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Lisa Kaltenegger erforscht Exoplaneten – immer auf der Suche nach Leben im Universum. Im Interview erklärt sie, was die Forschung für die Erde bringt.

Frankfurt – Sie erschafft in ihrem Labor Lavawelten und war an der Entwicklung der Nasa-Exoplaneten-Mission „TESS“ beteiligt. Lisa Kaltenegger ist eine österreichische Astronomin und Astrophysikerin, die an der Cornell University im US-Bundesstaat New York lehrt und forscht. Im ehemaligen Büro des visionären US-Astronomen Carl Sagan beschäftigt sie sich mit Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.

Kaltenegger hat das interdisziplinäre Carl-Sagan-Institut gegründet und arbeitet mit Forschenden aus den Bereichen Biologie, Geologie und dem Ingenieurswesen daran, wie man auf solchen fernen Planeten Leben identifizieren könnte. Dazu züchtet sie in ihrem Büro bunte irdische Mikroorganismen, wie sie in ihrem neuen Buch „Alien Earths“ erzählt. Am Computer simuliert sie fremde Planeten mit und ohne Leben. Doch die Frage, ob wir alleine im Universum sind, kann Kaltenegger bisher auch noch nicht beantworten.

Astrophysikerin Lisa Kaltenegger erklärt, wie sie nach Spuren von Leben auf Exoplaneten sucht

Wenn es um die Frage geht, ob Leben zuerst im Sonnensystem oder auf Exoplaneten gefunden wird, hat Kaltenegger einen Favoriten. Ein Gespräch über Exoplaneten, außerirdisches Leben, Lichtfingerabdrücke und das James-Webb-Weltraumteleskop, das der Forschung große Fortschritte ermöglicht.

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Frau Kaltenegger, Sie beschäftigen sich beruflich mit Exoplaneten. Gibt es da draußen im Universum eine zweite Erde?

Das ist genau die Frage, die wir beantworten wollen. Der Unterschied zu früher ist, dass wir zum ersten Mal ein großes Teleskop haben, das James-Webb-Space-Teleskop, das diese Frage beantworten könnte. Davor hatten wir kein Instrument, das groß genug war, mit dem wir genug Licht einfangen konnten. Genau jetzt vollzieht sich diese Wende. Wir haben zum ersten Mal die Chance, Lebensspuren außerhalb unseres Sonnensystems zu finden.

Wir wissen, es gibt Tausende von Planeten um andere Sterne, die haben wir schon entdeckt, obwohl es wahnsinnig schwierig ist, sie zu finden. Wenn Sie zum Beispiel die Erde etwa hundertmal nebeneinander stellen, dann haben Sie den Durchmesser der Sonne. Das heißt, Sie versuchen, einen Planeten zu finden, der winzig klein ist, neben einem Stern, der riesig groß und blendend hell ist.

Von diesen 5600 bekannten Planeten um andere Sterne können wir hochrechnen, wie viele es geben muss, damit wir überhaupt schon so viele haben finden können, mit der Technologie, die wir jetzt haben. Einer von fünf Sternen muss von einem Planeten im richtigen Abstand umkreist werden, nicht zu heiß, nicht zu kalt und klein genug, dass er ein Fels ist wie die Erde.

Einer von fünf Sternen – und wir haben 200 Milliarden Sterne in unserer Galaxie, das heißt es gibt Milliarden von Möglichkeiten für eine andere Erde. Und wir haben jetzt zum ersten Mal ein Instrument, das diese Planeten erkunden kann.  

Sie arbeiten daran herauszufinden, wie man auf fremden Exoplaneten Leben entdecken kann. Wie kann man sich Ihre Arbeit vorstellen?

Wie ein großes Puzzle. Es gibt ganz viele Komponenten. Ich persönlich arbeite hauptsächlich am Computer und mache Klimamodelle, so ähnlich wie die Wettervorhersage, die haben auch ein Modell von der Erde. Nur verwenden wir eine andere Sonne, zum Beispiel eine rote, kleinere Sonne, wie sie bei den meisten von diesen Planeten in der bewohnbaren Zone am Himmel steht. Die haben eine rote Sonne, keine gelbe. Und wir wissen auch, wie weit diese Exoplaneten weg sind von ihrem Stern, das können wir im Modell auch anpassen. Wenn ich mein Klimamodell laufen lasse, dann sagt es mir zum Beispiel, ob es auf der Oberfläche des Planeten flüssiges Wasser geben kann.

