Die bisherigen Tests des nagelneuen James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) verliefen nach Plan, auch ein Selfie wurde kürzlich bereits zur Erde gefunkt. Bis dieses neue Instrument, das sehr viel stärker ist als bisherige Weltraumteleskope, seinen Vollbetrieb aufnehmen kann, wird es freilich noch einige Monate dauern.

Eine der zahlreichen Aufgaben des JWST wird auch die Beobachtung von Exoplaneten und deren Atmosphäre sein. Zwar ist das Weltraumteleskop, über dessen Benennung es wegen der angeblichen Homophobie James Webbs bis zuletzt heftige Kontroversen gab, nicht direkt auf die Suche nach extraterrestrischem Leben, also quasi Außerirdischen, ausgelegt. Doch weil alles sehr viel hochaufgelöster zu sehen sein wird, gibt es auch "die Hoffnung, etwas zu sehen, das nach Leben schreit", wie es die Astrophysikerin Nora Lützgendorf formuliert, die für die Europäische Weltraumagentur arbeitet und einen besonders frühen Zugang zu den ersten JWST-Daten haben wird.

Doch wie könnte dieser "Schrei nach Leben" aussehen? Konkreter gefragt: Was wären erste sogenannte Biosignaturen, die vom JWST empfangen werden könnten? Als wichtige Hinweise auf Leben gelten Wasser und Sauerstoff. Letzteren zu finden wäre äußerst bedeutsam, dürfte aber vom neuen Weltraumteleskop nur schwer zu detektieren sein. Bleibt ein weiteres Gas, das auf Leben hindeuten kann: Methan.

Geo- und biochemische Ursachen

Das Gas entsteht zwar auch durch Vulkanismus, Asteroideneinschläge, hydrothermale Quellen am Meeresboden und andere geochemische Prozesse. Doch auf der Erde waren es vor allem auch Mikroorganismen, die schon sehr früh aus biochemischen Gründen für Methan in der Atmosphäre sorgten. 2004 wurde das Gas in sehr geringen Mengen auf dem Mars entdeckt, was seitdem für Spekulationen darüber sorgt, ob es auch auf unserem rötlichen Planetennachbarn mikrobielles Leben gibt.

Doch unter welchen Bedingungen lässt ein Methanfund in der Atmosphäre eines Exoplaneten tatsächlich auf Leben schließen? Dieser Frage ging ein Forschungsteam um Maggie Thompson (Universität von Kalifornien in Santa Cruz) nun im Fachblatt "PNAS" nach – um für etwaige Methanfunde durch das JWST vorbereitet zu sein.

Grundsätzlich gilt, dass Methan in der Atmosphäre instabil ist. Durch UV-Strahlung und photochemische Reaktionen wird das Gas ständig zerstört – und muss also dauernd nachproduziert werden, damit es in der Atmosphäre messbar wird. Hier auf der Erde ist es aktuell vor allem der Mensch, der dafür sorgt: Zwei Drittel der Methanemissionen gehen auf den Menschen zurück, der dafür sorgte, dass die Konzentration des Treibhausgases auf etwa 1880 ppb angestiegen ist. Zum Vergleich: Im Jahr 1750 betrug sie etwas über 700 ppb.

Die Kontexte von Methan

Doch zurück zu Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Wenn man auf einem solchen viel Methan entdeckt, braucht man normalerweise eine massive Quelle, um das zu erklären, sagt Co-Autor Joshua Krissansen-Totton: Nichtbiologische Quellen wie die Ausgasung von Vulkanen wären im Normalfall nicht in der Lage, so viel Methan zu produzieren, ohne sich auf andere Weise zu verraten.

Die Ausgasung von Vulkanen beispielsweise würde der Atmosphäre sowohl Methan als auch Kohlenmonoxid zuführen, während biologische Aktivitäten in der Regel Kohlenmonoxid verbrauchen. Mit anderen Worten: Bewohnbare Exoplanetenatmosphären, die reich an Methan sind und wenig oder gar kein Kohlenmonoxid, dafür aber Kohlendioxid enthalten, lassen mit größerer Wahrscheinlichkeit auf Leben schließen.

Ein einzelnes Molekül wie Methan reiche also nicht aus, um die Antwort zu finden, ob es Leben auf einem Planeten gibt, resümiert Thompson: "Man muss den gesamten Kontext des Planeten berücksichtigen. Methan ist ein Teil des Puzzles, aber um festzustellen, ob es auf einem Planeten Leben gibt, muss man seine Geochemie mit in Betracht ziehen und die vielen Prozesse, die die Atmosphäre eines Planeten beeinflussen können." (Klaus Taschwer, 29.3.2022)