Leben bei anderen Sternen

Wir kennen bereits – abgesehen von unserer Sonne – mittlerweile über 850 Planeten (Stand Februar 2013) Sterne, die von Planeten umkreist werden. Es ist wahrscheinlich, dass innerhalb unserer Milchstraße Milliarden von Planetensystemen existieren. Angesichts dieser Zahlen scheint die Wahrscheinlichkeit für Leben außerhalb des Sonnensystems sehr hoch zu sein, allerdings sind Zahlen allein noch nicht alles. Im Folgenden werden wir die Möglichkeit für Leben auf Planeten bei anderen Sternen betrachten.

Bevor dies betrachtet wird, müssen wir unterscheiden zwischen Leben auf der Oberfläche, wie demjenigen der Erde, und Leben unter Oberfläche, wie demjenigen, das wir auf Mars oder Europa für möglich halten. Während wir Leben auf der Oberfläche von extrasolaren Planeten mit großen Teleskopen zumindest prinzipiell entdecken könnten, gibt es keine absehbare Technik, mit der wir Leben nachweisen könnten, das tief unter der Oberfläche eines Planeten in einem anderen Sternsystem verborgen ist (sofern dieses Leben nicht spürbare Auswirkungen auf die Planetenoberfläche hat). Wir konzentrieren uns daher auf die Suche nach Leben auf Planeten mit bewohnbarer Oberflächen – Oberflächen, deren Temperatur und Druck flüssiges Wasser ermöglichen.
 

Wie wahrscheinlich sind bewohnbare Planeten?

Es wurden bisher noch keine extrasolaren Planeten entdeckt, die bewohnbar zu sein scheinen. Aufgrund der begrenzten Möglichkeiten unserer heutigen Entdeckungstechniken sind ein Großteil der bis heute entdeckten Extrasolaren Planeten viel massereicher als die Erde und entsprechen wohl eher den jovianischen Planeten unseres Sonnensystems als den terrestrischen Planeten. (siehe aber Supererden). Solche Planeten sind unwahrscheinliche Kandidaten für Leben, obwohl sich manche von ihnen auf Umlaufbahnen befinden, die Monde mit Leben denkbar machen.

Die Tatsache, dass es in anderen Sternsystemen jovianische Planeten gibt, lässt aber die Annahme vernünftig erscheine, dass auch terrestrische Planeten häufig vorkommen. Unsere Technologie ist noch nicht vollständig geeignet dafür, diese Planeten zu entdecken. Die im März 2009 gestartete Kepler-Mission soll nach Transiten von erdgroßen Planeten vor ihren Sternen suchen. Seit Einsatz des Weltraumteleskop Kepler konnten so schon  (Stand Januar 2013)  351 erdähnliche Planetenkandidaten und 816 Planetenkandidaten der Gruppe Supererden entdeckt werden. Erst 2012 verkündeten Astronomen die Entdeckung von Planeten bei anderen Sternen, die von vergleichbarer Größe sind wie die Erde. Doch es geht noch kleiner: Ein internationales Forscherteam hat Anfang 2013 mit dem Satelliten-Observatorium Kepler einen Exoplaneten aufgespürt, der deutlich kleiner ist als Merkur, der kleinste Planet in unserem Sonnensystem. Der mit der Katalognummer Kepler-37b bezeichnete Himmelskörper umkreist einen rund 215 Lichtjahre entfernten Stern. Es handele sich vermutlich um einen atmosphärelosen, felsigen Planeten, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Dieser winzige Planet ist der innerste von insgesamt drei, die den sonnenähnlichen Stern Kepler-37 umkreisen“, so Thomas Barclay vom Ames Research Center der Nasa und seine Kollegen. Der größte der drei Begleiter ist doppelt so groß, der mittlere etwa dreiviertel so groß wie die Erde. Der Durchmesser des kleinsten Planeten von Kepler-37 b beträgt nur drei Zehntel des Erddurchmessers, also etwa 3820 Kilometer. Zum Vergleich: Merkur durchmisst 4880 Kilometer, der irdische Mond 3476 Kilometer.

Wenn wir also andere bewohnbare Planeten würden entdecken wollen, dann müssen wir zunächst überlegen, wo wir sie am ehesten vermuten würden und anhand dessen festlegen, wo wir die Suche durchführen.

Anforderungen an Sternsysteme

Bevor wir die Planeten selbst ins Auge fassen, sollten wir uns fragen, bei wie vielen Sternen eine Chance besteht, dass sie belebte Planeten aufweisen. Mit anderen Worten: Welche Sterne würden „gute Sonnen“ abgeben und die terrestrischen Planeten, von denen eventuell umkreist werden, mit Wärme und Licht versorgen?

