Gibt es genug Chemikalien auf den eisigen Welten, um das Leben dort zu erhalten?

Jahrzehntelang glaubten Wissenschaftler, dass es unter der eisigen Oberfläche Europas , dem Satelliten des Jupiter, Leben geben könnte. Während dieser Zeit gab es verschiedene Beweise dafür, dass dieser Satellit nicht allein ist. Tatsächlich gibt es im Sonnensystem viele "ozeanische Welten", die möglicherweise das Leben unterstützen können: Ceres , Ganymed , Enceladus , Titan , Dion , Triton und wahrscheinlich sogar Pluto .

Aber was ist, wenn diesen Welten die Elemente fehlen, die für ein Leben, wie wir es kennen, notwendig sind? In einer neuen Studie haben zwei Wissenschaftler des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA) beschlossen, festzustellen, ob den Ozeanwelten möglicherweise die für das Leben notwendigen Elemente fehlen. Ihre Erkenntnisse können Theorien über die Existenz von Leben im Sonnensystem und darüber hinaus ernsthaft beeinflussen, ganz zu schweigen von unserer Fähigkeit, das Leben zu studieren.

Eine kürzlich im Internet durchgeführte Studie trägt den Titel „Wird außerirdisches Leben auf Welten mit unterirdischen Ozeanen aufgrund des Mangels an wesentlichen Elementen für das Leben unterdrückt?“. Es wurde von Manasvi Lingam, einem Postdoc des Institute of Theories and Computing (ITC) der Harvard University und der CfA, mit Unterstützung von Abraham Loube, Direktor des ITC, und Frank Baird, Associate Professor of Science in Harvard, geleitet.


Künstlerische Darstellung eines aquatischen Exoplaneten an einem roten Zwerg weit von uns entfernt

In früheren Studien konzentrierte sich die Bewohnbarkeit von Monden und anderen Planeten auf das Vorhandensein von Wasser. So war es auch mit der Untersuchung von Planeten und Satelliten innerhalb des Sonnensystems, und so war es mit der Untersuchung von Planeten außerhalb des Sonnensystems. Bei der Suche nach neuen Exoplaneten untersuchen Astronomen sorgfältig die Frage, ob sich dieser Planet in der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet.

Dies ist das Hauptzeichen dafür, ob der Planet flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche haben kann. Darüber hinaus versuchen Astronomen, spektroskopische Daten über die Umgebung steiniger Exoplaneten zu erhalten, um festzustellen, ob der Planet Wasser aus der Atmosphäre verliert - das Vorhandensein von molekularem Wasserstoff kann dies anzeigen. Inzwischen versuchen andere Studien, die Verfügbarkeit von Energiequellen zu bestimmen, da sie auch für die Existenz von uns bekannten Lebensformen von entscheidender Bedeutung sind.

Im Gegensatz dazu befassten sich Dr. Lingam und Professor Lobe mit der Frage, wie das Leben auf ozeanischen Planeten von der Verfügbarkeit limitierender Nährstoffe abhängen könnte. Seit einiger Zeit gibt es heftige Debatten darüber, welche Nährstoffe für das außerirdische Leben notwendig sind, da das Vorhandensein solcher Substanzen von Ort zu Ort und im Laufe der Zeit variieren kann. Als Lingam uns eine E-Mail schickte:

Die häufigste Liste von Elementen, die für das Leben des uns bekannten Typs erforderlich sind, umfasst Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel. Darüber hinaus kann eine geringe Menge bestimmter Metalle (z. B. Eisen und Molybdän) lebenslang wertvoll sein. Die Liste solcher Metalle ist jedoch unsicherer und variiert.


Ein künstlerisches Bild des Inneren des Enceladus-Krustenabschnitts, das zeigt, wie hydrothermale Aktivitäten zum Auftreten von Wassergeysiren auf der Satellitenoberfläche führen können.

Für die Forschung haben Lingam und Loub ein Modell erstellt, das auf terrestrischen Ozeanen basiert, um zu bestimmen, ob der Prozess des Entstehens und Verschwindens in den Ozeanen von OPV ähnlichen Prozessen auf anderen Welten ähnlich sein kann. Auf der Erde sind die Quellen von OPV Flüsse, Atmosphäre und Gletscher, und Sonnenlicht liefert Energie.

Sie waren der Ansicht, dass Phosphor die wichtigste aller aufgeführten Substanzen sein würde, und schätzten, wie viel davon und andere Elemente die ozeanischen Welten mit unterschiedlichen Anfangsbedingungen enthalten könnten. Wie Lingam erklärte, ist es logisch anzunehmen, dass auf solchen Welten die potenzielle Existenz von Leben auch durch das Vorhandensein eines Gleichgewichts zwischen Zu- und Abfluss von OPV bestimmt wird.

