Mit Grönlands Geologie die Jupitermonde erkunden

Entdeckung unter Grönland

Was hat eine Entdeckung unter dem grönländischen Eis mit außerirdischem Leben auf den Jupitermonden zu tun? Jede Menge und in diesem Beitrag gehen wir der Sache auf den Grund.

Reisen wir zurück ins Jahr 1979. Die Sonde Voyager 1 erreichte den Jupiter und untersuchte den Gasplaneten und seine Monde. Eine der wichtigsten Erkenntnisse betraf den Mond Europa. Am 5. März 1979 näherte sich Voyager 1 dem Mond auf 932.000 Kilometer. Im April 1979 folgte dann Voyager 2 und näherte sich ebenfalls dem Mond. Durch die Daten der beiden Sonden fand man heraus: Auf dem Mond Europa gibt es einen unterirdischen Ozean. Eine absolute Sensation, denn Ozeane aus flüssigem Wasser außerhalb der Erde auf fremden Himmelskörpern galten damals noch als Science Fiction. 

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Was sind Schwarze Raucher?

Seitdem wird munter darüber spekuliert, ob es in diesem Europa-Ozean nicht außerirdisches Leben geben könnte. Viele Forscher glauben, dass das Leben auf der Erde in Tiefseevulkanen entstanden ist, in sogenannten Schwarzen Rauchern. Hier könnten die ersten anorganischen Stoffe den Sprung zu primitiven Lebensformen gemacht haben – und wenn es auf Europa einen unterirdischen Ozean und mit den Gezeitenkräften des Jupiters auch eine kräftige Energiequelle gibt, sind die Voraussetzungen für die Entstehung von Leben so gut wie auf der Erde. 

Doch bevor die Alien-Euphorie jetzt zu groß wird: Die Eiskruste von Europa, also die dicke Schicht aus Eis, die über dem Ozean liegt, ist sehr massiv und erstreckt sich über 20 bis 30 Kilometer. Selbst wenn wir es schaffen würden, auf Europa zu landen und ein Loch zu bohren, wäre es nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft unmöglich, diese Eisdicke zu überwinden. Zum Vergleich: Das tiefste Loch, das jemals auf der Erde gebohrt wurde, war die Kola-Bohrung in der Sowjetunion. Und da schaffte man es “nur” auf knapp 12,2 Kilometer. Die Bohrung auf einem fremden Himmelskörper wäre wesentlich anspruchsvoller als auf der Erde. 

Darstellung der Eisschicht auf dem Mond Europa

Warum die Doppelkämme in Grönland so interessant sind

Kann es aber wirklich sein, dass in dem Europa-Ozean außerirdisches Leben herumpaddelt, wir es aber niemals zu Gesicht bekommen werden, weil die Eiskruste zu dick ist? Müssen wir uns unsere Träume von der Entdeckung von außerirdischem Leben abschminken? Vielleicht nicht. Denn eine Entdeckung eine Grönland ändert alles. Reisen wir mal zurück vom weit entfernten Mond Europa ins irdische Grönland. 

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Bruchstück eines großen Eisenmeteoriten aus Campo del Cielo in Argentinien. Mitgeliefert wird ein Echtheitszertifikat. Verschiedene Größen verfügbar. 

Im Nordwesten Grönlands gibt es eine interessante Doppelkamm-Formation, Bergkämme, die sich über viele Kilometer erstrecken und durch flache Täler getrennt sind. Ein Team der Universität Stanford untersuchte die grönländischen Doppelkämme und erkundete den Bereich unter der Erdoberfläche mit Hilfe von Radartechnologie. Sie fanden heraus, wie diese Doppelkämme entstanden sind. Sie vermuten, dass Schmelzwasser an der Oberfläche Grönlands in einen Hohlraum innerhalb des dicken Eisschildes abfloss und dann dort wieder gefror. Solche Hohlräume gibt es überall im grönländischen Eis, da es immer wieder Stellen mit porösem Eis gibt. Diese Stellen kollabieren und hinterlassen einen leeren Raum. Wenn dann Schmelzwasser in einen solchen Hohlraum fließt und dort wieder gefriert, dann dehnt es sich aus. Das passiert mit Wasser, wenn es gefriert, denn die Moleküle im Eiskristall beanspruchen mehr Raum als im flüssigen Wasser. Deswegen kann auch gefrorenes Wasser, also Eis, auf flüssigem Wasser schwimmen, weil die Dichte niedriger ist. Und die Ausdehnung beim Gefrieren in den Hohlräumen bedeutet, dass das nun gefrorene Wasser unter extremem Druck die darüber liegenden Eis- und Erdschichten nach oben drückt – an der Oberfläche entstehen dann diese Kammstrukturen. Und genau solche Kammstrukturen gibt es auch auf dem Mond Europa.

