Methanbiosignatur

Methan (CH₄) ist auf der Erde zu über 90 % biogenen Ursprungs: Kühe, Reisfelder, Feuchtgebiete, Termiten und methanogene Archäen in Sedimenten produzieren es. In einer sauerstoffreichen Atmosphäre wird Methan durch UV-Strahlung schnell zerstört, sein Vorhandensein bedeutet, dass es ständig nachproduziert werden muss.

Wenn ein Teleskop Methan zusammen mit Sauerstoff oder CO₂ in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachweist, wäre das ein starkes Indiz für biologische Aktivität. Dieses 'chemische Ungleichgewicht' ist einer der Hauptindikatoren, nach denen JWST und zukünftige Teleskope suchen.

2024 veröffentlichte ein JWST-Team erste Daten zur Atmosphäre von K2-18b, einem Exoplaneten in der habitablen Zone eines roten Zwergsterns. Die Messungen zeigten Methan und CO₂, aber kein Dimethylsulfid, das als spezifischere Biosignatur gegolten hätte. Die Ergebnisse sind vielversprechend, aber nicht eindeutig.

Auf dem Mars hat der Curiosity-Rover seit 2013 saisonale Methanschwankungen gemessen, im Sommer mehr, im Winter weniger. Die Quelle ist unbekannt: biologisch, geologisch (Serpentinisierung) oder aus dem Untergrund freigesetztes altes Methan. Die europäische ExoMars-Mission (Rosalind Franklin Rover, Start 2028) soll das klären.

Gerade die Doppeldeutigkeit von Methan macht es zu einer schwierigen Biosignatur. Auf der Erde stammt der Großteil aus biologischen Quellen, doch im Weltall sind auch rein geologische Prozesse häufig: Bei der Serpentinisierung reagiert Wasser mit eisenreichem Gestein und setzt Methan frei, ganz ohne Leben. Kometeneinschläge und thermischer Abbau alter Kohlenstoffvorräte kommen hinzu. Deshalb gilt Methan allein nie als Beweis, sondern erst im Kontext: Findet sich daneben Sauerstoff, der das Methan eigentlich rasch zerstören müsste, deutet das auf eine ständige Nachproduktion und damit auf ein chemisches Ungleichgewicht hin, wie es lebende Systeme erzeugen. Genau diese Kombination mehrerer, gemeinsam schwer abiotisch erklärbarer Gase ist der heilige Gral der Exoplaneten-Spektroskopie. Bei K2-18b und beim Mars liefert Methan bislang nur Indizien, keine Gewissheit, und die nächste Generation von Missionen soll die entscheidenden Begleitsignale aufspüren.