Ein Traum von der Entdeckung außerirdischen Lebens findet neue Hoffnung

Eines der vielen Male Lisa KalteneggerSein Traum rückte an einem kalten Aprilmorgen vor einem Jahrzehnt bei einer Astronomiekonferenz ein Stück näher an die Realität heran. Sie umklammerte, wie sie sich erinnert, eine schreckliche, einfach schreckliche Tasse Kaffee, nicht weil sie noch mehr davon trinken wollte, sondern weil sie in der Schlange gewartet hatte und sie warm in ihren Händen war. Dann drehte sich Bill Borucki in ihre Richtung.

Sie bereitete sich darauf vor, ihm zu sagen, er solle den Kaffee meiden. Aber Borucki, Leiter der Kepler-Mission der NASA, einem Weltraumteleskop, das entwickelt wurde, um nach Planeten zu suchen, die andere Sterne umkreisen (oder „Exoplaneten“), hatte etwas anderes zu besprechen. Kepler hatte einen Blick darauf geworfen seine ersten beiden erdgroßen Exoplaneten mit einer guten Chance, flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen zu haben. Dies waren die seltsamen neuen Welten, die sich jeder auf der Konferenz – und möglicherweise der größte Teil der Menschheit – mindestens einmal vorgestellt hatte. Würde Kaltenegger bestätigen, dass die Planeten bewohnbar sein könnten?

Kaltenegger, damals Astrophysiker am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Deutschland, begann noch vor Ende der Konferenz mit der Durchführung neuer Klimamodelle, in die grundlegende Fakten wie die Durchmesser der Planeten und das lauwarme Leuchten ihres Sterns einflossen. Ihre ultimative Antwort: ein eingeschränktes ja. Die Planeten könnten für Leben oder zumindest für flüssiges Wasser geeignet sein; Sie könnten sogar Wasserwelten sein, eingeschlossen in endlosen Ozeanen, ohne dass ein einziger Felsvorsprung über den Wellen ragt. Der Vorbehalt war, dass sie fortgeschrittenere Beobachtungen brauchte, um sicher zu sein.

Kaltenegger ist seitdem vielleicht der weltweit führende Computermodellierer potenziell bewohnbarer Welten. Im Jahr 2019, als ein weiteres Exoplaneten-jagendes NASA-Raumschiff namens TESS seinen eigenen fand erste felsige, gemäßigte Welten, wurde sie erneut berufen, die Rolle der kosmischen Hausinspektorin zu spielen. Zuletzt bat die in Belgien ansässige SPECULOOS-Umfrage um Verständnishilfe ein neu entdeckter erdgroßer Planet genannt SPECULOOS-2c, das seinem Stern prekär nahe kommt. Sie und ihre Kollegen erstellten eine Analyse, hochgeladen als ein Preprint im September und zeigte, dass das Wasser von SPECULOOS-2c dabei sein könnte, wie Saunadampf zu verdampfen, wie es alle Meere der Venus vor langer Zeit taten und wie die Ozeane der Erde in einer halben Milliarde Jahren damit beginnen werden. Teleskopbeobachtungen sollten in der Lage sein, innerhalb weniger Jahre zu sagen, ob dies geschieht, was dazu beitragen wird, die Zukunft unseres eigenen Planeten aufzudecken und die scharfe Unterscheidung zwischen feindlichen und bewohnbaren Welten in der gesamten Galaxie weiter zu verdeutlichen.

Bei der Simulation von Ersatzerden und spekulativeren Visionen von lebenden Planeten nutzt Kaltenegger das bizarre Leben und die Geologie der Erde, um systematischere Erwartungen darüber zu entwickeln, was anderswo möglich sein könnte. „Ich versuche, die Grundlagen zu schaffen“, sagte sie mir kürzlich bei einem Besuch an der Cornell University, wo sie ein Institut leitet, das nach Carl Sagan benannt ist, einem weiteren charismatischen Astronomen aus Ithaka, der große Ideen hat, wie man den einsamen Aufenthalt der Menschheit im Kosmos beenden kann.

Ihre übergreifende Suche – die Suche nach außerirdischem Leben – tritt in eine beispiellose Phase ein. Abgesehen von der plötzlichen Ankunft von so etwas wie einer außerirdischen Radiosendung glauben die meisten Astronomen, dass unsere beste kurzfristige Chance, auf anderes Leben im Kosmos zu stoßen, darin besteht, Biosignaturgase zu entdecken – Gase, die nur aus Leben stammen können – Schweben in der Atmosphäre von Exoplaneten. Die Art der Fernmessung, die für diese Art der Erkennung erforderlich ist, hat die Fähigkeiten selbst der fortschrittlichsten Observatorien der Menschheit strapaziert. Aber mit dem James Webb Space Telescope (JWST), das sich jetzt in den ersten Beobachtungsmonaten befindet, ist eine solche Entdeckung möglich geworden.