Doppelkämme in Grönland

Auf Europa: Hohlräume mit flüssigem Wasser

Der gesamte Jupitermond Europa ist überzogen mit Kammstrukturen, also mit diesen eisigen Berg- und Tallandschaften. Erkenntnisse über ähnliche Strukturen auf der Erde liefern uns gleichzeitig Indizien über die Verhältnisse auf Europa. Und diese Entdeckung könnte bedeuten, dass es auf Europa auch solche Wassertaschen gibt, also Hohlräume voller noch flüssigem oder gerade erst gefrorenem Wasser. Und dann müssten wir uns nicht 30 Kilometer in die Tiefe bohren, sondern könnten direkt unter der Oberfläche Wasser finden. 

Ein paar Unterschiede gibt es aber doch, denn auf Europa gibt es kein Schmelzwasser, das abfließen könnte, da die Oberfläche sehr kalt ist. Aber das Wasser könnte von unten in die Hohlräume gepresst werden, ein bisschen wie bei einer Bialetti-Kanne. Die Analogie passt gut, denn auf Europa gibt es ein komplexes Eisvulkan-System. Das Wasser aus dem flüssigen Ozean könnte tatsächlich in die Hohlräume geschossen werden. Und dieses Wasser wäre ein interessantes Forschungsobjekt. Hauptautor der Studie der Stanford University Dr. Dustin Schroeder sagt: “Flüssiges Wasser in geringer Tiefe ist räumlich und zeitlich in der Eishülle Europas allgegenwärtig. Es ist näher an der Oberfläche, wo man interessante Chemikalien aus dem Weltraum, von anderen Monden und den Vulkanen von Io erhält.”

Mission Europa-Clipper der NASA

Wenn wir es schaffen würden, eine Raumsonde auf Europa landen zu lassen, die sich nur ein wenig in das Eisschild in der Kammregion buddeln könnte, könnten wir unglaubliche Dinge entdecken, vielleicht sogar Spuren von außerirdischem Leben. Allerdings liegen Europa-Landungen, geschweige denn Bohrungen, leider noch in weiter Ferne, aber die Mission Europa-Clipper der NASA soll im Jahr 2024 mit einem eisdurchdringenden Radar starten. Jetzt wissen die Betreiber genau, nach was sie Ausschau halten müssen, um herauszufinden, ob der Grönland-Mechanismus die Erhebungen auf Europa erklärt. Wenn sich das bewahrheitet, dann werden die Bemühungen um eine Landung auf Europa sicherlich so richtig an Fahrt aufnehmen. 

Foto des Jupitermonds Europa

Übrigens war das Forscherteam in Grönland gar nicht auf der Suche nach Strukturen, die denen auf Europa ähneln. Das war reiner Zufall und durch die Präsentation von anderen akademischen Kollegen über die Kammstrukturen auf Europa kam ihnen dann der Einfall, dass es hier Ähnlichkeiten geben könnte. Dr. Dustin Schroeder sagt: “Wir haben an etwas völlig anderem gearbeitet, das mit dem Klimawandel und seinen Auswirkungen auf die Oberfläche Grönlands zu tun hat, als wir zufällig diese winzigen Doppelkämme auf Europa sahen.” Ein schönes Beispiel dafür, wie oft Zufälle und glückliche Umstände die Wissenschaft weiter bringen.

Ihr wollt mehr über die Entdeckung in Grönland erfahren? Dann schaut euch das neue Video von Astro-Tim an:

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DNA-Bausteine in Meteoriten gefunden

DNA Bausteine im Meteoriten

Was für eine unglaubliche Entdeckung: In Meteoriten, die auf der Erde eingeschlagen sind, haben Wissenschaftler alle Bausteine des Lebens entdeckt. Stammen wir aus dem Weltraum? 

