Diskussion um K2-18b: Gibt es dort Leben, wie wir es nicht kennen?

Mehr als 120 Lichtjahre von der Erde entfernt, dreht K2-18b im Sternbild „Löwe“ still seine Runden. Obwohl dieser Exoplanet in galaktischen Maßstäben gemessen praktisch in unserem Garten liegt, wissen Astronomen nicht, was dort vor sich geht. Gibt es auf dem 2015 entdeckten Planeten das lang gesuchte außerirdische Leben?

Bei einem Blick durch das James-Webb-Weltraumteleskop im Jahr 2023 will der Astronom Nikku Madhusudhan von der Universität Cambridge erste mögliche Lebensspuren gefunden haben. Außerdem umkreist K2-18b seinen Stern innerhalb der sogenannten habitablen Zone. Praktisch könnte es dort also einen lebensfreundlichen Planeten geben, womöglich mit einem großen Ozean aus Wasser – eine verlockende Vorstellung, zumindest für manche.

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Seither diskutieren Astronomen hitzig über die möglichen Beweise von außerirdischem Leben. Aber was ist, wenn unsere Theorien unvollständig sind und die aufgestellte Definition von Leben weit über das Vorstellbare hinausgeht?

Eine geheimnisvolle Welt

Werfen wir zunächst einen Blick auf die etwas andere fremde Welt, die immer wieder die Gemüter von Forschern erhitzt. Exoplanet K2-18b ist der erste Planet des 18. Planetensystems, welches 2015 im Rahmen der Kepler-Mission K2 entdeckt wurde.

Bei K2-18a handelt es sich um den zentralen Stern – einen Roten Zwerg –, für dessen Umrundung der Exoplanet 33 Tage benötigt. Ein Jahr auf dem Exoplaneten dauert also nur rund einen Erdmonat. Ein möglicher zweiter Planet des Systems ist K2-18c. Seine Existenz ist jedoch bislang umstritten.

Diese Darstellung des University College London zeigt den Exoplaneten K2-18b. Foto: M. Kornmesser/ESA/Hubble/dpa

Eine detaillierte Aufnahme von K2-18b gibt es bis heute nicht. Dennoch scheint klar, dass der Exoplanet nicht viele Gemeinsamkeiten mit unserer Erde zu haben scheint. Zum einen ist er mit einem 18-mal größeren Volumen deutlich massereicher und zum anderen ist er nur etwa halb so dicht wie die Erde. Die Mehrheit der Astronomen schätzt, dass K2-18b kaum schwere Landmassen besitzt, sondern viel Wasser oder eine große, nicht sehr dichte Atmosphäre.

Weitere Möglichkeiten sind, dass K2-18b eine Art Mini-Neptun – also ein Gaszwerg – ist oder vielleicht doch ein terrestrischer Planet nur ohne Wasser, aber dafür mit einer massiven Wasserstoffatmosphäre. Das größte Aufsehen erregte jedoch die Theorie eines britisch-indischen Astronomen der Universität Cambridge:

Bekannte Gase auf K2-18b

Laut Nikku Madhusudhan, Professor für Astrophysik und Exoplanetenforschung von der Universität Cambridge, könnte es sich bei K2-18b auch um einen hyzänischen Planeten handeln. Hyzänische Planeten sind ein neuer Typ von Exoplaneten, die sich in der habitablen Zone befinden, von Wasser bedeckt sind und eine wasserstoffreiche Atmosphäre besitzen. Dazu würden auch Gaszwerge und wasserlose terrestrische Planeten zählen. Doch hier liegt ein besonderes Detail verborgen.

Während Forscher die Gaszwerge aufgrund des fehlenden flüssigen Wassers als wenig geeignet für Leben einstufen, könnten hyzänische Planeten mit ihrem gemäßigten Ozean einen großen Wohnort bieten. Aber wie sieht es mit der Zusammensetzung der Atmosphäre von K2-18b aus?

Mögliches Aussehen eines erdähnlichen hyzänischen Planeten mit zwei Monden. Foto: Lucianomendez, Wikimedia Commons | CC BY-SA 4.0

Obwohl bislang keine direkte Sicht möglich war, können Astronomen dieses Detail dennoch berechnen – immer dann, wenn ferne Exoplaneten vor ihrem Zentralstern vorbeiziehen. Gemessen wird indirekt, und zwar die Wellenlängen des vom Stern ausgesendeten Lichts. Das ist möglich, weil jedes Element bestimmte Wellenlängen verschluckt (und aussendet) und charakteristische, sogenannte Spektrallinien erzeugt. Damit sind Rückschlüsse auf die Chemikalien in der Atmosphäre eines Planeten möglich – eine gewisse Fehlerspanne inbegriffen.

Eine derartige Analyse führte Prof. Madhusudhan 2023 an K2-18b durch. Seiner Einschätzung nach sollen in der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid und Methan vorhanden sein, aber kein Wasserdampf. Dieses Ergebnis unterstützte die Idee, dass es sich bei K2-18b um eine ozeanische Welt handele – aber es ist kein eindeutiger Beweis. Interessanterweise zeigten die Daten ein weiteres, sehr schwaches Signal.

Spuren von irdischem Plankton

Das Team um Prof. Madhusudhan kam zu dem Entschluss, dass dieses schwache Signal zu einem Gas namens Dimethylsulfid (DMS) passt. Auf der Erde wird die schwefelhaltige organische Verbindung in großen Mengen von Plankton und Bakterien produziert.

