Exoplaneten & Habitabilität

Am 6. Oktober 1995 gaben die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz vom Observatoire de Haute-Provence die Entdeckung von 51 Pegasi b bekannt: ein Planet von Jupitergröße, der einen fünfzig Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern so eng umkreist — enger, als Merkur die Sonne umläuft —, dass sein Jahr nur 4,2 Tage dauert. Kein Modell der Planetenentstehung jener Zeit hatte so etwas vorhergesagt, und die anfängliche Skepsis räumten Folgebeobachtungen binnen Wochen aus. Mayor und Queloz erhielten den Nobelpreis für Physik 2019. Keine dreißig Jahre später sind mehr als 5.500 bestätigte Exoplaneten — Planeten, die andere Sterne umkreisen — katalogisiert, dazu rund 9.000 weitere Kandidaten, die noch auf ihre Bestätigung warten, und der vorherrschende Eindruck ist der einer empirischen Überraschung: Das Universum baut Planetensysteme, die vielfältiger und zahlreicher sind und unserem eigenen unähnlicher, als das Fachgebiet irgendeinen Grund hatte zu erwarten.

Die erste Überraschung war, dass der häufigste Typ von Exoplanet überhaupt kein Gegenstück in unserem Sonnensystem hat: Sub-Neptune — Welten von zwei- bis vierfachem Erddurchmesser, mit Gesteinskernen, die in dichte Hüllen aus Wasserstoff und Helium gewickelt sind — beherrschen den Katalog, und doch besitzt unser eigenes System nicht einen einzigen. Die zweite war, dass Hot Jupiters — Riesenplaneten, die ihre Sterne in wenigen Tagen umrunden — häufig sind, obwohl sich ein Riese so nah am Stern gar nicht bilden kann; das zwang das Fachgebiet zu der Einsicht, dass Planeten regelmäßig von ihrem Geburtsort nach innen wandern. Die dritte waren Systeme wie die sieben Welten von TRAPPIST-1, deren Umlaufzeiten in saubere ganzzahlige Verhältnisse einrasten, in Mustern, die fast wie konstruiert aussehen. Die begehrteste Konstellation — ein erdgroßer Planet in der habitablen Zone, dem Bereich um einen Stern, in dem die Temperaturen flüssiges Wasser an der Oberfläche erlauben — erweist sich in den heutigen Daten als wirklich selten. Die meisten katalogisierten ‚potenziell habitablen‘ Welten umkreisen stattdessen M-Zwerge — kleine, kühle, langlebige rote Sterne — und sind Gefahren ausgesetzt, von denen die Planeten der Sonne verschont bleiben: eine für alle Zeit feststehende Tag- und Nachtseite, weil sie ihrem Stern immer dieselbe Seite zuwenden, heftige Strahlungsausbrüche und Atmosphären, die ihnen langsam abgetragen werden.

Die tiefere Überraschung ist, was die Suche über die Annahmen verrät, zu denen uns die Erde zwingt. Das Fachgebiet ordnet sich heute um zwei Ideen, beide unausweichliche Kompromisse. Habitabilität knüpft es an flüssiges Oberflächenwasser, weil die Erde das eine Beispiel für Leben ist, das wir haben. Und eine Biosignatur — der Nachweis von Leben, abgelesen aus der Atmosphäre eines Planeten — knüpft es an ein chemisches Ungleichgewicht: eine Mischung von Gasen, die eigentlich miteinander reagieren und sich gegenseitig aufheben müssten und die daher ständig von etwas nachgeliefert werden muss, so wie das Leben den Sauerstoff der Erde nachliefert. Die Ziele existieren, und die Instrumente entstehen gerade; was dem Fachgebiet aber weiterhin fehlt, ist ein einziger bestätigter Nachweis von Leben jenseits der Erde — nach drei Jahrzehnten des Suchens und trotz eines umstrittenen Hinweises (ein mögliches Dimethylsulfid-Signal bei K2-18b, das derzeit erneut beobachtet wird). Die ehrliche wissenschaftliche Position bleibt tiefe Ungewissheit.