Ihr erinnert euch bestimmt noch an die siebte Klasse Biologie-Unterricht. Da lernte man etwas über die Bausteine der DNA, also des Erbguts, das die Eigenschaften jeder Spezies dieses Planeten definiert. DNA ist die englische Abkürzung für Desoxyribonukleinsäure und die Grundbausteine von DNA-Strängen sind vier verschiedene Nukleotide, die jeweils aus einem Phosphatrest, dem Zucker Desoxyribose und einer von vier Nukleinbasen bestehen. Diese Nukleinbasen heißen – und spätestens das wird sicherlich die Erinnerungen an den Bio-Unterricht wecken – Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Aus der Abfolge dieser Nukleinbasen ergeben sich unterschiedliche Informationen. Um die Entstehung des Lebens zu verstehen, müssen wir herausfinden, woher diese Nukleinbasen stammen. Sind sie auf der Erde in der Ursuppe entstanden? Oder kommen sie aus dem Weltraum und wir sind alle in gewisser Hinsicht Aliens?

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Dieser Frage wollte ein Team von Forschern der NASA und der Universität Hokkaido auf den Grund gehen. Sie mussten sich dabei nur noch auf die Suche nach zwei der DNA-Bausteinen begeben, nämlich Cytosin und Thymin. Die anderen beiden, Adenin und Guanin, hatte man bereits zuvor in Meteoritengestein entdeckt. Der Umstand, dass bislang nur Adenin und Guanin gefunden wurden, hätte bedeuten können, dass Cytosin und Thymin im Weltraum nicht vorkommen und auf der Erde entstanden sind. Oder es hätte bedeuten können, dass die bisherigen Messungen nicht gut genug waren – und genau das wollte das Forscherteam herausfinden. 

Künstlerische Darstellung der DNA

Wozu verwendet man Ameisensäure?

Bisher hat man zur Detektion von organischen Stoffen aus Meteoriten meist heiße Ameisensäuren verwendet und Proben von Meteoriten dieser ausgesetzt, um einen Extrakt zu  erhalten – gerade für die Suche nach Cytosin und Guanin ist das aber wenig geeignet, da diese beiden Nukleinbasen sehr empfindlich sind und dabei potentiell zerstört werden könnten. 

Das Forscherteam hat nun Meteoriten mit einem schonenden Verfahren untersucht: durch eine Extraktion der Proben in kaltem Wasser während diese Ultraschallbestrahlung ausgesetzt waren. Ihr könnt euch die unterschiedlichen Methoden besser vorstellen, wenn ihr es mit Kaffeezubereitung vergleicht: Ihr wollt aus dem Kaffeepulver einen Extrakt herstellen, den ihr nicht untersuchen, sondern trinken wollt. Es gibt mehrere Wege zum Ziel: Ihr könnt das Kaffeepulver mit heißem Wasser übergießen. Das führt sehr schnell zum gewünschten Ergebnis, aber auf mikroskopischer Ebene zerstört ihr durch die Hitze einiges in den gemahlenen Kaffeebohnen. Oder ihr könnt das Kaffeepulver über Nacht in kaltem Wasser ziehen lassen. Das nennt man Cold Brew. Es dauert zwar länger, führt aber zu einem sehr geschmacksintensivem Erlebnis, da der Kaffee langsam und schonend extrahiert wurde. 

Herstellung eines Kaffees – durchaus zu vergleichen mit der Meteoritenextraktion

Nukleinbasen im Meteoriten

Auf eine ganz ähnliche Art und Weise, durch einen wissenschaftlichen Cold Brew, haben die Forscher Proben von besonderen Meteoriten extrahiert, unter anderem des sogenannten Murchison Meteoriten. Der ist 1969 in Australien eingeschlagen und einer der am besten untersuchten Meteoriten überhaupt, da er unfassbar reich an organischen Verbindungen wie Aminosäuren ist. Es liegt der Verdacht nahe, dass er die Nukleinbasen der DNA enthält – und siehe da: Das Cold Brew-Verfahren hat tatsächlich Cytosin und Guanin in den Proben zu Tage gefördert. Das ist einfach unglaublich: Damit haben wir alle Nukleinbasen unseres Erbguts in Steinen aus dem Weltraum gefunden. Die Bausteine des irdischen Lebens sind nicht nur hier auf der Erde entstanden, sondern sind mindestens zusätzlich außerirdischen Ursprungs.

