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Science-Fiction basiert oft auf der Vorstellung, dass das Universum unzählige Orte birgt, an denen Menschen oder menschenähnliche Wesen gedeihen könnten. In Star Wars und Star Trek wimmelt es auf Hunderten von Planeten von Leben. Man könnte sie erkunden, als wären sie die eigenen. Doch in unserer Realität haben wir bisher nur einen Ort gefunden, an dem Lebewesen überhaupt überleben können: die Erde.
Obwohl wir bisher weder Leben noch ähnliche Welten entdeckt haben, heißt das nicht, dass wir nicht schon andere Welten gefunden haben, die potenziell Leben ermöglichen könnten. Man muss sich vor Augen halten, dass ein Planet, der Leben beherbergen könnte, in etwa einem Ort entspricht, den man sein Zuhause nennen könnte. Ein Schiffscontainer mag zwar als Zuhause dienen, bräuchte aber einige Reparaturen. Genauso müsste ein Planet, der Leben ermöglichen könnte, wahrscheinlich erst einmal optimiert werden, bevor man dort Schweine züchten und Feldfrüchte anbauen könnte. Wir haben jedoch einige potenzielle Möglichkeiten identifiziert. Betonung auf «potenziell».
Goldlöckchen-Zone
Eines der ersten Kriterien, nach denen Astronomen bei der Suche nach einem potenziell lebensfreundlichen Planeten suchen, ist seine Lage in der sogenannten habitablen Zone oder Goldlöckchen-Zone. Diese Bezeichnung ist natürlich eine Anspielung auf das Märchen von Goldlöckchen und den drei Bären, in dem ein Brei zu heiß, einer zu kalt und einer genau richtig war. Damit Leben entstehen kann, muss sich ein Planet in dieser «perfekten Zone» befinden; andernfalls wäre er für Leben, wie wir es kennen, entweder zu heiß oder zu kalt.
Die habitable Zone ist der Bereich um einen Stern, in dem ein Planet mit flüssigem Wasser existieren könnte. Die Temperatur darf weder zu hoch sein, da das Wasser sonst verdampfen würde, noch zu niedrig, da es sonst gefrieren würde. Die Erde befindet sich bekanntlich in der habitablen Zone um unsere Sonne. Daher sind annähernd vergleichbare Bedingungen erforderlich, die jedoch je nach Sterntyp und Planetengröße leicht variieren.
Es ist wichtig zu betonen, dass der Begriff «wie wir es kennen» hier eine entscheidende Rolle spielt. Es gibt viele Möglichkeiten, wie Leben unter ungewohnten Bedingungen gedeihen könnte. Erinnern wir uns: Selbst auf der Erde hat Leben Wege gefunden, in der Nähe giftiger hydrothermaler Quellen am Meeresboden zu existieren – Substanzen, die die meisten Lebewesen auf unserem Planeten töten würden. Doch einige Organismen haben sich angepasst und können dort nicht überleben. Für die Suche nach einem bewohnbaren Planeten halten wir uns jedoch an die grundlegenden Prinzipien.
Es gibt die Theorie, dass Leben auf Planeten jenseits der sogenannten habitablen Zone, sogar in unserem Sonnensystem, existieren könnte. Flüssiges Wasser ist beispielsweise möglicherweise nicht notwendig für Leben, flüssiges Methan hingegen könnte es potenziell ermöglichen. Saturns Mond Titan verfügt über reichlich flüssiges Methan, und es wurde vermutet, dass er Leben beherbergen könnte. Obwohl es dort viel kälter ist als auf der Erde, wurden flüssige Gewässer wie Meere und Flüsse beobachtet. Die Existenz von Leben ist zwar unwahrscheinlich, aber weitere Forschung ist notwendig.
Die Twilight Zone
Die Goldlöckchen-Zone ist nicht die einzige Zone im Weltraum, die es wert ist, erforscht zu werden. Es gibt auch die Dämmerzone. Bestimmt wäre ein Wissenschaftler begeistert, ihr einen Namen geben zu dürfen.
Die Dämmerzone existiert auf einem Planeten, nicht im Weltraum. Sie bezeichnet einen schmalen Bereich auf einem Planeten mit gebundener Rotation. Stellen Sie sich vor, die Erde dreht sich nicht um ihre Achse wie um die Sonne. Sie ist ein ruhender Planet, auf dem auf der einen Seite ewige Nacht und auf der anderen ewiger Tag herrscht. Eine Seite ist gefroren, die andere heiß, und auf keiner der beiden Seiten kann Leben existieren. Doch genau im Zentrum befindet sich ein schmaler Bereich – die Dämmerzone: ein Ort, an dem Leben unter sehr engen Bedingungen möglich ist.