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Dann generiere ich das Licht dieser Planeten. Würde es darin etwas geben, das mir zeigt, dass es Leben gibt, im Gegensatz dazu, wenn es kein Leben gibt? Ich mache zwei verschiedene Schnappschüsse von diesem Planeten, einer mit Leben und einer ohne, um zu identifizieren, welche Spuren wir finden müssten, damit wir Leben im Kosmos nicht verpassen.

Gibt es Leben im Universum? Wie die Forschung sich der Antwort nähert

Sie schreiben in Ihrem Buch von „Lichtfingerabdrücken“, die Sie von den Planeten nehmen.

Genau, und das kann man sich wirklich so vorstellen, wir haben eine riesige Datenbank von Lichtfingerabdrücken, das ist wie im Kriminalroman. Wenn Sie einen Planeten haben und versuchen, herauszufinden, „wessen Fingerabdruck ist das?“ und Sie schauen sich in der Datenbank um.

Aber woher wissen Sie, wie das aussieht, wonach Sie suchen?

Wenn man Leben finden will, dann fragt man sich natürlich, wie schaut denn überhaupt Leben aus? Es wird wahrscheinlich ein bisschen anders sein als das, was man sich immer vorstellt – Sie, ich, grüne Pflanzen. Ich habe das Carl-Sagan-Institut gegründet, damit ich ganz verschiedene Fachrichtungen vernetzen kann. Wir haben zum Beispiel ein Labor mit Forschenden der Biologie. Dort züchten wir ganz verschiedene Organismen, wie Einzeller, in grün, rot, gelb - die verschiedensten Farben. Wir hatten gerade erst eine wissenschaftliche Studie dazu veröffentlicht, dass Violett das neue Grün werden könnte, weil violette Bakterien in ganz vielen verschiedenen Umgebungen zu Hause sein können. Also vielleicht noch weiter verbreitet als Grüne.

Und dann haben wir ein Satellitenmesslabor, wo wir messen, wie diese Biologie auf einer anderen Welt durch ein Teleskop aussehen würde. Mit der Geologie-Abteilung betreiben wir ein Labor, wo wir uns zum Beispiel anschauen, wie Lavameere aussehen könnten, je nachdem, woraus sie bestehen.

Dieses ganze spannende Puzzle „Suche nach Leben im All“ habe ich versucht, in mein Buch zu packen. Ich finde es faszinierend, dass uns die Erde durch die Zeit auch Schnappschüsse eines lebendigen Planeten zeigt. Wir denken uns ja öfter, „oh, wir kennen nur einen Planeten, auf dem es Leben gibt“. Aber wenn Sie zurückgehen in der Zeit, ist unser Planet eigentlich auch eine „Alien Earth“, weil er eben früher so anders war. Zum Beispiel als es noch keinen Sauerstoff auf der jungen Erde gab.

Exoplaneten-Forschung verrät auch mehr über die Erde

Aber Sie machen Ihre Forschung auch, um mehr über die Erde zu erfahren …

Absolut. Ich finde es spannend, ob wir alleine im Weltall sind oder nicht. Aber was bei dieser Suche auch sehr wichtig ist für mich, ist die zweite Komponente: Ich will herausbekommen, wie eine Erde funktioniert. Wir haben unsere Erde und je weiter Sie zurückgehen in der Zeit, desto schwieriger wird es, das Gestein zu lesen. Wenn wir jetzt aber um andere Sterne erdähnliche Planeten oder andere Erden finden könnten, die vielleicht jünger oder älter als unsere Erde sind, dann könnten wir uns dieses Puzzle von der Evolution eines Steinplaneten zusammenbauen. Wenn wir genug andere Erden finden, können wir Rückschlüsse darauf ziehen, wie unsere funktioniert und was vielleicht in Zukunft auf uns zukommt.

Die Erde ist eine wunderschöne Heimat, auf die müssen wir gut aufpassen. Auch wenn wir hoffentlich andere bewohnte Planeten finden können, unter den anderen Welten wird wahrscheinliche keine so perfekt zu uns passen, weil wir uns hier auf unserer Erde entwickelt haben. Falls es andere Erden und Lebensformen gibt, hätten die sich dann auch dort perfekt angepasst, wie wir uns perfekt an die Erde angepasst haben.

