Die Erde als Versuchsobjekt

Die Er­de als un­schein­ba­rer Fleck

In der Stu­die, die so­eben in der Fach­zeit­schrift ex­ter­ne Sei­teThe As­tro­phy­si­cal Jour­nalcall_made ver­öf­fent­lich­te wur­de, un­ter­such­ten die For­schen­den Jean-​Noël Mett­ler, Björn S. Kon­rad, Sa­scha P. Quanz und Ra­vit Hel­led nun, wie gut ei­ne LIFE-​Mission ei­nen Exo­pla­ne­ten im Hin­blick auf sei­ne Be­wohn­bar­keit cha­rak­te­ri­sie­ren könn­te. Da­zu be­trach­te­ten sie die Er­de als Exo­pla­ne­ten und ga­ben Be­ob­ach­tun­gen auf un­se­ren Hei­mat­pla­ne­ten vor

Ein­zig­ar­tig an der Un­ter­su­chung ist, dass das Team die Fä­hig­keit der künf­ti­gen LIFE-​Mission an rea­len statt an si­mu­lier­ten Spek­tren ge­tes­tet hat. Sie nutz­ten da­zu Da­ten ei­nes Erd­at­mo­sphä­ren­mess­ge­räts des Nasa-​Forschungssatelliten Aqua. Mit die­sen Da­ten er­zeug­ten sie Emis­si­ons­spek­tren der Er­de im mitt­le­ren In­fra­rot­be­reich, wie sie bei künf­ti­gen Be­ob­ach­tun­gen von Exo­pla­ne­ten er­fasst wer­den könn­ten.

Zwei Über­le­gun­gen stan­den da­bei im Mit­tel­punkt. Ers­tens: Wenn ein gros­ses Welt­raum­te­le­skop aus dem All die Er­de be­ob­ach­ten wür­de, wel­che Art von In­fra­rot­spek­trum wür­de es auf­neh­men? Weil die Er­de aus gros­ser Ent­fer­nung be­ob­ach­tet wür­de, sä­he sie aus wie ein un­schein­ba­rer Fleck – oh­ne er­kenn­ba­re Merk­ma­le wie Meer oder Ber­ge –, ein ein­zel­ner Pi­xel auf ei­nem di­gi­ta­len Bild. Das heisst, die Spek­tren wä­ren dann räum­li­che und zeit­li­che Mit­tel­wer­te, die da­von ab­hän­gen, wel­che An­sich­ten des Pla­ne­ten das Te­le­skop ein­fan­gen wür­de und für wie lan­ge.

Per­spek­ti­ve und Jah­res­zei­ten be­rück­sich­ti­gen

Dar­aus lei­te­ten die Phy­si­ke­rin­nen und Phy­si­ker in ih­rer Stu­die die zwei­te Über­le­gung ab: Wenn die­se ge­mit­tel­ten Spek­tren ana­ly­siert wür­den, um In­for­ma­tio­nen über die At­mo­sphä­re und die Ober­flä­chen­be­din­gun­gen der Er­de zu er­hal­ten, wie wür­den die Er­geb­nis­se von Fak­to­ren wie der Be­ob­ach­tungs­geo­me­trie und den jah­res­zeit­li­chen Schwan­kun­gen ab­hän­gen?

Die For­schen­den be­rück­sich­tig­ten da­zu drei Be­ob­ach­tungs­geo­me­trien – die bei­den An­sich­ten von den Po­len und zu­sätz­lich ei­ne äqua­to­ria­le An­sicht – und kon­zen­trier­ten sich auf Da­ten, die in den Mo­na­ten Ja­nu­ar und Ju­li auf­ge­nom­men wur­den, um die gröss­ten sai­so­na­len Ver­än­de­run­gen zu be­rück­sich­ti­gen.

Er­folg­reich als be­wohn­ba­ren Pla­ne­ten iden­ti­fi­ziert

Das wich­tigs­te Er­geb­nis der Stu­die ist er­mu­ti­gend: Wenn ein Welt­raum­te­le­skop wie LIFE den Pla­ne­ten Er­de aus rund 30 Licht­jah­ren Ent­fer­nung be­ob­ach­ten wür­de, wür­de es Hin­wei­se auf ei­ne ge­mäs­sig­te, be­wohn­ba­re Welt fin­den. So konn­te das Team in den In­fra­rot­spek­tren der Erd­at­mo­sphä­re Kon­zen­tra­tio­nen der at­mo­sphä­ri­schen Ga­se CO₂, Was­ser, Ozon und Me­than nach­wei­sen so­wie Ober­flä­chen­be­din­gun­gen, die das Vor­kom­men von Was­ser be­güns­ti­gen. Der Nach­weis von Ozon und Me­than ist be­son­ders wich­tig, da die­se Ga­se von der Bio­sphä­re der Er­de pro­du­ziert wer­den.

Die­se Er­geb­nis­se sind un­ab­hän­gig von der Be­ob­ach­tungs­geo­me­trie, wie die For­schen­den zeig­ten. Das ist ei­ne gu­te Nach­richt, da die ge­naue Be­ob­ach­tungs­geo­me­trie bei zu­künf­ti­gen Be­ob­ach­tun­gen von erd­ähn­li­chen Exo­pla­ne­ten wahr­schein­lich un­be­kannt sein wird.

Beim Ver­gleich von sai­so­na­len Schwan­kun­gen war das Er­geb­nis hin­ge­gen we­ni­ger auf­schluss­reich. «Auch wenn die at­mo­sphä­ri­sche Sai­so­na­li­tät nicht leicht zu be­ob­ach­ten ist, zeigt un­se­re Stu­die, dass Welt­raum­mis­sio­nen der nächs­ten Ge­nera­ti­on be­ur­tei­len kön­nen, ob na­he ge­le­ge­ne ge­mäs­sig­te erd­ähn­li­che Exo­pla­ne­ten be­wohn­bar oder so­gar be­wohnt sind», sagt Sa­scha Quanz.

Aus­zü­ge die­ses Ar­ti­kels stam­men aus dem Text «Wenn die Er­de ein Exo­pla­net wä­re» von Wis­sen­schafts­au­torin Ga­ia Do­na­ti.