Exoplaneten und ihre Monde Die Suche nach Leben auf fernen Monden

Ohne Wasser gibt es kein Leben. Punkt. Das ist die gängige Theorie. Es erscheint logisch, denn bisher haben wir nur auf der Erde Leben entdeckt. Genau dieses Leben hat sich im Wasser entwickelt und erst später an Land ausgebreitet. Dann macht es Sinn, genau dort nach Leben zu suchen, wo es auch Wasser gibt. Ozeane wie auf der Erde gibt es bei unseren sieben Nachbarn keine. 

Wir können nach bewohnbaren Exoplaneten Ausschau halten. Selbst wenn diese Anzeichen von Wasser zeigen und wir deren atmosphärische Zusammensetzung mithilfe von Weltraumteleskopen wie James Webb bestimmen können, gibt es ein Problem: Überprüfen können wir es nur mit Raumsonden und Landefahrzeugen. 

Die Darstellung zeigt anhand eines Graphen, dass es Wasser in der Atmosphäre des Exoplaneten WASP 96b gibt und wie des verteilt ist. Bildrechte: NASA, ESA, CSA, and STScI

Doch eine Reise zu fernen Exoplaneten würde Generationen dauern. Wer sagt uns, dass diese Missionen über Hunderte Jahre hinweg auf der Erde nicht vergessen werden? Vielleicht haben wir keine Möglichkeiten mehr, die Daten zu empfangen? Eventuell haben die zukünftigen Erdbewohner keine Ahnung darüber, wie sie die Daten auswerten? 

Düstere Aussichten für die Suche nach Leben. Das muss aber nicht so sein. In unserem Sonnensystem gibt es genug Wasser. Es gibt Asteroiden-Klassen im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, die voller Wasser sind. Selbst unser Mond beherbergt Unmengen an gebundenem Wasser. Da das Wasser aber im Staub und in Glasperlen steckt, werden wir dort kaum Leben finden. Wasser muss in seinem flüssigen Zustand vorliegen, damit es zur Entstehung von Leben führen kann. 

Damit Leben entstehen kann, muss sich der Himmelskörper in der habitablen Zone seines Sterns befinden. Das ist die bewohnbare Zone, bei der Wasser in flüssiger Form vorkommen kann. In und außerhalb unseres Sonnensystems definiert die habitable Zone einen ringförmigen Bereich um das Zentralgestirn. 

In diesem Bereich ist es auf Planeten weder zu heiß noch zu kalt für flüssiges Wasser. Wenn diese Planeten eine dichte Atmosphäre haben, können sie das vorhandene Wasser sogar halten, ohne, dass es in den Weltraum verdunstet. Bei uns erstreckt sich diese Zone von der Umlaufbahn der Venus bis zum Mars. Die Erde befindet sich im idealen Abstand zur Sonne, damit auf ihr Leben entstehen konnte. 

Auch auf dem Mars wird Leben vermutet – zum einen vergangenes und damit fossiles Leben. Denn der Mars befand sich einst näher an der Sonne und hatte eine dichtere Atmosphäre, als es heute der Fall ist. Ausgetrocknete Seen geben Hinweise darauf, dass es auf dem Mars einmal genügend flüssiges Wasser gab, um Leben hervorzubringen. 

Graben der Cerberus Fossae auf dem Mars. Bildrechte: SA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Doch mittlerweile befindet sich der rote Planet am Rande der bewohnbaren Zone und verlässt diese manchmal auch auf seinem Weg um dies Sonne. Die Atmosphäre ist zu dünn, dass sich Wasser auf der Oberfläche halten kann. Anders könnte es unter der Marsoberfläche aussehen. Dort werden Wasservorkommen erwartet, in denen es wiederum lebende Mikroorganismen geben könnte – auch wenn es dafür noch keine Beweise gibt. 

Die Venus befindet sich dagegen am inneren Rand unserer bewohnbaren Zone. Sie könnte einmal ein tropisches Paradies gewesen sein. Doch sie befindet sich zu nah an der Sonne, dass dort Leben wie auf der Erde entstehen konnte. Die starken Gravitationskräfte der Sonne haben der Venus eine gebundene Rotation auferlegt. 