Wenn Sie nach Leben auf fremden Planeten suchen, wonach suchen Sie da genau? Wohl eher nicht nach kleinen grünen Männchen, oder?

Nein – sondern nach Leben ganz allgemein. Und die Frage stellt sich natürlich, warum sollten die grün sein? Wir suchen erst einmal nach der Kombination von Gasen in der Luft oder in einer Atmosphäre, die wir uns nur mit Leben erklären können. Und da gibt es den goldenen Lichtfingerabdruck, die Kombination von Sauerstoff mit Methan, weil Sauerstoff mit Methan reagiert zu CO₂ und Wasser. Das heißt, wenn Sie Sauerstoff sehen und Methan in einer Atmosphäre, wissen Sie, dass etwas gerade jetzt beides produziert. Methan könnte Leben bedeuten, es könnte aber auch durch Vulkane oder andere Geologie entstehen. Gibt es dazu Sauerstoff in den Mengen, die wir brauchen, damit wir es sehen können, dann haben wir keine andere Erklärung, als dass es Leben ist.

Wenn man sich in der Erdgeschichte umschaut, gibt es diese Kombination seit zwei Milliarden Jahren auf der Erde, die wir eben mit nichts anderem erklären können als mit Leben. Schaut man die Erde von außen an, könnte man schon seit zwei Milliarden Jahren sagen, dass es Leben auf dem Planeten gibt. Wenn Sie zum Beispiel nach Radiosignalen suchen würden, dann wäre die Zeitspanne viel kleiner, in der Sie auf der Erde fündig werden würden. Wenn Sie nach kleinen grünen Männchen suchen, setzen Sie bei einer hohen Evolutionsstufe an.

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Wir versuchen, unsere Chancen zu optimieren und so hoch wie möglich zu halten. Wir suchen deshalb nach dieser Gaskombination, im nächsten Schritt möchte ich dann aber auch die Farbe von Planeten dazu anschauen, um nach biologischen Pigmenten zu suchen. So kann man vielleicht ganz verschiedene Spuren von Leben erspähen. Eine von der Gaskombination und eine ganz anderer in dem Lichtsignal, das grüne oder violette Algen bedeutet. Und so machen wir einen Schritt nach dem anderen Schritt auf dieser Suche nach Leben im Kosmos.

Dank JWST kann die Forschung tief ins Weltall hineinschauen

Sie haben das James-Webb-Teleskop schon angesprochen. Wie hat es Ihre Arbeit verändert? Sie können jetzt wahrscheinlich tiefer ins Weltall hineinschauen und mehr sehen?

Genau, also das komplett Neue ist, dass wir vorher diese kleinen Planeten, die möglichen erdähnlichen Planeten noch nicht beobachten konnten. Wir konnten sie finden, aber wir konnten nicht erkennen, woraus ihre Atmosphären bestehen. Das hat sich jetzt verändert. Es ist aber trotzdem noch wahnsinnig schwierig. Gasspuren in der Atmosphäre eines Felsplaneten zeigen nur ganz winzige Signale, neben dem riesigen, hellen Stern. Da muss man viele Planetensignale aufaddieren. Vorher haben wir schon die Erkundung großer Gasplaneten und Mini-Neptune mit Hubble geübt. Aber jetzt können wir zum ersten Mal sehen, welche Gasspuren es in der Atmosphäre von Felsplaneten in der habitablen Zone gibt.

In Ihrem Buch schreiben Sie, dass wir erst die leicht zu findenden Exoplaneten entdeckt haben, also die Spitze des Eisbergs. Was macht denn Exoplaneten für Sie so faszinierend?

Wir sind in diesem Universum, in diesem Kosmos eingebettet. Also unsere Erde existiert nicht unter einem schützenden Globus, sondern wir sind Teil unseres Sonnensystems, wir sind Teil unserer Galaxie, wir rasen durch das All, was eigentlich sehr schön ist. Und jetzt öffnen wir unsere Augen und schauen neugierig, was in unserer Umgebung los ist. Erst beobachteten wir die Sterne, dann die Galaxien, aber diese Erforschung der Exoplaneten sind für mich ein anderer Schritt. Ich möchte wissen, wie wir im Kosmos eingebettet sind, und ob es vielleicht andere Lebewesen gibt, die vielleicht auch gerade hoffen, dass sie nicht allein sind im Universum.