In den nächsten Jahren wird das riesige Weltraumteleskop eine Handvoll Felswelten, die als höchstwahrscheinlich bewohnbar gelten, genau unter die Lupe nehmen, darunter wahrscheinlich auch das neue SPECULOOS-2c. Zumindest sollten die Studien von JWST erkennen, ob diese Planeten Atmosphären haben; Sie könnten auch zeigen, dass einige von flüssigem Wasser triefen. Am optimistischsten – wenn Biosphären leicht aus erdähnlichen Welten erblühen – könnte das Teleskop auf einem dieser Planeten ungerade Verhältnisse von beispielsweise Kohlendioxid, Sauerstoff und Methan entdecken. Astronomen könnten dann sehr versucht sein, das Gebräu der Anwesenheit eines außerirdischen Ökosystems zuzuschreiben.

Um Biosignaturen zu finden, müssen Kaltenegger und eine kleine Gruppe ihrer Kollegen Gewissheit aus äußerst wenigen Photonen herauspressen. Die gesuchten atmosphärischen Signale werden nicht nur schwach sein, sondern sie und ihre Kollegen müssen auch das mögliche Zusammenspiel von Sternenlicht, Gestein und Luft eines Planeten genau genug modellieren, um sicherzugehen, dass nichts außer Leben das Vorhandensein eines bestimmten atmosphärischen Gases erklären kann. Jede solche Analyse muss zwischen Skylla und Charybdis navigieren und sowohl falsche Negative – Leben war da, aber Sie haben es verpasst – als auch falsche Positive vermeiden, die Leben finden, wo es keins gibt.

Ein Fehler hat Konsequenzen. Im Gegensatz zu den meisten wissenschaftlichen Bemühungen findet die Suche nach Anzeichen von außerirdischem Leben unter einem unvermeidlichen Scheinwerferlicht und in einem turbogeladenen Informationsökosystem statt, in dem jeder Wissenschaftler „Leben!“ Ruft. verzerrt das Gefüge aus Finanzierung, Aufmerksamkeit und öffentlichem Vertrauen. Kaltenegger selbst saß kürzlich in einer solchen Episode in der ersten Reihe.

Ihre Generation sieht sich einem anderen Druck ausgesetzt, einem, den ich vorsichtig darstellen wollte, aber nur eine Stunde nachdem ich sie getroffen hatte, herausplatzte. Sie und ihre Kollegen begannen ihre Karriere zu Beginn der Ära der Exoplaneten. Jetzt sind sie in einem Rennen, um Leben auf einem zu entdecken, bevor sie sterben.

Planetare Träumer

Die moderne Suche nach Biosignaturen begann fast unmittelbar nach der Entdeckung des ersten Exoplaneten – eines Gasriesen – im Jahr 1995, der einen sonnenähnlichen Stern umkreiste. Die Planetenjagd wurde bald widerspenstig und wettbewerbsorientiert, ein Wettlauf um die Schlagzeilen. Einige hochrangige Astronomen bezweifelten, dass das auffällige, ressourcenhungrige Teilfeld viel mehr als einmalige Messungen einiger weniger einzigartiger Planeten liefern könnte. „Die Leute waren offen skeptisch, und einige Leute waren wütend dagegen“, sagte er Sara Seeger, ein Exoplaneten-Astronom am Massachusetts Institute of Technology. In der Zwischenzeit begannen Enklaven gleichgesinnter Forscher, sich zu Workshops zu versammeln, um neue Fragen unter freiem Himmel zu erforschen. „Wir haben zu keiner Idee nein gesagt“, sagte Seager, der zu dieser Zeit ein Doktorand war.