Der Murchison Meteorit in Australien
Murchison Meteorit

Skeptiker mögen einwenden: Ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass die Meteoritenproben einfach kontaminiert waren? Immerhin liegen die schon einige Jährchen auf der Erde und hier wimmelt es nur so vor Nukleinbasen. Um das auszuschließen, haben die Forscher auch Proben der Erde rund um den Murchison-Meteoriten dem Cold-Brew-Verfahren unterzogen. Zwar wurden auch darin einige DNA-Basen und verwandte Moleküle nachgewiesen – was ja logisch ist – aber nicht alle. Und der Aufbau dieser Verbindungen unterschied sich von denen im Meteoritenmaterial. Eine Kontamination durch irdisches Material kann im Prinzip ausgeschlossen werden. 

Sind die Bausteine des Lebens im Weltraum vorhanden?

Ist der Gedanke von unserem kosmischen Ursprung nicht unfassbar faszinierend? Co-Autor der Studie Danny Glavin vom Goddard Space Flight Center der NASA sagt: „Wir haben verschiedene Pyrimidin-Nukleobasen identifiziert, darunter Cytosin und Thymin. Wir haben damit jetzt den Beweis, dass der komplette Satz an Nukleobasen, der heute in Lebewesen vorkommt, schon zur Zeit der Lebensentstehung auf der Erde verfügbar gewesen ist.“

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Übrigens ist das nicht nur faszinierend im Hinblick auf das Leben auf unserem Planeten. Denn, wenn die Bausteine des Lebens auf x-beliebigen Steinen im Weltraum vorhanden ist, dann – ihr erratet es – könnte die Entstehung von Leben kein rein irdisches Phänomen sein. Jeder Planet wäre dann eine potentielle Eizelle und jeder Asteroid ein potentielles Spermium – sozusagen.

Außerirdisches Leben immer wahrscheinlicher

Die Tatsache, dass die Bausteine des Lebens nicht auf der Erde entstanden, sondern im Weltraum vorhanden sind, erhöht die Wahrscheinlichkeit für außerirdisches Leben immens! Andererseits kennen wir nur das irdische Leben und wissen gar nicht, ob diese Nukleinbasen auch die Bausteine für Alien-Lebensformen sind. Gewissheit werden wir erst bekommen, wenn wir eine außerirdische Lebensform finden.

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Aliens und tödliche Exoplaneten – der Aurora-Effekt

Wo sind die Aliens? Vielleicht wimmelt es in der Milchstraße nur so vor Außerirdischen aber der sogenannte Aurora-Effekt sorgt dafür, dass wir sie nie zu Gesicht bekommen.

“Wo sind alle? Where is everybody?” das waren die berühmten Worte des Astrophysikers Enrico Fermi, die er der Legende nach zu seinen Kollegen in der Mittagspause sagte, um sein Verwundern darüber auszudrücken, dass wir noch keine Spuren von Aliens gefunden haben. Diese Überlegung ging in die Geschichte als das Fermi-Paradoxon ein. Man könnte das Fermi-Paradoxon auch so umschreiben: Angesichts der schieren Masse von Sternsystemen alleine in unserer Galaxis muss es eigentlich irgendwo außerirdisches Leben geben, aber wir haben noch kein Indiz dafür gefunden – und das ist irgendwie paradox. 

Schlaue Leute haben sich schon allerhand Lösungen für das Fermi-Paradoxon ausgedacht und die simpelste wäre: Es gibt halt einfach keine Aliens. Und deswegen haben wir auch noch nichts von ihnen gehört. Aber ist das wahrscheinlich? Bei mehreren Milliarden, wenn nicht sogar Billionen Planeten in unserer Milchstraße soll die Erde der einzige sein mit Leben? Wohl kaum! Es bedarf also etwas komplexerer Lösung für das Fermi Paradoxon und eine solche könnte der sogenannte Aurora Effekt sein. 