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Ich wäre wahnsinnig gerne etwas Normales, also nichts Spezielles und Einsames. Ich wäre gerne eine normale Lebensform um einen ganz normalen Stern. Jetzt wissen wir, dass wir einen ganz normalen Planeten haben. Es ist nicht so, dass andere Sterne nicht so einen Planeten wie unseren haben könnten. Und das finde ich schön, weil das hat meinen Blick an den Sternenhimmel komplett verändert. Wir wissen natürlich nicht, ob es andere Planeten wie unseren gibt. Aber ich kann am Himmel abzählen: eins, zwei, drei, vier, fünf – einer von denen hat vielleicht eine andere Erde und wir sind gerade dabei, das herauszukriegen. Und ich finde es wunderschön, unter den Sternen zu sitzen, einfach hinaufzuschauen und zu fragen, ist es da vielleicht oder vielleicht dort? Und jetzt leben wir gerade in dieser Phase, in der dieses Vielleicht sich ändern kann.

Was Exoplaneten über unser Sonnensystem verraten können

Sie haben beschrieben, dass Sie Erkenntnisse von der Erde und die verschiedenen Entwicklungsstadien unseres Planeten in Ihre Suche mit einbeziehen. Inwieweit lassen sich denn auch Erkenntnisse über andere Planeten in unserem Sonnensystem für die Suche nach Leben auf den Exoplaneten anwenden? Wir wissen ja zum Beispiel mehr über den Mars oder den Jupiter als über die Exoplaneten, die so weit weg sind.

Absolut. Wir wissen viel mehr über unser Sonnensystem, seine Planeten und Monde, weil sie so viel näher sind als über diese neuen Welten, die um andere Sterne kreisen. Deshalb sammeln wir das ganze Wissen über Planeten in unserem Sonnensystem, um dadurch auch Exoplaneten, die so weit weg sind, besser zu verstehen. Zum Beispiel hat uns die Venus gezeigt, dass der Treibhaus-Effekt so wahnsinnig aus dem Ruder laufen kann. Sandstürme am Mars haben der Wissenschaft gezeigt, dass wenn sie Staub oder Rußpartikel in die Atmosphäre bringen, dass dann der ganze Planet kalt wird und dass wir deshalb auf keinen Fall Nuklearwaffen verwenden sollten, hier auf der Erde. Das wird nämlich den ganzen Globus überziehen und keiner hätte mehr Sonne. Dadurch verstehen wir unsere Planeten besser.

Aber Exoplaneten können uns auch Einblicke in unsere Welt und unser Sonnensystem geben: Wir haben schon Exoplaneten entdeckt, die etwas näher als die Erde an ihrer Sonne sind, aber etwas weiter weg als die Venus. Das heißt, diese Exoplaneten sind auch für unsere Zukunft interessant. Wie jeder Stern wird die Sonne auch mit der Zeit immer heller und in hunderten Millionen Jahren – wir wissen nicht genau wann – werden auch auf unserem Planeten die Ozeane verdampfen und unsere Welt sich zu einer unbewohnbaren Venus wandeln. Aber diese Exoplaneten in verschiedenen Abständen könnten das Rätsel auflösen, bei welchem Abstand vom Stern – also bei welcher Lichtstärke – das ganze Wasser verdampft. So entstehen Rückschlüsse, wie sich unser Planeten-System überhaupt entwickelt hat und wie es sich entwickeln wird.

Ich möchte wissen, wie wir im Kosmos eingebettet sind, und ob es vielleicht andere Lebewesen gibt, die vielleicht auch gerade hoffen, dass sie nicht allein sind im Universum.

Kommen denn die Techniken, die Sie entwickeln, auch zum Einsatz, um im Sonnensystem nach Leben zu suchen?

Nur zum Teil. Wenn Sie einen Planeten mit Leben um einen anderen Stern suchen, dann muss die Biosphäre den ganzen Planeten verändert haben, sonst finde ich die Biosphäre nicht. Das heißt, wir konzentrieren uns eigentlich auf etwas, was wir im Sonnensystem schon ausschließen können. Wir können also sagen, der Mars ist bestimmt nicht von einer Biosphäre umgeben, sonst hätten wir sie schon gefunden. Die Eismonde auch nicht. Aber wir können auf den Eismonden zum Beispiel nach Bruchstücken von Biopigmenten suchen, von denen ich gesprochen habe.

Aber generell ist es so, dass wir sehr konservativ nach Leben um andere Sterne suchen, weil wir eindeutige Spuren brauchen, Leben, das den ganzen Planeten verändert hat, so wie es bei uns auf der Erde geschehen ist.