„Wenn die Abflüsse viel stärker sind als die Nebenflüsse, kann dies darauf hinweisen, dass die erforderlichen Elemente relativ schnell verschwinden. Um die Kraft von Zu- und Abflüssen zu beurteilen, verwendeten wir das Wissen über die Erde und kombinierten sie mit den Grundparametern der ozeanischen Welten wie dem pH-Wert des Ozeans, der Größe der Welt usw. mit allem, was aus Beobachtungen und theoretischen Modellen bekannt ist.

Obwohl atmosphärische Quellen für unterirdische Ozeane nicht verfügbar sind, machten Lingam und Loeb den Beitrag hydrothermaler Quellen aus. Für Europa, Enceladus und andere ozeanische Welten liegen bereits Beweise für ihre Existenz vor. Sie untersuchten auch nicht-biologische Quellen - wie Mineralien, die durch Regen auf der Erde aus Steinen ausgewaschen wurden, oder im Fall von Satelliten durch Meerwasser.


Künstlerische Darstellung möglicher geothermischer Aktivitäten, die auf Enceladus auf dem Meeresboden stattfinden können

Sie fanden heraus, dass es in den ozeanischen Welten des Sonnensystems sehr wahrscheinlich ist, dass ihnen im Gegensatz zu Wasser und Energie OPV fehlt.

Wir fanden heraus, dass die Phosphorreserven, eines der wichtigsten Elemente für das Leben nach den Annahmen unseres Modells, auf ozeanischen Welten mit neutralen oder alkalischen Ozeanen mit hydrothermaler Aktivität ziemlich schnell (nach geologischen Maßstäben) verschwinden. Aus unserer Arbeit folgt daher, dass das Leben auf solchen Welten in kleinen Konzentrationen (oder in kleinen Zeitintervallen) existieren kann und daher ziemlich schwer zu erkennen sein wird.

Eine solche Schlussfolgerung wirkt sich natürlich auf Missionen aus, die Europa und andere Satelliten im äußeren Sonnensystem untersuchen sollen. Dies schließt die Europa Clipper- Mission der NASA ein, die zwischen 2022 und 2025 starten soll. Die Sonde sollte mehrmals in der Nähe der Oberfläche Europas fliegen und versuchen, Biomarker in Jets von Geysiren zu erkennen, die von der Oberfläche des Satelliten aufsteigen.

Es wird vorgeschlagen, eine ähnliche Mission an Enceladus zu senden. Darüber hinaus erwägt die NASA die Möglichkeit einer Libellenmission , um die Atmosphäre, die Oberfläche und die Methanseen von Titan zu untersuchen. Wenn jedoch das Studium von Lingam und Loube richtig ist, sind die Chancen dieser Missionen, Lebenszeichen in den ozeanischen Welten des Sonnensystems zu finden, eher gering. Wie die Lingams jedoch feststellten, glauben sie immer noch an die Notwendigkeit solcher Missionen.


Künstlerisches Bild der Raumschiffmission Europa Clipper.

"Obwohl unser Modell vorhersagt, dass zukünftige Weltraummissionen in diese Welten kaum eine Chance haben, außerirdisches Leben erfolgreich zu entdecken, glauben wir, dass sie trotzdem durchgeführt werden sollten", sagte er. "Sie bieten eine hervorragende Gelegenheit, die wichtigsten Vorhersagen unseres Modells zu verifizieren und zu bestätigen oder zu widerlegen und mehr Daten zu sammeln, um unser Verständnis der Ozeanwelten und ihrer biogeochemischen Zyklen zu verbessern."

Wie Loub schrieb, konzentrierte sich diese Studie außerdem auf das Leben einer uns bekannten Gattung. Wenn die Missionen in diese Welten Quellen außerirdischen Lebens finden können, bedeutet dies, dass das Leben auf der Grundlage von Bedingungen und Elementen erscheinen kann, die uns unbekannt sind. In dieser Hinsicht ist das Studium Europas und anderer ozeanischer Welten nicht nur wünschenswert, sondern auch notwendig.

"Unsere Arbeit zeigt, dass ein so wichtiger Bestandteil der Art von Leben, die wir als Phosphor kennen, in den unterirdischen Ozeanen schnell abgereichert wird", sagte er. "Infolgedessen wird das Leben in den Ozeanen, von denen angenommen wird, dass sie unter dem Oberflächeneis Europas oder Enceladus existieren, nicht einfach sein." Wenn zukünftige Missionen einen niedrigen Phosphorgehalt bestätigen, aber Leben in diesen Ozeanen finden, werden wir etwas über einen neuen chemischen Weg für ein anderes Leben als das terrestrische lernen. "

Daher müssen Wissenschaftler auf der Suche nach Leben im Universum den Ansatz des geringsten Widerstands anwenden. Bis wir das Leben außerhalb der Erde entdecken, werden alle unsere vernünftigen Annahmen auf einem solchen Leben beruhen, das auf unserem Planeten existiert. Ich kann mir keine bessere Ausrede vorstellen, um hier rauszukommen und das Universum zu erkunden!