Kaltenegger war ein Neuling an der Universität, als die Nachrichten über die ersten riesigen Exoplaneten eintrafen. Sie war in einer kleinen Stadt in Österreich aufgewachsen, mit Eltern, die ihre Interessen in Mathematik, Physik und Sprachen unterstützten; Die Stadtbibliothekare kannten sie so gut, dass sie ihr die neuen Bücher gaben, die sie noch nicht kategorisiert hatten. „Alles war möglich“, sagte sie über ihre Erziehung. An der Universität Graz reizte sie die neue Suche nach neuen Welten. Seager, der Kaltenegger 1997 bei einem Sommerschulprogramm kennenlernte, lobt heute den bemerkenswerten Mut, der einen Studenten dazu veranlasste, sich einem Teilgebiet anzuschließen, das noch so randständig und kurzlebig war. „Am Anfang dabei sein zu können – das war kein Zufall“, sagte Seager. Am Ende ihres Grundstudiums hatte Kaltenegger Fördermittel von der Europäischen Union eingeworben und sich selbst zu einem freien Platz in einem Observatorium auf Teneriffa auf den Kanarischen Inseln eingeladen. Dort verbrachte sie lange, kaffeegetränkte Nächte auf der Jagd nach Exoplaneten, hörte sich das Dire Straits-Album eines Postdocs in Dauerschleife an, bevor sie nach draußen stolperte, um den Sonnenaufgang über einer mit Lava übersäten Landschaft zu sehen.

In der Zwischenzeit mischten sich die Weltraumagenturen in die Aktion ein. 1996 veröffentlichte ein NASA-Administrator, Dan Goldin, einen Plan, der praktisch direkt von der Entdeckung der ersten Gasriesen-Exoplaneten bis zur Endzone gesprintet wäre. Sein Plan sah riesige weltraumgestützte Observatorien vor, Terrestrial Planet Finder genannt, die detaillierte spektroskopische Messungen von fremden Erden durchführen und ihr Licht in seine Farbkomponenten zerlegen könnten, um ihre chemische Zusammensetzung zu verstehen.

Besser noch, Goldin wollte echte Bilder von Planeten. Im Jahr 1990 hatte die Voyager-Sonde der NASA auf Sagans Geheiß ein Foto von Zuhause jenseits der Umlaufbahn des Neptun aufgenommen und unsere gesamte lebendige, atmende, zerbrechliche Welt auf einen blassblauen Punkt reduziert, der in einer Leere schwebte. Was wäre, wenn wir dort draußen einen weiteren blassblauen Punkt im Schwarzen funkeln sehen könnten?

Die Europäische Weltraumorganisation hat ihre eigene Version einer Lebensfindungsmission zur Erkundung von Erdzwillingen namens Darwin entwickelt. Kaltenegger, damals 24, bewarb sich und bekam den Job. „Ich habe mich gefragt: Lebst du in einer Zeit, in der du herausfinden kannst, ob wir allein im Universum sind, und ob ich helfen kann?“ sagte sie in Cornell, trug eine türkisfarbene Edelsteinkette, die einen hellblauen Punkt symbolisierte, und balancierte eine Teetasse auf ihrem Knie. „Wenn ich auf mein Leben zurückblicke, möchte ich das wahrscheinlich getan haben.“ Sie wurde beauftragt, die Design-Kompromisse der Mission zu berücksichtigen und die Liste der Sterne zu entwerfen, die Darwins Teleskopflotte nach Planeten scannen sollte. parallel verfolgte sie ihre Promotion.

Aber in den 2000er Jahren zerbröckelten Visionen von großen Teleskopen zur Jagd auf Außerirdische auf beiden Seiten des Atlantiks. Darwin-Studien verpufften 2007. Ein Grund war JWSTs eigener durchhängender Entwicklungsplan, der Budgets und Aufmerksamkeitsspannen verschlang. Ein weiterer Grund waren wissenschaftliche Zweifel: Damals hatten Astronomen keine Ahnung, welcher Anteil der Sterne der Milchstraße Gesteinsplaneten mit der Möglichkeit eines stabilen, gemäßigten Klimas haben.

Dieser Bruchteil würde etwa ein Fünftel betragen, wie das Kepler-Weltraumteleskop enthüllte, das 2009 gestartet wurde und Tausende von Exoplaneten entdeckte. Eine Terrestrial Planet Finder-Mission, sollte eine wiederbelebt werden, hätte viele Orte, auf die sie zeigen kann.

Seit dem Start von Kepler haben jedoch pragmatische Kompromisse Astrobiologen dazu veranlasst, kleiner zu träumen und ihre Ressourcen auf einen bescheideneren Weg zu lenken. Ein Observatorium wie Darwin hätte das Signal eines felsigen Planeten neben einem viel helleren Stern erkennen können – eine Herausforderung, die oft mit dem Fotografieren eines Glühwürmchens verglichen wird, das um einen Suchscheinwerfer herumfliegt. Aber jetzt gibt es einen anderen, billigeren Weg.