Dies ist natürlich nur eine Theorie, aber ähnlich wie die «Goldlöckchen-Zone» eröffnet sie die Möglichkeit, dass es auf anderen Planeten Bedingungen geben könnte, wenn auch sehr enge, die Leben, wie wir es verstehen, ermöglichen könnten.
Wie kommt es überhaupt zu einer gebundenen Rotation? Unsere Galaxie enthält viele Sterne, die kleiner als unsere Sonne sind. Deshalb muss ein Planet seinem Stern näher sein, um in die sogenannte habitable Zone zu gelangen. Wenn ein Planet seinem Stern jedoch zu nahe kommt, wird er gebunden. Das bedeutet, er kann nur noch um den Stern kreisen, sich aber nicht mehr um ihn drehen, sodass immer eine Seite dem Stern zugewandt ist. Man spricht dann von einem gebundenen Planeten. Und da er sich in der habitablen Zone befindet, könnte flüssiges Wasser dort theoretisch existieren, allerdings nur in einem schmalen Bereich der Dämmerzone.
Es klingt etwas unglaublich, wie aus einem Science-Fiction-Film, ist aber häufiger, als man denkt. Der Mond sieht beispielsweise nachts immer gleich aus, weil er in einer gebundenen Rotation um die Erde kreist. Er umkreist die Erde, kann sich aber nicht um seine eigene Achse drehen.
In Zahlen
Wenn ein Planet also potenziell nur innerhalb der sogenannten «Goldilocks-Zone» bewohnbar sein kann, um wie viele Planeten geht es dann überhaupt? Unser Sonnensystem hat einen Planeten, und wir leben darauf. Die Milchstraße hingegen beherbergt etwa 3.200 Sterne mit Planeten, die sie umkreisen. Zumindest ist das der aktuelle Stand unserer Forschung. Und im gesamten Universum? Dort könnten bis zu 200 Sextillionen Sterne existieren, jeder mit seinem eigenen Planetensystem.
Wenn jeder Stern einen Planeten hätte, wären das 200 Sextillionen Planeten. Unser Stern hat jedoch acht Planeten, die ihn umkreisen – die größte Anzahl an Planeten, die wir bisher um einen Stern entdeckt haben. Wenn andere Sterne mindestens vier Planeten besitzen, wären das 800 Sextillionen Welten im Universum.
Forscher schätzen, dass allein unsere Galaxie bis zu 300 Millionen potenziell bewohnbare Planeten enthalten könnte. Zur Berechnung dieser Zahl wurden Daten des Kepler-Teleskops und der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) verwendet.
Die Zahl von 300 Millionen ist keineswegs eine optimistische Schätzung. Sie gilt als recht konservativ, da sie auf der Annahme basiert, dass nur 71 µP³T sonnenähnliche Sterne potenziell bewohnbare Planeten beherbergen. Die tatsächliche Zahl könnte deutlich höher liegen, da der durchschnittliche erwartete Prozentsatz bei 501 µP³T liegt, was bedeutet, dass aus 300 Millionen etwa 2,1 Milliarden werden könnten. Einige dieser Planeten sind relativ nah an uns, aber «relativ» spielt hier eine wichtige Rolle. Beispielsweise ist der uns im interstellaren Kontext nächstgelegene Planet zwar extrem nah, aber dennoch 20 Lichtjahre entfernt.
Der uns nächstgelegene Stern ist Proxima Centauri, der 4,3 Lichtjahre entfernt liegt. Mit der heutigen Technologie könnten wir ihn in 6.300 Jahren erreichen. Daher würden wir vermutlich etwa 30.000 Jahre benötigen, um unseren freundlichen Planeten zu erreichen, der 20 Lichtjahre entfernt ist. Mit anderen Worten: Wir werden diese Planeten nicht so bald besuchen können.
Die Anwendung der Drake-Gleichung, die der Astronom Frank Drake zur Bestimmung der Anzahl bewohnbarer Planeten entwickelte, führt zu etwas anderen Ergebnissen. Auch hier handelt es sich um eine stark spekulative Annahme. Die Gleichung multipliziert die durchschnittliche Sternentstehungsrate mit dem Anteil der Sterne mit Planeten, der durchschnittlichen Anzahl potenziell lebensfreundlicher Planeten und der durchschnittlichen Lebensdauer eines Planeten. Wie man sieht, sind einige Werte ungenau. Die Antwort liegt jedoch, je nach gewählter Berechnungsmethode, irgendwo zwischen 1,4 Milliarden und 2,65 Milliarden.
Was braucht der Planet?
