Eine Wissenschaft ohne bestätigtes Studienobjekt

Die Astrobiologie nimmt unter den Wissenschaften eine besondere Stellung ein: Sie erforscht die Bedingungen für das Entstehen und Überleben von Leben im Universum, ohne bislang über ein einziges bestätigtes Beispiel außerirdischen Lebens zu verfügen, das sie untersuchen könnte. Das Feld stützt sich daher auf drei Säulen: verstehen, wie das Leben auf der Erde entstand, die Grenzen dessen ermitteln, was Leben ertragen kann, und aktiv nach Spuren von Leben anderswo suchen — sei es im Sonnensystem oder um ferne Sterne.

Extremophile erweitern den Bereich des Möglichen

Auf der Erde hat die Entdeckung von Organismen namens Extremophile die Vorstellung davon, was Leben ertragen kann, erheblich erweitert. Manche Bakterien gedeihen im kochenden Wasser unterseeischer hydrothermaler Quellen, bei über 100 °C und unter erdrückendem Druck, völlig ohne Sonnenlicht, und beziehen ihre Energie aus chemischen Reaktionen statt aus Photosynthese. Andere überleben im Eis der Antarktis, in konzentrierter Säure oder sogar direkt im Vakuum des Weltraums und unter kosmischer Strahlung, wie die Bärtierchen.

Diese Entdeckungen haben die Suche nach Leben anderswo direkt inspiriert: Wenn irdisches Leben ohne Sonnenlicht in der Nähe hydrothermaler Quellen gedeihen kann, warum nicht auch im unterirdischen Ozean eines Eismonds, erwärmt nicht von der Sonne, sondern von Gezeitenkräften?

Die verborgenen Ozeane von Europa und Enceladus

Europa, einer der großen Monde des Jupiter, verbirgt unter seiner Eiskruste einen Ozean aus salzhaltigem, flüssigem Wasser, der doppelt so viel Wasser enthalten könnte wie alle irdischen Ozeane zusammen — flüssig gehalten nicht durch die in dieser Entfernung sehr schwache Sonnenwärme, sondern durch die Erwärmung infolge der Gezeitenkräfte der gewaltigen Schwerkraft Jupiters. Die 2024 gestartete NASA-Mission Europa Clipper soll diesen Ozean bei wiederholten Vorbeiflügen ab 2030 näher untersuchen.

Enceladus, ein kleiner Saturnmond, lieferte einen noch direkteren Beweis: Die Sonde Cassini durchflog 2005 Fontänen aus Wasserdampf und Eispartikeln, die aus Rissen am Südpol aufsteigen und direkt aus seinem unterirdischen Ozean stammen, und wies dabei komplexe organische Moleküle sowie molekularen Wasserstoff nach — ein möglicher Hinweis auf aktive chemische Reaktionen am Grund dieses Ozeans, ähnlich jenen, die irdische Extremophile mit Energie versorgen.

Hier von der Sonne hintergrundbeleuchtet, schießen diese Eisfontänen aus den „Tigerstreifen" hervor, langen parallelen Rissen, die den Südpol des Enceladus durchziehen — die Sonde Cassini flog zwischen 2005 und 2015 mehrfach direkt durch einige dieser Fontänen und analysierte deren Zusammensetzung mit ihren Bordinstrumenten, ohne jemals zu landen. Diese Geysire speisen dauerhaft einen der Saturnringe, den E-Ring, der vollständig aus den von diesem kleinen Mond ausgestoßenen Eispartikeln besteht.

Die Wärme, die nötig ist, um den Ozean unter der gefrorenen Kruste des Enceladus flüssig zu halten, stammt aus der Gezeitenerwärmung: Die Anziehungskraft Saturns, kombiniert mit einer Bahnresonanz mit dem benachbarten Mond Dione, dehnt und staucht das Innere des Enceladus fortwährend und erzeugt so genug Reibung, um zu verhindern, dass das Wasser trotz der extremen Entfernung zur Sonne vollständig gefriert — ein Mechanismus, den er sich mit Europa teilt und der diese Eismonde zu vorrangigen Zielen macht, die weit leichter zu untersuchen sind als die großen Tiefen eines irdischen Ozeans.

Das Fermi-Paradoxon

Wenn Leben und sogar Intelligenz im Maßstab einer Galaxie mit Hunderten von Milliarden Sternen statistisch wahrscheinlich sind, warum haben wir dann noch kein einziges Anzeichen einer außerirdischen Zivilisation entdeckt? Dieser scheinbare Widerspruch, 1950 vom Physiker Enrico Fermi formuliert, trägt den Namen Fermi-Paradoxon. Die vorgeschlagenen Erklärungen reichen von schlicht — die interstellaren Entfernungen sind so gewaltig, dass Kommunikation oder Reisen weiterhin unpraktikabel bleiben — bis spekulativ: komplexes Leben könnte außerordentlich selten sein, oder technologische Zivilisationen zerstörten sich systematisch selbst, bevor sie sich in großem Maßstab bemerkbar machen könnten.

Das Programm SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) durchsucht seit den 1960er Jahren den Himmel nach künstlichen Radiosignalen, die eine technologische Zivilisation verraten würden — bislang ohne bestätigten Erfolg.

Die Suche nach Biosignaturen in fernen Atmosphären

Statt nach Intelligenz zu suchen, besteht der heute aktivste Ansatz darin, nach Biosignaturen zu suchen: chemischen Kombinationen in der Atmosphäre eines Exoplaneten, die ohne biologischen Prozess schwer zu erklären wären — etwa die Koexistenz von Sauerstoff und Methan, zwei Gasen, die rasch miteinander reagieren und daher ständig neu erzeugt werden müssen, um gemeinsam nachweisbar zu bleiben. Das Weltraumteleskop James Webb beginnt gerade erst, diese fernen Atmosphären mit beispielloser Präzision zu untersuchen, indem es das Sternenlicht analysiert, das durch die Atmosphäre vorüberziehender Exoplaneten gefiltert wird.