Seager und der Harvard-Astronom Dimitar Sasselow ausgeträumt die Alternativmethode im Jahr 2000 – eine Möglichkeit, in die Atmosphäre eines Exoplaneten zu schnüffeln, selbst wenn das Licht des Planeten und seines Sterns vermischt wird. Zuerst suchen Teleskope nach Planeten, die „transieren“, also aus der Perspektive der Erde gesehen vor ihrem Stern kreuzen, was zu einer leichten Abschwächung des Sternenlichts führt. Diese Transite sind reich an Informationen. Während eines Transits sprießt das Spektrum eines Sterns neue Unebenheiten und wackelt, weil ein Teil des Sternenlichts durch den Atmosphärenring um den Planeten scheint und Moleküle in der Atmosphäre Licht bestimmter Frequenzen absorbieren. Eine kunstvolle Analyse der spektralen Wellen enthüllt die verantwortliche Chemie in großer Höhe. Das Hubble-Weltraumteleskop begann 2002 mit der Erprobung dieser Technik. Natriumdampf finden um einen weit entfernten Gasriesenplaneten; Zusammen mit anderen Teleskopen hat es den Trick seitdem an Dutzenden von Zielen wiederholt.

Jetzt musste das Universum nur noch einige geeignete erdähnliche Welten zum Anschauen aushusten.

Exoplaneten-Durchmusterungen schienen auf viele verkochte Jupiter und zu kleine Neptune um andere Sterne herum zu stoßen, aber felsige Planeten mit dem Potenzial für flüssiges Wasser blieben bis zur Kepler-Ära rar. Bis Mitte der 2010er Jahre hatte Kepler gezeigt, dass erdgroße Welten üblich sind; Es entdeckte sogar einige potenziell bewohnbare Exemplare, die vor ihren Sternen vorbeizogen, wie das Paar, das Kaltenegger für Borucki modelliert hatte. Dennoch waren die konkreten Beispiele, die Kepler auftauchte, zu weit entfernt für eine gute Nachfolgestudie. Unterdessen fanden Astronomen im Jahr 2016 heraus, dass der erdnächste Stern, Proxima Centauri, einen potenziell bewohnbaren Planeten von der Größe der Erde hat. Aber dieser Planet passiert seinen Stern nicht.

2009 fügten Kaltenegger, die damals in Harvard war und das Feld selbst prägte, und ein Mitarbeiter, Wesley Traub, eine weitere Qualifikation hinzu. Sie dachten darüber nach, was eine außerirdische Zivilisation brauchen würde Nachweis von Biosignaturgasen auf der Erde – ein Planet mit einer relativ dichten Atmosphärendecke, der einen hellen Stern durchquert. Sie erkannten, dass ein Teleskop wie das JWST bei jedem Durchgang nur winzige Signale von atmosphärischen Gasen sehen würde, sodass Astronomen, um statistische Gewissheit zu erlangen, Dutzende oder sogar Hunderte von Durchgängen beobachten müssten, was Jahre dauern würde. Aufgrund dieser Erkenntnis begannen Astronomen, die Erde in engen Umlaufbahnen um dunklere, kältere rote Zwergsterne zu suchen, wo atmosphärische Signale weniger vom Sternenlicht übertönt werden und Transite sich häufiger wiederholen.

Der Kosmos kam durch. 2017 gaben Astronomen die Entdeckung von sieben Gesteinsplaneten um einen roten Zwergstern namens TRAPPIST-1 bekannt. Dann tauchte im September das SPECULOOS-2-System als Backup auf. Diese Sterne sind nah. Sie sind dunkel und rot. Sie haben jeweils mehrere felsige Planeten, die im Transit sind. Und ab Sommer läuft die JWST sogar noch besser als erwartet. Es wird einen beträchtlichen Teil der nächsten fünf Jahre damit verbringen, diese unordentlichen Kugeln aus Gestein und Chemikalien anzustarren, die sich um ihre seltsamen Sterne drehen. Für Theoretiker wie Kaltenegger, die von Tagträumen über alternative Erden zu am laufenden Band laufenden Vorhersagen über ihre atmosphärische Chemie übergingen, ist die jahrzehntelange Vorfreude einem langsamen Einblenden verschnörkelter Spektren auf Computermonitoren gewichen.

Leuchtende Alien-Dame

Über zwei Jahre lang war Kalteneggers Büro – das gleiche, in dem Sagan früher gearbeitet hatte – in der Zeit eingefroren. Erst kam die Pandemie, dann ein Sabbatical. Im August war sie zurück und ging mit einem Marker in der Hand auf ihrem Whiteboard vor und ging eine Liste mit Ideen durch, die im Autorenzimmer von a nicht fehl am Platz aussehen würden Star Trek Serie. (Gaia und SETI. Dunkle Ozeane. Ozon. Land. Flache Ozeane. Eisen?) „Das ist der lustige Teil“, sagte sie und ging die Themen ihrer bereits veröffentlichten Arbeiten durch.

