Ein internationales Team von Astronomen gab heute die Entdeckung eines seltenen Moleküls – Phosphin – in den Wolken der Venus bekannt. 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. Eine Pressemitteilung des ESO Science Outreach Network (ESON).
Quelle: ESON.
(Bild: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech)
„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 Hawai’i 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 1 Millimeter, viel größer als das menschliche Auge sehen kann – 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 10% 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.
(Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al.)
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 heute in Nature Astronomy veröffentlichte 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, z.B. wie etwaige Organismen dort überleben könnten. Auf der Erde können einige Mikroben bis zu etwa 5 % 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 30 Grad Celsius erreichen, sind sie außerordentlich säurehaltig – etwa 90 %ige 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.
Weitere Informationen:
Diese Untersuchung wurde unter dem Titel „Phosphine Gas in the Cloud Decks of Venus“ in Nature Astronomy veröffentlicht.
Das Team besteht aus Jane S. Greaves ( School of Physics & Astronomy, Cardiff University, UK [Cardiff]), Anita M. S. Richards (Jodrell Bank Centre for Astrophysics, The University of Manchester, UK), William Bains (Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, USA [MIT]), Paul Rimmer (Department of Earth Sciences and Cavendish Astrophysics, University of Cambridge und MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK), Hideo Sagawa (Department of Astrophysics and Atmospheric Science, Kyoto Sangyo University, Japan), David L. Clements (Fachbereich Physik, Imperial College London, GB [Imperial]), Sara Seager (MIT), Janusz J. Petkowski (MIT), Clara Sousa-Silva (MIT), Sukrit Ranjan (MIT), Emily Drabek-Maunder (Cardiff und Royal Observatory Greenwich, London, GB), Helen J. Fraser (School of Physical Sciences, The Open University, Milton Keynes, UK), Annabel Cartwright (Cardiff), Ingo Mueller-Wodarg (Imperial), Zhuchang Zhan (MIT), Per Friberg (EAO/JCMT), Iain Coulson (EAO/JCMT), E’lisa Lee (EAO/JCMT) und Jim Hoge (EAO/JCMT).
(Bild: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada)
Ein von einigen Teammitgliedern verfasstes Begleitpapier mit dem Titel „The Venusian Lower Atmosphere Haze as a Depot for Desiccated Microbial Life“: A Proposed Life Cycle for Persistence of the Venusian Aerial Biosphere“, wurde im August 2020 in Astrobiology veröffentlicht. Eine weitere verwandte Studie von einigen dieser Autoren, „Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres“, wurde im Januar 2020 in Astrobiology veröffentlicht.
Das ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), eine internationale astronomische Einrichtung, ist eine Partnerschaft der ESO, der U.S. National Science Foundation (NSF) und der National Institutes of Natural Sciences (NINS) Japans in Zusammenarbeit mit der Republik Chile. ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem National Science Council of Taiwan (NSC) sowie von der NINS in Zusammenarbeit mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan und dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) finanziert. Bau und Betrieb von ALMA werden von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten geleitet; vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das von Associated Universities, Inc. (AUI) im Namen Nordamerikas und vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) im Namen Ostasiens geleitet wird. Das Gemeinsame ALMA-Observatorium (JAO) sorgt für die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA.
Mit einem Durchmesser von 15 m (50 Fuß) ist das James Clerk Maxwell-Teleskop (JCMT) das größte astronomische Einzelteleskop der Welt, das speziell für den Betrieb im Submillimeter-Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums entwickelt wurde. Das JCMT wird zur Untersuchung unseres Sonnensystems, von interstellarem und zirkumstellarem Staub und Gas, entwickelten Sternen und weit entfernten Galaxien eingesetzt. Es befindet sich im Wissenschaftsreservat von Maunakea, Hawai’i, in einer Höhe von 4092 m (13 425 Fuß). Das JCMT wird vom East Asian Observatory im Auftrag von NAOJ; ASIAA; KASI; CAMS sowie dem National Key R&D Program of China betrieben. Zusätzliche finanzielle Unterstützung wird vom STFC und den teilnehmenden Universitäten im Vereinigten Königreich und in Kanada bereitgestellt.
Über die ESO:
Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. Die ESO führt ein ehrgeiziges Programm durch, das sich auf die Planung, den Bau und den Betrieb leistungsfähiger bodengebundener Beobachtungseinrichtungen konzentriert, die es Astronomen ermöglichen, wichtige wissenschaftliche Entdeckungen zu machen. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle.
Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope (VLT) und das weltweit führende Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope: VISTA im Infrarotbereich und das VLT Survey Telescope (VST) für sichtbares Licht. Am Paranal wird die ESO zukünftig außerdem das Cherenkov Telescope Array South beherbergen und betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlenobservatorium der Welt. Die ESO ist zusätzlich einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das Extremely Large Telescope (ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.
Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.
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