Die Meldung, dass auf einem potenziell lebensfreundlichen Exoplaneten auch noch Spuren existieren, wie sie auf der Erde von biologischen Organismen hinterlassen werden, war sensationell. Allerdings war die Reaktion anderer Wissenschaftler gemischt.

Einerseits sei das beobachtete DMS-Signal schwach und die wahre Natur des Exoplaneten viel zu unsicher, um von möglichem Leben zu sprechen. Andererseits überschneide sich das DMS mit dem Methan und eine exakte Aufschlüsselung von beidem liege außerhalb der Fähigkeiten der Messinstrumente.

Erste Einschätzung der atmosphärischen Zusammensetzung von K2-18b, Stand 2023. Foto: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

Um diese Bedenken auszuräumen, wandte sich Prof. Madhusudhan erneut K2-18b zu. Auch die zweite Kamera, die einen anderen Wellenlängenbereich des Lichts erfasst, zeichnete das Signal auf. Dieses Mal war es zwar immer noch relativ schwach, aber dennoch stärker. Die Tatsache, dass das Signal überhaupt unter anderen Beobachtungsbedingungen auftauchte, könnte die Existenz von DMS bestärken. Laut Madhusudhan liege die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei den Messwerten um einen Zufall handelt, bei 0,3 Prozent.

Erneut äußerten Astronomen ihre Bedenken. Während einige in den Daten keine Bestätigung für die Existenz von DMS sehen, weisen andere Astronomen darauf hin, dass auch andere Moleküle für die Daten verantwortlich sein können.

Prof. Madhusudhan nahm sich dieser Kritik ebenfalls an und grub tiefer in den Daten. In einer neuen Untersuchung bestätigt er, dass auch die Moleküle Diethylsulfid und Methylacrylnitril die Signaturen versuchen können – allerdings seien auch diese nur als Produkte von biologischen Organismen bekannt.

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Beweis oder irreführender Wegweiser?

Bedeutet dies, dass K2-18b Leben birgt? Vielleicht – vielleicht aber auch nicht. Derzeit fehlen zu viele wichtige Informationen, um diese Frage mit größerer Sicherheit beantworten zu können. Dazu zählt der wahre Aufbau des Exoplaneten – also ob es einen Ozean tief unter der dicken Atmosphäre gibt und ob es sich bei dem Signal tatsächlich um die Biosignatur DMS handelt. Und wenn es wirklich DMS ist, ist es dann auch auf K2-18b von Lebewesen produziert worden?

Ein Blick auf die Geschichte der Astrobiologie zeigt, dass sich ähnliche Entdeckungen in der Vergangenheit als Niete erwiesen. Ein Beispiel sind die Marsproben, die während der Viking 1 und 2 im Jahr 1975 gesammelt wurden. In einem Experiment fügten Forscher den Proben Nährstoffe hinzu, die Mikroben angeblich verdauten und Kohlendioxid erzeugten. Weitere Untersuchungen konnten dies nicht bestätigen, sondern lieferten vielmehr nichtbiologische Erklärungen für das CO₂.

Ähnliches geschah bei einem 1996 am Südpol entdeckten Meteoriten mit vermeintlichen Anzeichen für früheres außerirdisches Leben. So entpuppten sich der Kohlenwasserstoff und die Magnetitkristalle als nichtbiologisches Produkt und die kleinen runden Strukturen im Gestein waren auch keine versteinerten Bakterien.

Bei dem in der Antarktis entdeckten Meteoriten ALH84001 glaubten Forscher zunächst, fossile Bakterien gefunden zu haben. Foto: NASA

Haben wir Leben übersehen?

Die Frage nach dem Leben könnte zudem ein Problem von theoretischer Natur sein, denn bis heute sind sich Wissenschaftler und Philosophen nicht einig, was genau „Leben“ ist. Bei jeder neuen Entdeckung von Biosignaturen stehen die Forscher daher wieder vor der altbekannten Frage: Leben oder Nichtleben?

Dabei besteht durchaus die Möglichkeit, dass fremdes Leben auch ganz anders aussehen und andere Spuren hinterlassen kann. Muss fremdes Leben zwingend DNA und Kohlenstoff aufweisen, nur weil unsere Lebensform auf dieser Biochemie beruht?

Ist es nicht auch möglich, dass fremdes Leben andere Welten mit extremen Bedingungen wie den irdischen Tiefsee als lebensfreundlich ansehen kann? Sind derartige Welten grundsätzlich lebensfeindlich, nur weil wir bislang keine Lebewesen kennen, die dem hohen Druck und Temperaturen trotzen? Gleichzeitig gibt es lebensfreundliche Orte auf der Erde, die dennoch kein Leben beherbergen.

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Fakt ist: Mit dem derzeitigen Stand der Technologie können Astronomen von der Erde aus nicht einmal Leben, wie wir es kennen, sicher nachweisen. Es bedarf in dieser Hinsicht also noch einiger Innovationen, um daran etwas zu ändern. Bis dahin wird K2-18b weiter ein wichtiges Beobachtungsobjekt für Astronomen bleiben und vielleicht wissen wir tatsächlich irgendwann, ob wir nicht allein sind. Mathematisch stehen die Chancen nachweislich gut.