Kaltenegger wurde 2015 Gründungsdirektorin des Carl Sagan Instituts, nachdem sie Stationen in Harvard und dann in Heidelberg gemacht hatte, wo sie ihr erstes Labor leitete. Eines Tages während ihrer Zeit in Heidelberg kam eine E-Mail von Jonathan Luna, die Leiterin der Astronomieabteilung in Cornell, und fragte, ob sie über wichtige Gelegenheiten sprechen wolle. „Ich sage, oh mein Gott, es ist eine ‚Frau in der Wissenschaft'-Veranstaltung. Ab einem bestimmten Punkt bekommt man zu viele dieser Einladungen.“ Lunine suchte stattdessen nach einem neuen Professor. Kaltenegger antwortete, dass sie lieber an einem interdisziplinären, astrobiologischen Institut arbeiten würde. Also führe einen hierher, schlug er vor.

Neulich saßen wir morgens in einem Garten auf dem Campus unweit des Instituts, flankiert von Rhododendren. Als gesprenkeltes Sonnenlicht herunterfiel, hüpfte ein kleiner Vogel auf einen Baumstamm, eine Zikade summte und das Dröhnen eines Rasenmähers bewegte sich näher und dann weiter weg. Dies war offensichtlich eine bewohnte Welt.

Kalteneggers Handwerkszeug ist Vorstellungskraft: sowohl die Art, der Astronomen vertrauen, wenn sie ein 10-Milliarden-Dollar-Weltraumteleskop wie JWST planen, als auch die poetischere Art, die das öffentliche Publikum bewegt. Wie sah diese Szene für sie aus?

Sie blickte auf. Die Bäume hatten grüne Blätter, wie die meisten bekannten Organismen, die Photosynthese betreiben. Sie hatten sich entwickelt, um unsere gelbe Sonne und ihre großzügige sichtbare Lichtstrahlung zu nutzen, indem sie Pigmente verwendeten, die blaue und rote Photonen einfangen, während sie grüne Wellenlängen abprallen lassen. Aber Pflanzen um kältere Sterne, die gierig nach Licht sind, könnten dunklere Farbtöne annehmen. „Vor meinem inneren Auge, wenn ich will, verwandelt es sich einfach komplett, wenn wir im Garten unter einer roten Sonne sitzen“, sagte sie. „Alles ist lila um dich herum, hinter dir“, einschließlich der Blätter.

Uncanny-Valley-Versionen der Erde sind seit zwei Jahrzehnten in Kalteneggers Denken stark vertreten, aufgrund eines nagenden Zweifels, den sie während ihrer Arbeit an der Darwin-Mission in den frühen 2000er Jahren entwickelte.

Das damalige Ziel war es, Spektren von felsigen, gemäßigten Planeten mit dem zu vergleichen, wie das Spektrum der Erde aus der Ferne aussehen würde, um auffällige Signale wie einen Sauerstoffüberschuss aufgrund der weit verbreiteten Photosynthese zu suchen. Kalteneggers Einwand war, dass die Atmosphäre in den ersten 2 Milliarden Jahren der Existenz der Erde keinen Sauerstoff hatte. Dann dauerte es eine weitere Milliarde Jahre, bis sich Sauerstoff auf ein hohes Niveau aufgebaut hatte. Und diese Biosignatur erreichte ihre höchste Konzentration nicht im heutigen Spektrum der Erde, sondern während eines kurzen Fensters in der späten Kreidezeit, als Protovögel riesige Insekten durch den Himmel jagten.

Ohne ein gutes theoretisches Modell dafür, wie sich das eigene Spektrum der Erde verändert hat, befürchtete Kaltenegger, könnten die großen Planetensuchmissionen leicht eine lebende Welt übersehen, die nicht zu einer engen zeitlichen Vorlage passte. Sie musste sich die Erde als einen Exoplaneten vorstellen, der sich im Laufe der Zeit entwickelt. Dazu adaptierte sie eines der ersten globalen Klimamodelle des Geowissenschaftlers James Kasting, das noch heute Hinweise auf die Magnetband-Ära der 1970er-Jahre enthält. Kaltenegger entwickelte diesen Code zu einem maßgeschneiderten Werkzeug, das nicht nur die Erde analysieren kann durch die Zeit, aber auch radikal fremde Szenarien, und es bleibt das Arbeitspferd ihres Labors.

