Photochemie und Biosignaturen der Atmosphären im Sonnensystem und jenseits davon darüber hinaus

John Lee Grenfell, FU Berlin Wintersemester 2024

Ob Leben außerhalb der Erde existiert, ist eine Frage, die seit den Anfängen der Zivilisation fasziniert. Wir leben in aufregenden Zeiten, in denen die zentrale Frage „Sind wir allein?“ kann dank bahnbrechender Weltraumteleskope wie James Webb und geplanter Missionen wie dem Habitable Worlds Observatory und den Large Interferometer for Exoplanets (LIFE)-Mission wie nie zuvor wissenschaftlich untersucht werden kann. Diese Vorlesung vermittelt die Grundlagen atmosphärischer Biosignaturen (Lebenszeichen)  – wie man sie erkennen kann, wo man besondere Vorsicht walten lassen sollte („falsche Freunde“) und wie man theoretische Modellstudien mit Beobachtungen verknüpft. Wir werden Beispiele von (Gesteins-)Planeten sowohl innerhalb als auch außerhalb des Sonnensystems untersuchen. Der Kurs führt in die Grundprinzipien der atmosphärischen Photochemie ein und verknüpft sie sie in befasst sich mit deren Zusammenhang mit der atmosphärischen Entwicklung und Zusammensetzung. Der Kurs behandelt die Entwicklung und den heutigen Zustand der Erde und ihrer Nachbarplaneten Venus und Mars. Wir werden moderne atmosphärische (potenzielle) Biosignaturen auf der Erde (und erdähnlichen Planeten) diskutieren, einschließlich Sauerstoff, Ozon, Methan, Lachgas und Chlormethan sowie deren Spektralsignale und deren Nachweisbarkeit durch moderne Instrumente. In Bezug auf den Mars werden wir atmosphärisches Methan und seine photochemischen Quellen und Senken diskutieren. In Bezug auf die Venus werden wir Phosphin und seine stratosphärischen Reaktionen diskutieren. Darüber hinaus werden wir die Photochemie der Gas- und Eisriesen im Sonnensystem besprechen, dann kleine Körper und Monde, einschließlich des faszinierenden Falles von Titan. Schließlich Zum Schluss werden wir uns noch mit auf terrestrischen Exoplaneten jenseits des Sonnensystems konzentrieren  beschäftigen und einige neue Planeten Ziele untersuchen, für die bei denen erste Einschränkungen Abschätzungen der atmosphärischen Zusammensetzung vorliegen werden.