Die Lage in der sogenannten «Goldilocks-Zone» macht einen Planeten nicht zwangsläufig bewohnbar. Sie bedeutet lediglich, dass er sich in einer Region befindet, die Leben ermöglicht. Damit Leben entstehen kann, müssen alle Faktoren sorgfältig abgewogen werden. Ein Planet muss mehrere Bedingungen erfüllen, damit Leben existieren kann. Andererseits gibt es wahrscheinlich unzählige Umstände, die wir noch nie in Betracht gezogen haben, unter denen verschiedene Lebensformen entstehen könnten. Der Einfachheit halber bleiben wir aber bei dem, was wir wissen.
Der Planetologe Alessandro Morbidelli ist der Ansicht, dass sieben Faktoren erfüllt sein müssen, damit ein Planet bewohnbar ist. Den ersten haben wir bereits besprochen: Er muss sich im richtigen Abstand zu seinem Stern befinden.
Der zweite Faktor ist die korrekte Umlaufbahn. Ist diese zu elliptisch und nicht annähernd kreisförmig, kommt es im Jahresverlauf zu starken Temperaturschwankungen: extrem kalte Winter und unglaublich heiße Sommer. Solche Temperaturschwankungen machen das Überleben von Leben in solchen Umlaufbahnen unwahrscheinlich.
Der nächste wichtige Punkt ist eine stabile Rotationsachse. Im Vergleich zur Erde fehlt dem Mars eine stabile Rotationsachse, was zum Verlust seiner Atmosphäre führte. Unsere Rotationsachse bleibt dank des Mondes relativ stabil.
Der vierte identifizierte Faktor ist Wasser. Wir haben zwar bereits erörtert, wie andere Flüssigkeiten Leben ermöglichen könnten, aber für erdähnliche Bedingungen benötigen wir Wasser. Allerdings nicht zu viel! Zu viel Wasser führt zur Bildung von Eisschichten, die die Entstehung organischen Lebens verhindern.
Auch die Zusammensetzung der Atmosphäre ist wichtig. Unser Planet ist reich an Stickstoff und Sauerstoff. Wäre er jedoch schneller entstanden, hätte er möglicherweise eine Atmosphäre reich an Wasserstoff und Helium gehabt, ähnlich wie Neptun, und Leben wäre auf unserem Planeten nicht möglich gewesen.
Der nächste Faktor ist die Plattentektonik. Man mag es vielleicht nicht wissen, aber die Plattentektonik ist es, die unser Klima aufrechterhält. Vulkane stoßen Treibhausgase aus, Regen wäscht sie weg, und der CO₂-Kreislauf schließt sich. Auf Planeten wie der Venus findet dieser Prozess nicht statt.
Nicht zuletzt benötigt die Erde ein Magnetfeld. Es wird vom rotierenden, flüssigen Erdkern erzeugt. Es schützt uns vor den tödlichen geladenen Teilchen im Weltraum, die alles Leben auf der Erde vernichten würden, indem sie unsere Atmosphäre zerstören, wenn wir nicht über dieses Kraftfeld verfügten.
Ein weiterer Faktor, der in der Liste der sieben Faktoren nicht erwähnt wird, aber von großer Bedeutung ist, sind die eigentlichen Bausteine des Lebens, wie wir es kennen. Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Phosphor und Schwefel ermöglichten die Entstehung des Lebens auf der Erde.
Wie finden wir sie?
Jetzt wissen wir also, wonach wir suchen. Aber wie genau finden wir sie? Das erfordert einiges an Aufwand. Astronomen müssen einen Stern finden, und glücklicherweise gibt es davon viele. Dann müssen sie herausfinden, welche Planeten diesen Stern umkreisen. Man sucht nach Objekten in der habitablen Zone, also etwa so groß wie die Erde.
Aufgrund der enormen Entfernungen kann man nicht einfach ein Teleskop auf einen Exoplaneten richten und ihn beobachten, wie man es beispielsweise mit einem Fernglas tut. Stattdessen suchen wir nach Helligkeitsabfällen im Sternenlicht, die darauf hindeuten, dass sich der Planet vor dem Stern befindet. Das bedeutet, dass man Exoplaneten nur dann sehen kann, wenn sie den Stern aus dieser Richtung umkreisen.
Als Nächstes müssen wir die Wellenlängen analysieren, um die Art der Atmosphäre zu bestimmen. Manche Planeten bestehen vollständig aus Gas, daher müssen wir feststellen, ob der Planet fest ist. Die Wellenlängen des vom Planeten absorbierten oder reflektierten Lichts helfen uns dann, seine Atmosphäre zu verstehen, da unterschiedliche Atmosphären Licht unterschiedlich absorbieren oder reflektieren.
Während wir weiterhin diese Planeten entdecken, sollten wir nicht vergessen, dass wir von unserem eigenen Planeten seit vielen Jahren Signale aussenden. Wissenschaftler gehen davon aus, dass mindestens 29 potenziell bewohnbare Planeten inzwischen ein Signal von der Erde empfangen haben.
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