Am Tag nach unserem Gespräch im Garten saß ich im Büro neben dem von Kaltenegger und schaute Postdoc Rebecca Payne über die Schulter, während wir beide auf enge Textzeilen auf schwarzem Hintergrund blinzelten. „Wenn ich mich nicht für ein schwarzes Farbschema entscheide, wollen mir am Ende des Tages die Augen aus dem Kopf fallen“, sagte sie.

Payne und ihre Kollegen füttern ihre Software mit grundlegenden Fakten über einen Planeten, wie etwa seinen Radius und seine Umlaufbahn sowie die Art seines Sterns. Dann stellen sie Vermutungen über seine mögliche atmosphärische Zusammensetzung an und lassen ihre Modelle laufen, um zu sehen, wie die Atmosphäre des Planeten im Laufe der Äonen aussehen würde. Als sie dies für SPECULOOS-2c taten, sahen sie virtuelle Chemikalien, die in virtuelles Sternenlicht getaucht waren, aufsteigen, fallen und sich gegenseitig durch simulierte chemische Reaktionen vernichten. Die imaginäre Atmosphäre stellte sich schließlich in ein Gleichgewicht ein, und die Software ließ einen Tisch erscheinen. Payne zog eines auf den Bildschirm. Sie fuhr mit der Maus über Reihe für Reihe und zeigte Vermutungen über die Temperatur und Chemie des neuen Planeten in verschiedenen Höhen an. Anhand dieser Informationen konnten sie und ihre Kollegen besonders häufig vorkommende Verbindungen identifizieren, die JWST oder ein anderes Instrument möglicherweise erkennen könnten.

Von dem Erde-durch-Zeit-Studie Viele Arbeiten von Kaltenegger folgen dem gleichen Muster. Ihr Trick besteht darin, das, was wir über den eigenen Reichtum der Erde wissen, in ihrer theoretischen Handfläche zu sammeln und es dann wie einen Basketball um verschiedene Achsen zu drehen. Was wäre, wenn wir rechtzeitig zurückgespult würden? Was wäre, wenn eine fremde Erde eine andere Geologie hätte? Eine andere Atmosphäre? Eine reine Meeresoberfläche? Was wäre, wenn es eine rote Sonne oder die glühend heiße Asche eines Weißen Zwergs umkreisen würde?

In 2010 zum Beispiel Sie fand dass das damals bevorstehende JWST in der Lage sein sollte, auf das Vorhandensein von Gasen aus einem Vulkanausbruch wie dem Ausbruch des Mount Pinatubo 1991 auf den Philippinen zu schließen, wenn ein ähnliches Ereignis auf einem Exoplaneten stattfand. Oder es könnte Welten identifizieren, die nicht vom Kohlenstoffkreislauf zwischen Oberfläche und Atmosphäre (wie auf der Erde) beherrscht werden, sondern stattdessen durch Schwefel von Vulkanen freigesetzt und dann vom Sternenlicht abgebaut. Solche Klimazyklen sind wichtig, wenn Sie versuchen, Biosignaturgase zu identifizieren, und auch, weil sie Teil der größeren Physik von Planeten sind. „Biosignaturen sitzen nur als Sahnehäubchen auf dem Kuchen, aber im Grunde gibt es viel Kuchen zu essen“, sagte Sasselov, der bei diesen Projekten mit Kaltenegger zusammengearbeitet hat.

Abgesehen von ihrer atmosphärischen Modellierung hat Kaltenegger das letzte Jahrzehnt auch damit verbracht, die Erde zu durchkämmen, um so etwas wie das Kuriositätenkabinett eines Astrobiologen zusammenzustellen: eine öffentliche Datenbank mit seltsamen Spektren. Wenn es Astronomen gelingt, ein anomales Wackeln in einem Exoplanetenspektrum zu finden, könnte ihre Datenbank den Schlüssel zu seiner Entschlüsselung liefern.

Auf einer Reise in den Yellowstone-Nationalpark bestaunte Kaltenegger zum Beispiel bunte mikrobielle Ablagerungen auf den Oberflächen heißer Teiche. Das veranlasste sie und ihre Kollegen damals dazu, 137 Bakterienarten in Petrischalen zu kultivieren veröffentlichen ihre Spektren. „Es gibt wahrscheinlich keine Farbe im Regenbogen, die Sie im Moment nicht auf der Erde finden könnten“, sagte er Lynn Rothschild, ein synthetischer Biologe am Ames Research Center der NASA und Mitarbeiter des Projekts. Inspiriert von der Arbeit eines anderen Kollegen, Eisbohrkerne in der Arktis zu bohren, isolierte Kalteneggers Gruppe 80 kälteliebende Mikroben, ähnlich dem, was sich auf einem Eisplaneten entwickeln könnte. Veröffentlichung einer Referenzdatenbank dieser Spektren in diesem März.