Eine 3D-Aufnahme der Venus. Zu sehen ist die Regien des Maat Mons. Bildrechte: NASA JPL

Deswegen zeigt sie der Sonne fast immer nur eine Seite – ähnlich wie bei unserem Mond, der für eine Umrundung der Erde ungefähr genauso lange braucht wie für seine Eigenrotation. Auf der Venus führt das zu einem extremen Treibhauseffekt, der höllische Temperaturen von 464 Grad Celsius auf der Venusoberfläche hervorbringt. Ohne den Treibhauseffekt wäre es auf dem bösen Zwilling der Erde im Mittel -41 Grad Celsius kalt. 

Wie Biochemiker, Astrophysiker und Astrochemiker des Origins Clusters nun herausgefunden haben, können sich auch Monde in der habitablen Zone befinden – sogar dann, wenn sich ihr Wirtsplanet außerhalb der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet. In unserem Sonnensystem würde das beispielsweise auf einige Monde der Gasriesen zutreffen. 

Diese Planeten befinden sich weit außerhalb des bewohnbaren Bereiches unseres Sonnensystems. Dennoch vermuten Forschende vor allem auf den Eismonden des Jupiters und Saturns möglicherweise die Bausteine von Leben zu finden. Aus diesem Grund schickt die europäische Raumfahrtbehörde Esa die Raumsonde Juice zu den Galileischen Jupitermonden Europa, Callisto und Ganymed. Aber auch unter der Eiskruste des Saturnmondes Enceladus soll sich ein Ozean aus flüssigem Wasser befinden – auch wenn derzeit keine neue Raumsonde zum Ringplaneten unterwegs ist, um das zu untersuchen.

Damit das Wasser auf den Monden flüssig bleibt, brauchen sie eine andere Heizquelle als die Wärme eines Sterns. Das könnten beispielsweise wechselnde Gezeitenkräfte sein, die den Mond so sehr aufheizen, dass sich das Wasser auf dessen Oberfläche flüssig hält.

Die Forschenden des Origins Clusters – zu denen Experten der Ludwig-Maximilians-Universität München, des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching und der Europäischen Südsternwarte ESO gehören – konnten mit einem neuen Modell die Entwicklung von Mondbahnen über einige Milliarden Jahre hinweg berechnen. So lange braucht es meist, damit sich Leben überhaupt erst entwickeln kann. 

Ihren Fokus haben sie dabei auf freifliegende Planeten (FPPs) gelegt, die einsam durch unser Universum wandern. Diese wurden wahrscheinlich durch dynamische Instabilitäten aus ihren Planetensystemen ausgestoßen. Damit haben sie keinen Mutterstern mehr. Ganz so einsam brauchen sie aber nicht sein. Wenn sie Monde auf engen Umlaufbahnen haben, konnten sie diese durch ihre Schwerkraft an sich binden. Ideal dafür sind jupiterähnlichen Planeten, deren Monde so groß wie die Erde sind.

Farbige Illustration eines Planeten, ähnlich eines Gasriesen wie Jupiter; rotbraune Struktur wie langgezogene Wolken. Bildrechte: ESO/M. Kornmesser

"Auf diese Weise fanden wir heraus, dass Exomonde mit kleinen Bahnradien nicht nur die größten Chancen haben, den Rauswurf ihres Planeten aus seinem Planetensystem zu überleben, sondern auch über den längsten Zeitraum exzentrisch bleiben", erklärt Giulia Roccetti von der Eso und Erstautorin der Studie. Solche Monde haben vermutlich eine dichte Atmosphäre, was anders als beim Mars dabei hilft, das Wasser auf dem Himmelskörper zu erhalten. 

Bereits in einer früheren Studie konnten Forschende des Origins Clusters zeigen, dass solche Monde tatsächlich flüssiges Wasser beherbergen können, so die Forschenden. "Die endgültige Wassermenge für einen Exomond mit Erdmasse ist zwar geringer als die Wassermenge in den Ozeanen der Erde, aber sie würde ausreichen, um die potenzielle Entwicklung von ursprünglichem Leben zu ermöglichen", erklärt Tommaso Grassi vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Mitautor. 

Besonders gut bewohnbare Welten sind damit erdgroße Monde mit venusähnlichen Atmosphären, die kleine Abstände zu ihrem Planeten haben. Wenn in Zukunft Raumsonden zu anderen Sternsystemen geschickt werden, könnten diese neben den Planeten auch auf ihren Monden nach Leben suchen. Bis dahin wird aber noch einiges an Zeit vergehen.