Obwohl nichtbiologische Prozesse Methan erzeugen können, legt eine neue Studie von Wissenschaftlern der Universität von Santa Cruz, Kalifornien, eine Reihe von Umständen fest, unter denen überzeugende Argumente für die biologische Aktivität als Methanquelle in der Atmosphäre eines felsigen Planeten vorgebracht werden könnten.
Methan ist eines der wenigen potenziellen Lebenszeichen oder Biosignaturen, die mit dem James Webb Space Telescope (JWST), das im Dezember von der NASA eingeführt wurde, leicht nachgewiesen werden können. „Sauerstoff wird oft als eine der besten biologischen Signaturen bezeichnet, aber mit JWST wird es wahrscheinlich schwierig sein, ihn nachzuweisen“, erklärte Maggie Thompson, Doktorandin in Astronomie und Astrophysik an der University of California Santa Cruz (UCSC) und Hauptautorin des neuen studieren.
Biosignaturen oder Lebensindikatoren sind Substanzen, Elemente oder Phänomene, die wissenschaftliche Beweise für mögliche Lebenszeichen in der Vergangenheit oder in der Gegenwart liefern. Trotz einiger früherer Studien zu Methan-Biosignaturen gab es keine aktualisierte und dedizierte Bewertung der Planetenbedingungen, die erforderlich sind, damit Methan ein guter Indikator für das Leben ist.
„Wir wollten einen Rahmen für die Interpretation von Beobachtungen bieten. Wenn wir also einen felsigen Planeten mit Methan sehen, wissen wir, welche anderen Beobachtungen erforderlich sind, um ihn zu einer überzeugenden biologischen Signatur zu machen“, sagte Thompson.
Die in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie untersucht eine Vielzahl nichtbiologischer Methanquellen und bewertet ihr Potenzial zur Aufrechterhaltung einer methanreichen Atmosphäre. Dazu gehören Vulkane, Reaktionen in Umgebungen wie Meereskämmen, hydrothermalen Fumarolen und tektonischen Subduktionszonen sowie Einschläge von Kometen oder Asteroiden.
Der Fall von Methan als biologische Signatur ist auf seine Instabilität in der Atmosphäre zurückzuführen. Da photochemische Reaktionen atmosphärisches Methan zerstören, muss es ständig nachgefüllt werden, um ein hohes Niveau aufrechtzuerhalten. „Wenn auf einem felsigen Planeten eine große Menge Methan nachgewiesen wird, ist normalerweise eine massive Quelle erforderlich, um sein Vorkommen zu erklären“, vervollständigte Co-Autor Joshua Krissansen-Totton, ebenfalls Mitglied der UCSC. Wir wissen, dass biologische Aktivität große Mengen Methan auf der Erde erzeugt, und das hat dies wahrscheinlich in den frühen Stadien getan, weil die Produktion von Methan metabolisch recht einfach ist.“
Nicht-biologische Quellen konnten jedoch nicht so viel Methan produzieren, ohne auch beobachtbare Hinweise auf seine Herkunft zu liefern. Das Entgasen von Vulkanen würde beispielsweise sowohl Methan als auch Kohlenmonoxid in die Atmosphäre aufnehmen, während biologische Aktivitäten tendenziell leicht Kohlenmonoxid verbrauchen. Forscher fanden heraus, dass nicht-biologische Prozesse nicht einfach bewohnbare Planetenatmosphären erzeugen können, die reich an Methan und Kohlendioxid sind und wenig oder kein Kohlenmonoxid enthalten.
Die Studie betonte die Notwendigkeit, bei der Bewertung möglicher biologischer Signaturen den gesamten planetarischen Kontext zu berücksichtigen. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass atmosphärisches Methan für einen felsigen Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, eher als starkes Lebenszeichen angesehen wird, wenn die Atmosphäre auch Kohlendioxid enthält, Methan häufiger als Kohlenmonoxid und extrem reich an Wasser ist. Planetenzusammensetzungen können ausgeschlossen werden.
„Ein Molekül gibt Ihnen keine Antwort, Sie müssen den gesamten Kontext des Planeten berücksichtigen“, warnte Thompson. „Methan ist ein Teil des Puzzles, aber um festzustellen, ob es Leben auf einem Planeten gibt, müssen Sie seine Geochemie berücksichtigen, wie es mit seinem Stern interagiert und die vielen Prozesse, die die Atmosphäre eines Planeten auf geologischen Zeitskalen beeinflussen können.“
Die Studie untersuchte eine Vielzahl von Möglichkeiten für Fehlalarme und lieferte Richtlinien für die Bewertung von Methan-Biosignaturen. „Es gibt zwei Dinge, die schief gehen könnten: Wir könnten so etwas wie eine biologische Signatur falsch interpretieren und ein falsches Positiv erhalten, oder wir könnten etwas übersehen, das eine echte biologische Signatur ist“, warnte Krissansen-Totton. Mit diesem Dokument wollten wir einen Rahmen entwickeln, um beide potenziellen Fehler mit Methan zu vermeiden.“
Die Autoren geben an, dass noch viel Arbeit zu tun ist, um den zukünftigen Methannachweis vollständig zu verstehen. „Diese Studie konzentriert sich auf die offensichtlichsten Fehlalarme für Methan als biologische Signatur“, schloss Krissansen-Totton. Die Atmosphäre der felsigen Exoplaneten wird uns wahrscheinlich überraschen, und wir müssen bei unseren Interpretationen vorsichtig sein. Zukünftige Arbeiten sollten darauf abzielen, ungewöhnlichere Mechanismen für die Produktion von nichtbiologischem Methan zu antizipieren und zu quantifizieren.“
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