Andere Welten könnte biofluoreszierend sein. Auf der Erde schützen sich biofluoreszierende Organismen wie Korallen vor ultraviolettem Licht, indem sie es absorbieren und als sichtbares Licht wieder abgeben. Angesichts der Tatsache, dass Planeten in roten Zwergsternsystemen wie TRAPPIST-1 in ultraviolette Strahlung getaucht sind, argumentiert Kaltenegger, dass außerirdisches Leben dort einen ähnlichen Prozess entwickeln könnte. (Sie wird seitdem als „diese leuchtende außerirdische Dame“ bezeichnet.) Sie plant auch, eine Reihe von Spektren zu erhalten, die mögliche Lavawelten darstellen; ein geowissenschaftlicher Kollege und ein neu angekommener Postdoc werden bald mit dem Schmelzen von Gestein beginnen.

Mit der Erweiterung ihrer Publikationsliste hat Kaltenegger sowohl die Chancen als auch die Demütigungen einer aufstrebenden Wissenschaftlerin erlebt. Einmal, als sie auf Hawaii einen IMAX-Kurzfilm über die Suche nach dem Leben drehte, kleideten die Produzenten sie in Shorts, um ihrer Vorstellung von einer Wissenschaftlerin, Laura Dern, zu entsprechen Jurassic Park Charakter; Die Entscheidung erforderte dann mehr Make-up, um alle Mückenstiche abzudecken.

In einem engmaschigen Feld, das gezwungen ist, begrenzte Teleskopzeit zu teilen, ist sie eine überschwängliche, wärmende Präsenz, sagten Mitarbeiter. Ihre Finger weben durch die Luft, während sie spricht; Sätze und Geschichten neigen dazu, sich zu großen Lachanfällen zu steigern. „Sie unterschreibt jeden Text an mich mit ‚Umarmungen‘“, sagte Rothschild. „Ich habe keinen anderen Kollegen, der das macht.“

Erste Punkte auf der Karte

Die ersten Biosignaturen werden winzige, mehrdeutige Signale sein, die widersprüchlichen Interpretationen unterliegen. Tatsächlich sind bereits einige Behauptungen aufgetaucht.

Die relevanteste Fallstudie erschütterte die Astronomiewelt im Herbst 2020. Ein Team, dem Seager angehörte angekündigt dass sie eine ungewöhnliche Verbindung namens Phosphin in der oberen Atmosphäre der Venus entdeckt hatten, einem schwülen, säuregewaschenen Planeten, der normalerweise als steril abgetan wird. Auf der Erde wird Phosphin üblicherweise von Mikroben produziert. Während einige abiotische Prozesse die Verbindung unter bestimmten Bedingungen ebenfalls herstellen können, deutete die Analyse des Teams darauf hin, dass diese Prozesse auf der Venus wahrscheinlich nicht auftreten würden. Ihrer Ansicht nach blieben winzige schwimmende venusianische Organismen als plausible Erklärung übrig. „Leben auf der Venus?“ das New York Times Schlagzeile fragte sich.

Außenstehende Gruppen bildeten gegensätzliche Lager. Einige Experten, darunter Viktoria Wiesen, ein Exoplaneten-Atmosphärenmodellierer an der University of Washington, der einen ähnlichen Ansatz wie Kaltenegger verwendet, analysierte die Venus-Daten erneut und kam zu dem Schluss, dass das Phosphinsignal nur eine Fata Morgana war: Die Chemikalie ist nicht einmal da. Andere, darunter Lunine in Cornell, argumentierten, dass selbst wenn Phosphin vorhanden ist, es tatsächlich aus geologischen Quellen stammen könnte.

Kaltenegger hält diese Kritik für berechtigt. Ihrer Ansicht nach hebt die Phosphin-Saga eine Rückkopplungsschleife zwischen Wissenschaft und Wissenschaftsfinanzierung hervor, die auch zukünftige Biosignaturen von Kandidaten verwickeln könnte. Zum Zeitpunkt der Phosphin-Ankündigung befand sich die NASA in der Endphase der Auswahl zwischen vier kleinen Sonnensystem-Missionen, von denen zwei zur Venus führten. Im folgenden Sommer gab die NASA bekannt, dass diese beiden zum Fliegen ausgewählt worden waren. Die Phosphin-Studie „war eine großartige Möglichkeit, Missionen zur Venus genehmigt zu bekommen“, sagte Kaltenegger und brach in Gelächter aus. „Das ist die sarkastische Einstellung.“ (Jane Greaves, die Hauptautorin der Phosphin-Studie, sagte, ihr Team habe den Missionsauswahlprozess nicht berücksichtigt und der Zeitpunkt der Veröffentlichung sei ein Zufall gewesen.)

