Forschung

Lebenssignatur auf der Venus

15.09.2020 - Phosphin in Wolken nachgewiesen – Konzentration liegt über bekannten abiotischen Prozessen.

Ein internationales Team von Astronomen hat ein seltenes Molekül – Phosphin – in den Wolken der Venus entdeckt. Auf der Erde wird dieses Gas nur industriell oder von Mikroben hergestellt, die in sauerstoff­freier Umgebung gedeihen. Astronomen haben jahrzehntelang darüber spekuliert, dass hohe Wolken auf der Venus eine Heimat für Mikroben bieten könnten, die weit oberhalb der sengenden Oberfläche schweben, aber einen sehr hohen Säuregehalt tolerieren müssen. Der Nachweis von Phosphin könnte auf ein solches außerirdisches „luftiges“ Leben hinweisen.
 

„Als wir die ersten Hinweise auf Phosphin im Spektrum der Venus erhielten, war das ein Schock“, sagt Teamleiterin Jane Greaves von der Universität Cardiff im Vereinigten Königreich, die die ersten Anzeichen von Phosphin bei Beobachtungen am James Clerk Maxwell-Teleskop (JCMT), das vom Ostasiatischen Observatorium betrieben wird, in Hawaii entdeckte. Für die Bestätigung ihrer Entdeckung war der Einsatz von 45 Antennen des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Chile erforderlich, einem empfindlicheren Teleskop, an dem die Europäische Südstern­warte (ESO) als Partner beteiligt ist. Beide Einrichtungen beobachteten die Venus bei einer Wellenlänge von etwa einem Millimeter – nur Teleskope in großer Höhe können sie effektiv messen. Das internationale Team, dem Forscher aus dem Vereinigten Königreich, den USA und Japan angehören, schätzt, dass Phosphin in den Wolken der Venus in einer geringen Konzentration von nur etwa zwanzig Molekülen pro Milliarde vorliegt. 

Infolge ihrer Beobachtungen führten sie Berechnungen durch, um festzustellen, ob diese Mengen aus natürlichen, nicht-biologischen Prozessen auf dem Planeten stammen könnten. Einige Ideen schlossen Sonnenlicht, von der Oberfläche nach oben gewehte Mineralien, Vulkane oder Blitze ein, aber nichts davon konnte auch nur annähernd genug davon erzeugen. Es stellte sich heraus, dass diese nicht-biologischen Quellen höchstens ein Zehntausendstel der Phosphin­menge ausmachten, die die Teleskope sahen.

Um die beobachtete Menge an Phosphin (das aus Wasserstoff und Phosphor besteht) auf der Venus zu erzeugen, müssten die Organismen auf der Erde nach Angaben des Teams nur mit etwa zehn Prozent ihrer maximalen Produktivität arbeiten. Es ist bekannt, dass Erdbakterien Phosphin herstellen: Sie nehmen Phosphat aus Mineralien oder biologischem Material auf, fügen Wasserstoff hinzu und stoßen schließlich Phosphin aus. Sämtliche Organismen auf der Venus dürften sich sehr von ihren Verwandten auf der Erde unterscheiden, aber auch sie sollten in der Lage sein, das Phosphin in der Atmosphäre herzustellen.

Obwohl die Entdeckung von Phosphin in den Wolken der Venus eine Überraschung war, sind die Forscher von ihrer Entdeckung überzeugt. „Zu unserer großen Erleichterung waren die Bedingungen am ALMA für Folgebeobachtungen gut, als die Venus in einem geeigneten Winkel zur Erde stand. Die Verarbeitung der Daten war jedoch schwierig, da ALMA normalerweise nicht nach sehr subtilen Effekten in sehr hellen Objekten wie der Venus sucht“, sagt Team­mitglied Anita Richards vom britischen ALMA-Regional­zentrum und der Universität Manchester. „Am Ende stellten wir fest, dass beide Observatorien das Gleiche gesehen hatten – eine schwache Absorption bei der richtigen Wellenlänge durch Phosphingas, wobei die Moleküle von den darunter liegenden wärmeren Wolken angestrahlt werden“, fügt Greaves hinzu, der die Studie leitete.

Ein weiteres Teammitglied, Clara Sousa Silva vom Massachusetts Institute of Technology in den USA, hat Phosphin als „Biosignatur“-Gas für sauerstoff­freies Leben auf Planeten um andere Sterne erforscht, weil die normale Chemie so wenig davon produziert. Sie kommentiert: „Phosphin auf der Venus zu finden, war ein unerwarteter Erfolg! Die Entdeckung wirft viele Fragen auf, zum Beispiel wie etwaige Organismen dort überleben könnten. Auf der Erde können einige Mikroben bis zu etwa fünf Prozent Säure in ihrer Umgebung vertragen – aber die Wolken der Venus bestehen fast vollständig aus Säure.“

Das Team hält ihre Entdeckung für bedeutsam, weil sie viele alternative Wege zur Herstellung von Phosphin ausschließen können, räumt aber ein, dass es noch viel Arbeit erfordert, das Vorhandensein von Leben zu bestätigen. Obwohl die hohen Wolken der Venus Temperaturen von bis zu angenehmen dreißig Grad Celsius erreichen, sind sie außer­ordentlich säurehaltig – etwa 90-prozentige Schwefelsäure – und stellen alle Mikroben, die dort zu überleben versuchen, vor große Probleme.

Der ESO-Astronom und ALMA European Operations Manager Leonardo Testi, der an der neuen Studie nicht teilgenommen hat, erläutert: „Die abiotische Produktion von Phosphin auf der Venus ist nach unserem derzeitigen Verständnis der Phosphinchemie in der Atmosphäre von Gesteins­planeten ausgeschlossen. Die Bestätigung der Existenz von Leben in der Venus­atmosphäre wäre ein bedeutender Durchbruch für die Astro­biologie. Daher ist es unerlässlich, diese aufregenden Ergebnisse mit theoretischen und beobachtenden Studien weiterzuverfolgen, um die Möglichkeit auszuschließen, dass Phosphin auf Gesteinsplaneten auch einen anderen chemischen Ursprung haben könnte als auf der Erde.“

Weitere Beobachtungen der Venus und von Gesteins­planeten außerhalb unseres Sonnen­systems, auch mit dem demnächst in Betrieb gehenden Extremely Large Telescope der ESO, könnten helfen, Hinweise darauf zu sammeln, wie Phosphin auf ihnen entstehen kann, und zur Suche nach Anzeichen von Leben außerhalb der Erde beitragen.

ESO / DE
 

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