Photosynthese auf Exoplaneten

Irdische Pflanzen sind grün, weil Chlorophyll rotes und blaues Licht absorbiert und grünes reflektiert, optimiert für das Spektrum unserer gelben Sonne. Ein Planet um einen roten Zwergstern (wie Proxima Centauri, Spektraltyp M) empfängt vor allem infrarotes Licht. Photosynthetische Organismen dort müssten nahezu das gesamte einfallende Licht absorbieren und wären wahrscheinlich schwarz oder dunkelrot.

2007 veröffentlichte die Astrobiologin Nancy Kiang eine einflussreiche Studie in Astrobiology, die das erwartete Erscheinungsbild von Vegetation für verschiedene Sterntypen modellierte: Um F-Sterne (heißer als die Sonne) wären Pflanzen blau oder violett, um K-Sterne orange, um M-Sterne schwarz.

Diese Vorhersagen haben praktische Bedeutung: Das James Webb Space Telescope und zukünftige Teleskope wie das Habitable Worlds Observatory suchen nach dem 'Vegetation Red Edge', einem charakteristischen Sprung im Reflexionsspektrum bei ~700 nm, den irdische Pflanzenmassen erzeugen. Auf Exoplaneten würde dieser Sprung bei anderen Wellenlängen liegen.

In Adrian Tchaikovskys Children of Time (2015) und Kim Stanley Robinsons Aurora (2015) spielt die Anpassung von Ökosystemen an fremde Sternspektren eine wichtige Rolle.

Gerade für die Teleskope der nächsten Generation ist die Farbe fremder Vegetation mehr als eine Kuriosität. Eine biologisch erzeugte Reflexionskante wäre eine der wenigen Biosignaturen, die sich kaum durch tote Chemie erklären lässt, denn kein Mineral zeigt einen so scharfen Sprung im Spektrum. Das Problem ist die Empfindlichkeit: Um den schwachen Lichtanteil zu messen, der von einer Planetenoberfläche reflektiert und nicht vom blendend hellen Stern verschluckt wird, braucht es Sternenlicht-Unterdrückung im Bereich von eins zu zehn Milliarden. Genau dafür werden Koronografen und Sternschatten-Konzepte entwickelt. Hinzu kommt, dass dichte Wolken oder Ozeane das Signal verdecken können und dass Pflanzen um rote Zwerge möglicherweise gar keine scharfe Kante zeigen. Trotzdem bleibt die spektrale Suche nach Photosynthese eine der konkretesten Hoffnungen, in den kommenden Jahrzehnten Leben auf einem Exoplaneten nachzuweisen.