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Astronomie: Neue Methode zum Auffinden von Wasser auf Exoplaneten

Ob es auf einem Exoplaneten flüssiges Wasser gibt, könnte die Abwesenheit von Kohlendioxid zeigen – zumindest, wenn die Atmosphären der Nachbarplaneten einen hohen CO2-Anteil aufweisen.



Bisher fehlt eine eindeutige Nachweismethode für das Vorhandensein von Wasser auf fremden Planeten. Mithilfe einer astronomischen Forschungsgruppe könnte sich das ändern, die Methode wäre sogar für Großteleskope der heutigen Generation anwendbar.

Ein einfach nachweisbares CO2-Defizit in der Atmosphäre könnte zur Klärung beitragen. Die Gruppe schaute sich drei terrestrische Planeten in unserem Sonnensystem genauer an: Venus, Erde und Mars. Die Drei sind sich geologisch ähnlich, doch nur die Erde enthält heute einen Ozean aus flüssigem Wasser und ist lebensfreundlich.

Der Unterschied scheint in der Atmosphäre der drei Planeten zu liegen. Anfangs überwog bei allen Dreien der Kohlendioxidanteil in ihrer Gashülle. Bei Venus und Mars liegt er heute noch bei über 90 Prozent, bei der Erde nur bei 0,04 Prozent. Irgendwo muss das Gas geblieben sein.

Die Ozeane haben das Kohlendioxid gebunden

"Der einzige Prozess, der so viel CO2 aus einer Atmosphäre entfernen kann, ist ein starker Wasserkreislauf mit Ozeanen aus flüssigem Wasser", erklärt die Gruppe in ihrer Studie. Im Lauf der Zeit kühlte sich die Erde genug ab, um flüssiges Wasser zu ermöglichen. In den neugebildeten Urmeeren "löste sich ein großer Teil des atmosphärischen CO2/CO", so die Forscher.

Durch geochemische Reaktionen wurde ein Teil des Kohlendioxids in Form von Carbonaten und anderen kohlenstoffhaltigen Mineralen am Meeresgrund gebunden. Im Gegensatz zu den Nachbarplaneten sank der Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre entsprechend ab.

Dieses auffallende CO2-Defizit könnte bei anderen Planeten ein Hinweis darauf sein, ob diese flüssiges Wasser oder einen Ozean auf der Oberfläche besitzen. Da Kohlendioxid ein starker Strahlungsabsorber im infraroten Wellenbereich ist, können heutige Teleskope mit hochauflösenden Infrarotspektrometern diesen anhand der Absorptionslinien im Lichtspektrum ziemlich einfach ermitteln. Das James-Webb-Teleskop konnte dies bereits beim Gasriesen WASP-39b nachweisen.

Ozon und fehlendes CO2 könnten ein Anzeichen für außerirdisches Leben sein

Ein weiteres gut nachweisbares Gas ist Ozon. Auf der Erde nehmen Pflanzen und andere Lebensformen große Mengen an Kohlendioxid auf. Dafür geben sie Sauerstoff (O2) an die Atmosphäre ab, der wiederum unter der UV-Einwirkung in der oberen Atmosphäre in Ozon (O3) umgewandelt wird.

Die Kombination aus einem Kohlendioxid-Defizit und dem Vorhandensein von Ozon könnte damit auch ein Hinweis auf außerirdisches Leben sein. Es gibt momentan nur wenige Systeme, die für eine systematische Spektralanalyse mit dem James-Webb-Teleskop infrage kommen. Eine systematische Untersuchung der vorhandenen Systeme könnte einen Hinweis auf einen bewohnbaren Planeten geben.

Zur Studie

Die Studie wurde am 28. Dezember 2023 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht: Atmospheric carbon depletion as a tracer of water oceans and biomass on temperate terrestrial exoplanets (Atmosphärischer Kohlenstoffabbau als Indikator für Wasser, Ozeane und Biomasse auf gemäßigten terrestrischen Exoplaneten).

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