Wissenschaftler hoffen auch, die Präsenz des Moleküls in der Venusatmosphäre zu kartieren, um zu sehen, ob es tägliche oder saisonale Veränderungen in dem Signal gibt, die auf Aktivitäten schließen lassen würden, die mit Leben in Zusammenhang stehen.
„Technisch gesehen, wurden bereits früher Biomoleküle in der Venusatmosphäre gefunden, aber diese Moleküle hängen auch mit tausend anderen Dingen zusammen“, sagte Sousa-Silva. „Der Grund für die Besonderheit von Monophosphan liegt darin, dass es ohne Leben sehr schwierig ist, Monophosphan auf Gesteinsplaneten zu produzieren. Die Erde ist der einzige Gesteinsplanet, auf dem wir Monophosphan gefunden haben, weil es hier Leben gibt. Bis jetzt.“
Diese Forschungsarbeit wurde teilweise vom Science and Technology Facilities Council, der Europäischen Südsternwarte (European Southern Observatory, ESO), der Japan Society for the Promotion of Science, der Heising-Simons Foundation, der Change Happens Foundation, der Simons Foundation und dem Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union finanziert.
(THK)
Update 29.10.2020
Ein Team um den Astronomen Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der NASA kommt zu dem Schluss, dass es sich bei dem Nachweis von Phosphan in der Venusatmosphäre um einen Fehler bei der Datenauswertung handelt.
„Wir demonstrieren hier, dass das mit dem JCMT beobachtete Phosphan-Signal vollständig durch die plausible Häufigkeit von Schwefeldioxid (SO2) in der Mesopshäre erklärt werden kann. Die Identifizierung von Phosphan in den ALMA-Daten sollte aufgrund schwerer Probleme bei der Kalibrierung der Interferometer als inkorrekt betrachtet werden.“
„Wir demonstrieren dies durch unabhängige Kalibrierung und Analyse der ALMA-Daten mittels verschiedener interferometrischer Analysewerkzeuge, wobei wir in keinem Fall Phosphan beobachten.“
„Damit in den ALMA- oder JCMT-Spektren eine Phosphan-Signatur erzeugt werden kann, muss das Phosphan in Höhen oberhalb von 70 Kilometern vorhanden sein, was nicht mit ihrem photochemischen Netzwerk übereinstimmt. Letztendlich schlussfolgern wir, dass dieser Nachweis von Phosphan in der Venusatmosphäre inkorrekt ist und ersuchen das Team um Greaves, seine Arbeit neu zu prüfen und eine Korrektur oder den Rückzug seiner ursprünglichen Studie in Betracht zu ziehen“, so das Team um Villanueva.
Abhandlung: „No phosphine in the atmosphere of Venus“ von Villanueva et al.
(THK)
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