Seltsame und vielversprechende Exoplaneten

Welcher ist in Ihren Augen der seltsamste existierende Exoplanet, den wir kennen? Es gibt ja einige merkwürdige Planeten.

Also, einen ganz seltsamen Planeten, den haben wir 2020 entdeckt. Ein Gasplanet, der um den Rest eines explodierten Sterns kreist. Der Stern ist explodiert, es blieb eine Sternenleiche übrig, ein weißer Zwerg. Der ist sehr heiß, aber nur etwa so groß wie die Erde. Der Planet konnte die Explosion des Sterns nicht überleben – so der Stand unseres Wissens bis 2020. Dann entdeckten wir einen Jupiter-Planeten, der um so einen weißen Zwerg kreist. Den hätte es eigentlich nicht geben dürfen. Das ist für mich einer von den seltsamsten Planeten, denn er muss die Explosion überlebt haben. Sie können einen riesigen Gasplaneten um einen Weißen Zwerg weder formen noch können Sie ihn einfangen. Können Planeten den Tod ihres Sterns überleben? Darum ist dieser Exoplanet für mich so spannend.

Welcher Exoplanet ist denn Ihren Augen am vielversprechendsten, was die Suche nach Leben angeht? Da werden ja oft die Trappist-1-Planeten genannt.

Also da habe ich zwei Lieblinge. Einer ist das Trappist-1-System. Einfach, weil es sieben erdgroße Planeten hat und drei davon in der habitablen Zone. Das heißt, es ist ein System, wo es möglicherweise drei Erden geben könnte. Das ist einer meiner Lieblinge, weil ich diese drei Planeten effektiv beobachten kann, weil ich nur einen Stern dazu anvisieren muss. Aber niemand weiß, wie lange wir suchen werden.

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Wenn wir keine Spuren auf diesen Planeten finden, heißt das noch lange nicht, dass es da draußen keine Spuren von Leben gibt. Dann haben wir einfach ein System angeschaut, wo entweder das Leben noch zu jung ist, sodass es noch keine eindeutigen Spuren hinterlässt, unterirdisch, weil das kann man es schwer finden, oder es gibt kein Leben dort.

Der andere Planet, der richtig spannend ist, kreist um unseren Nachbarstern Proxima Centauri. Leider schiebt sich der Planet nicht vor seinen Stern und im Augenblick haben wir nur die technische Möglichkeit, uns die Atmosphären von Felsplaneten in der habitablen Zone anzuschauen, wenn sich der Planet vor den Stern schiebt. Denn dann wird das Licht des Sterns durch die Planetenatmosphäre gefiltert. Das heißt, für manche Planeten sind wir noch blind. Wir wissen, es gibt sie, aber wir können ihr Licht noch nicht erkunden. Das wird erst die nächste Generation von Teleskopen ermöglichen.

Was denken Sie, wird die Forschung zuerst in unserem Sonnensystem oder auf einem Exoplanetenleben entdecken?

Da gibt es ganz viele Wetten, da geht es normalerweise um eine Flasche Rotwein oder um einen guten Kaffee. In unserem Sonnensystem haben wir Raumsonden, die Labore dabei haben. Die können Proben vor Ort untersuchen, zum Beispiel auf dem Mars. Aber die Vorbereitungs- und Reisezeiten sind auch in unserem Sonnensystem lang – sie sind noch Jahre entfernt. Durch das James-Webb-Weltraumteleskop haben wir zum ersten Mal die Chance, dass es Exoplaneten sein könnten.

Davor hätte ich gesagt, wenn es das James-Webb-Teleskop nicht gibt, dann stehen die Chancen besser, zuerst Leben im Sonnensystem zu entdecken. Die beiden Forschungsgebiete gehen Hand in Hand. Ich hoffe sehr, dass es ein zweites Mal Leben im Sonnensystem gibt. Das wäre spannend, wenn wir hinfahren könnten und es uns anschauen und sehen, ob es zum Beispiel eine andere DNA gibt.

Exoplaneten wiederum zeigen Milliarden von Möglichkeiten. Das heißt, im Augenblick wette ich auf die Exoplaneten. Aber ich habe auch überhaupt kein Problem, wenn andere Forschende eine richtig gute Flasche Wein oder einen guten Kaffee gewinnen sollten. Dann freue ich mich mit.