Die nächste Phase der Suche nach Exoplaneten-Biosignaturen hängt davon ab, was JWST über die TRAPPIST-1-Planeten enthüllt. Tatsächliche Biosignaturen in ihrem Himmel zu sehen, ist möglicherweise unwahrscheinlich. Aber das Teleskop konnte Kohlendioxid und Wasserdampf in den Verhältnissen nachweisen, die die erd- und venusbasierten Modelle vorhersagen. Dies würde bestätigen, dass Modellierer einen guten Überblick darüber haben, welche geochemischen Zyklen in der Galaxie von Bedeutung sind und welche Welten wirklich bewohnbar sein könnten. Etwas Unerwarteteres zu sehen, würde den Forschern helfen, ihre Modelle zu korrigieren.

Eine düsterere Möglichkeit ist, dass diese Planeten überhaupt keine Atmosphäre haben. Rote Zwergsterne wie TRAPPIST-1 sind dafür bekannt, dass sie Sonneneruptionen aussenden, die alles außer nacktem Gestein abreißen könnten. (Kaltenegger bezweifelt dies und argumentiert, dass die gasförmigen Emissionen der Planeten ihren Himmel immer wieder auffüllen sollten.)

In der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts werden sich Daten von mehreren Planetentransiten angesammelt haben, genug für Astronomen, um nicht nur nach der Chemie auf diesen Welten zu suchen, sondern auch zu untersuchen, wie bestimmte Moleküle von Jahreszeit zu Jahreszeit wachsen und schwinden. Bis dahin könnten ergänzende Beobachtungen die Daten ergänzen. Mehrere neue, erstaunlich große Observatorien sollen ab 2027 beckengroße Spiegel zum Kosmos öffnen – darunter das größte von allen, das Extremely Large Telescope in Chile. Diese Teleskope werden für andere Lichtwellenlängen empfindlich sein als JWST und einen alternativen Satz von Spektralmerkmalen untersuchen, und sie sollten auch in der Lage sein, Planeten außerhalb des Transits zu untersuchen.

All diese Instrumente erfüllen immer noch nicht das, was Biosignatur-Jäger wirklich wollen, was sie schon immer wollten: einen dieser riesigen weltraumgestützten Terrestrial Planet Finder. Als die National Academy of Sciences Anfang dieses Jahres einen einflussreichen Bericht mit dem Titel „Decadal Survey“ veröffentlichte, der die Vorstellungen der Astronomie-Gemeinschaft zusammenfasst, was die NASA priorisieren sollte, verschob sie einen großen Vorstoß zu diesem Thema effektiv auf die 2030er Jahre.

„Ich habe darüber nachgedacht: Was ist, wenn wir es nicht sind?“ sagte Kaltenegger. „Was ist, wenn es nicht unsere Generation ist?“ Basierend auf der Zeit, die ein echtes Planetenjagd-Teleskop der nächsten Generation fliegen könnte, schätzt sie, dass der wahrscheinlichste Kandidat für die Leitung einer solchen Mission jetzt wahrscheinlich in der Graduiertenschule ist.

Andererseits war ihre Kohorte früher Exoplaneten-Wissenschaftler schon immer Träumer, sagte sie. Und Wissenschaft war schon immer eine generationenübergreifende Aktivität.

In ihrem Büro, das Sagans war, skizzierte sie eine bestimmte Szene. Ein Reisender aus der fernen Zukunft geht die Brücke eines abfliegenden Raumschiffs wie dem hinauf Unternehmen, bereit, in eine neue Welt zu reisen. Kaltenegger ist sich sicher, dass sie nicht selbst auf dem Schiff sein wird, aber sie sagte: „Vor meinem geistigen Auge sehe ich sie mit dieser alten Sternenkarte.“ Die antike Karte würde die Standorte von Kandidaten für lebende Planeten markieren. Es wäre wahrscheinlich veraltet, nur aus sentimentalen Gründen mitgebracht. „Aber ich möchte die Person sein, die die ersten Punkte auf dieser Landkarte gesetzt hat.“