Wolken erschweren die Erforschung von Exoplaneten: So können Wissenschaftler sie dennoch untersuchen

Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, wie wir Leben auf fernen Exoplaneten nachweisen könnten, auch wenn die Sicht durch Wolken verdeckt ist. Nämlich anhand von Spuren in der Atmosphäre, die durch Kleinstlebewesen erzeugt werden – ähnlich wie auf der Erde.

Illustration eines erdähnlichen Exoplaneten – mit farbigen Pigmenten von Mikroorganismen in den Wolken. Bild: Adam B. Langeveld/Carl Sagan Institute, nach NASA/Ames/JPL-Caltech

Die Suche nach Leben jenseits unseres Sonnensystems gestaltet sich zuweilen als mühsam: Rund 60 der uns bekannten Exoplaneten erfüllen die Bedingung einer habitablen Zone, also jener Region um einen Stern, in der flüssiges Wasser existieren kann. Doch viele dieser Welten lassen sich nicht mit dem Teleskop untersuchen, weil dicke, permanente Wolkenschichten ihre Atmosphäre verhüllen.

Als Exoplaneten werden alle Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bezeichnet. Bisher wurden rund 6000 von ihnen entdeckt.

Bisher ist die Forschung hier nicht weitergekommen. Wenn Wolken die Sicht auf die darunter liegenden chemischen Signaturen versperren, lässt sich nicht bestimmen, ob Wasser, Kohlenstoff, Sauerstoff oder Methan vorhanden sind – allesamt notwendige Elemente für die Entstehung von Leben.

Damit sich Leben entwickeln kann, dürfe es außerdem weder zu heiß noch zu kalt sein, erläutert die aus Salzburg stammende Astrophysikerin Lisa Kaltenegger, Leiterin des Carl-Sagan-Instituts an der Cornell University. Doch selbst in der richtigen Temperaturzone ist der Nachweis bisher ausgeblieben. Nun stellt Kaltenegger gemeinsam mit ihrem Team ein Konzept vor, welches das Problem auf überraschende Weise lösen könnte. Die Studie wurde in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Leben über den Wolken?

Statt den Blick unbedingt unter die Wolkendecke richten zu wollen, schlägt die Cornell-Gruppe vor, in den Wolken nach Leben zu suchen. Die Idee basiert auf dem Wissen von der irdischen Atmosphäre: Auch in der Stratosphäre, zwischen 21 und 29 Kilometern Höhe, existiert eine kaum sichtbare, aber bemerkenswerte Vielfalt an Mikroorganismen. Sie gelangen durch Luftströmungen in diese Höhen und können dort bis zu sieben Jahre überdauern.

Das Team identifizierte sieben solcher Mikrobenstämme und dokumentierte ein auffälliges Phänomen: Um sich gegen UV-Strahlung, Trockenheit und Nährstoffmangel zu schützen, produzieren sie leuchtende Biopigmente. Die Farbpalette reicht von rosa und rot bis zu orange und gelb – die Töne können in Labormessungen klar erkannt werden, bleiben im irdischen Alltag aber unsichtbar.

„Wir haben jetzt zum ersten Mal gezeigt, welche Farben solche Organismen überhaupt haben. Bei uns auf der Erde sehen wir das nicht, weil die Konzentrationen nicht hoch genug sind.“

– Lisa Kaltenegger, Astrophysikerin, Leiterin des Carl-Sagan-Instituts, Cornell University

Auf Exoplaneten jedoch, insbesondere jenen mit feuchter, wasserreicher Atmosphäre, könnten diese Mikroben in erheblich höheren Dichten auftreten – und damit deutlich sichtbarere Spuren hinterlassen. Genau hier setzt der neue Ansatz an.

Pigmente als kosmische Signatur

Je wolkenreicher ein Exoplanet sei, desto mehr Leben könne sich in hohen Atmosphärenschichten sammeln und desto stärker müsse sich das Farbspektrum der Mikroorganismen im reflektierten Licht des Planeten zeigen, argumentiert Kaltenegger. Die reflektierenden Pigmente würden so etwas wie ein Echo vom Leben am Boden erzeugen, und der Farbcode verriete dann die biologische Aktivität.

Künftige Großteleskope könnten das Farbsignal gezielt suchen. Zu den geeigneten Instrumenten zählen etwa das geplante Habitable Worlds Observatory der NASA sowie das Extremely Large Telescope in der chilenischen Atacamawüste. Beide könnten selbst zarte spektrale Variationen in Exoplaneten-Atmosphären auflösen.

Vom Problem zur Lösung

„Auch wenn die Wolken komplett den Blick auf die Oberfläche verdecken, haben wir jetzt eine Möglichkeit bei Planeten, bei denen wir vorher dachten, wir würden nie Leben finden können, nach Spuren von Leben zu suchen“, erklärt Kaltenegger. Wolken seien nicht länger Barrieren, sondern „Schlüssel für die Suche nach Leben auf Exoplaneten“.

In den kommenden Jahren sollen Modelle, Laboruntersuchungen und Teleskopdaten zusammengeführt und das Vorgehen verfeinert werden. Der Blick nach oben – in die Wolken – bleibt jedoch der entscheidende Schritt, um erstmals Leben jenseits der Erde nachzuweisen.

Quellenhinweis:

Coelho, L. F., Kaltenegger, L., Philpot, W., Ellington, A. J., Bryan, N., Zinder, S., & Christner, B. C. (2025): Colors of Life in the Clouds: Biopigments of Atmospheric Microorganisms as a New Signature to Detect Life on Planets like Earth. The Astrophysical Journal Letters, 994, 1.