Enrico Fermi kurbelte die Fantasie vieler Science-Fiction-Autoren an

Ursprünglich ausgedacht hat sich den Aurora-Effekt der Science-Fiction-Autor Kim Stanley Robinson in seinem Roman Aurora. Es geht grob zusammengefasst darum, dass ein erdähnlicher Exomond namens Aurora besiedelt werden soll, allerdings existiert auf diesem Mond Leben in Form von Mikroorganismen, die für Menschen extrem schädlich sind. Wissenschaftlich zementiert hat den Aurora-Effekt dann der Astronom Jonathan Carroll-Nellenback von der University of Rochester im US-Bundesstaat New York, der sich wissenschaftlich mit dem Fermi-Paradoxon beschäftigt. In einer Studie hat er dargelegt, wie außerirdische Siedlungsbewegungen in der Milchstraße ablaufen könnten. Folgendes Szenario: Am anderen Ende der Galaxis existiert ein Exoplanet mit einer intelligenten Spezies, die sich im raumfahrenden Zeitalter befinden wie wir. Diese Spezies verfügt aber auch nicht über Technologien wie den Hyperraum-Antrieb und auch keine Energiequellen, mit denen sie etwas wie den Warp-Antrieb, also eine Art Raumkrümmungsantrieb, betreiben könnten. Ähnlich wie bei uns ist ihre beste Chance andere Welten zu besiedeln ein Generationenschiff. Das ist ein Raumschiff, das extrem lange unterwegs ist und in dem mehrere Generationen aufeinander folgen bis schließlich die Urururenkel-Generation auf einem fernen Exoplaneten oder Exomond ankommt.

Weltraum, Exoplanet, Interstellar
Potentielle bewohnbare Planeten gibt es in der Galaxis wohl viele

Jonathan Carrol-Nellenback beschreibt in seiner Studie, dass solche Siedlungsversuche vermutlich keine Seltenheit in der Milchstraße sind. Überall versuchen vielleicht gerade außerirdische Spezies sich auf fremde Himmelskörper zu verbreiten. Doch laut der Studie sind solche Versuche extremst langwierig und logistisch schwierig durchzuführen. Bis zum Beispiel Nachschub an Rohstoffen oder Siedlern von der Heimatwelt kommt, könnten Jahrhunderte und Jahrtausende ins Land gehen. Bis dahin können sich die technologischen und politischen Zustände auf dem Heimatplaneten schon längst grundlegenden geändert haben. Wenn auf der Alien-Heimatwelt die Nachricht ankommt, dass man weitere Siedler benötigt, kann dort schon längst die Stimmung dahin gekippt sein, dass man gar kein Interesse mehr an neu besiedelten Planeten hat. Oder es ist Zuhause ein Krieg ausgebrochen und man hat schon längst vergessen, dass man vor Jahrhunderten Kolonisten zu fernen Welten ausgesandt hat.

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Schließlich kommt laut Jonathan Carrol-Nellenback der erwähnte Aurora-Effekt hinzu. Viele Planeten oder Monde in unserer Galaxis erscheinen vielleicht auf den ersten Blick geeignet für eine Besiedelung. Es dürfte gerade bei solchen potentiell bewohnbaren Planeten oftmals der Fall sein, dass sie eben schon bewohnt sind – aber vielleicht nicht von hochentwickelten Lebewesen sondern von Bakterien, Viren und Pilzen – und so ein Alien-Pilz könnte für eine Kolonie von Siedlern ziemlich tödlich sein. Mit anderen Worten: Laut der Studie von Jonathan Carrol-Nellenback dürften jede Menge Expansionsbestrebungen von Alien-Zivilisationen in der Milchstraße daran scheitern, dass ihre Siedler auf Exoplaneten von den dort heimischen Mikroben getötet werden. Das ist der Aurora-Effekt.

Welche Alien-Mikroben erwarten uns auf fernen Exoplaneten?

Und wie bereits beschrieben wäre es dann relativ kompliziert, zeitnah Nachschub an Medizin oder neuen Siedlern zu schicken. Die Lösung für das Fermi-Paradoxon könnten also Logistikprobleme in Kombination mit dem Aurora-Effekt sein. 
Die Studie geht aber nicht davon aus, dass hierdurch gar keine Alien-Kolonisation in der Galaxis stattfinden würde. Sie sagt nur, dass sich interstellare Alien-Imperien durch die genannten Effekte eben immer nur auf relativ lokal begrenzte Zivilisationsblasen erstrecken – und deswegen haben wir eben noch nichts von ihnen mitbekommen. 

Noch mehr Informationen zum Aurora-Effekt erhaltet Ihr in diesem Video:

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