Die erste Bedingung an einen Stern, auf dessen Planeten es Leben geben könnte, ist sein Alter: Er muss alt genug sein, damit Leben überhaupt entstehen konnte. Sterne höherer Masse haben kürzere Lebensdauern und die massereichsten Sterne existieren nicht länger als einige Millionen Jahre. Vorausgesetzt, das Leben auf der Erde war in den ersten paar hundert Millionen Jahren nach der Entstehung unseres Sonnensystems noch nicht präsent, können wir alle Sterne mit mehreren Sonnenmassen ausschließen. Weil aber massearme Sterne viel häufiger sind als massereiche Sterne, wird durch diese Voraussetzung nur etwa 1% der Sterne ausgeschlossen.

Als zweite Voraussetzung muss der Planet eine stabile Umlaufbahn um den Stern einnehmen können. Etwa die Hälfte aller Sterne befindet sich in Doppelsternsystemen oder Mehrfachsternsystemen, bei denen stabile Planetenbahnen weniger wahrscheinlich sind als bei Einzelsternen. Wenn Leben in solchen Systemen nicht möglich ist, können wir die Hälfte aller Sterne unserer Galaxis als potenzielle Brutstätten des Lebens ausschließen. Immerhin bleibt noch die andere Hälfte der Sterne, noch beinahe 100 Milliarden Sterne, als potenzielle Orte des Lebens übrig. Außerdem sind unter bestimmten Bedingungen durchaus stabile Planetenbahnen in Mehrfachsystemen möglich, daher dürfen wir diese nicht vollständig außer Acht lassen.

Eine dritte Bedingung für die Wahrscheinlichkeit, einen bewohnbaren Planeten zu finden, ist die Größe der habitablen Zone dieses Sterns – der Region um den Stern, in der ein terrestrischer Planet der richtigen Größe eine Oberflächentemperatur aufweist, die flüssiges Wasser und damit Leben ermöglicht.

Insgesamt gesehen scheint es also, als ob der Großteil der Sterne zumindest potenziell von Planeten umkreist werden kann, auf denen sich Leben entwickelt haben dürfte. Darüber hinaus deuten sogar äußerst konservative Schätzungen auf eine enorm große Zahl hin. Schränken wir die Suche nach bewohnbaren Planeten beispielsweise auf Sterne ein, die der Sonne ähneln (also auf solche des Spektraltyps G), wären das allein in der Milchstraße immer noch Milliarden anderer möglicher Sonnen.

 

Bewohnbare Planeten finden

Wie bereits weiter oben erwähnt hat Kepler bereits rund 350 erdähnliche Planetenkandidaten und rund 800 Supererden gefunden. Messungen der Bahneigenschaften dieser Planeten durch Kepler werden uns zeigen, ob sich diese Planeten in der habitablen Zone der Sterne befinden.

Wir werden Bilder und Spektren benötigen, um zu erkennen, ob diese Planeten tatsächlich bewohnbar sind oder sogar Leben beherbergen könnten. Die Wissenschaftler arbeiten intensiv an Verfahren, die solche Daten liefern könnten. Wenn alles klappt, hofft die NASA innerhalb eines Jahrzehnts eine Mission in eine Umlaufbahn starten zu können, mit der sich niedrig aufgelöste Spektren und grobe Bilder (nicht größer als einige Pixel) von erdähnlichen Planeten bei nahegelegenen Sternen gewinnen lassen. Die Astronomen hoffen, in den nächsten Jahrzehnten  leistungsfähige Interferometer bauen zu können, die entweder im Weltraum oder auf dem Mond stationiert werden könnten. Innerhalb der Lebensspanne der heutigen Studenten könnten wir möglicherweise auf optische Interferometer mit Dutzenden von Teleskopen zurückgreifen, die Hunderte Kilometer weit voneinander entfernt sind. Diese Teleskope wären nicht nur in der Lage, erdähnliche Planeten um nahegelegene Sterne zu entdecken, sie könnten sogar Spektren und deutliche Bilder dieser Planeten liefern.


Spuren des Lebens

Bilder zukünftiger Teleskope könnten uns zeigen, ob diese Planeten Kontinente und Ozeane wie die Erde besitzen, und werden es uns vielleicht erlauben, jahreszeitliche Veränderungen zu verfolgen. Spektren sind für die Suche nach Leben sogar noch wichtiger. Infrarotspektren mittlerer Auflösung können die Anwesenheit und Häufigkeit vieler Atmosphärengase enthüllen wie z.B. Kohlendioxid, Ozon, Methan und Wasserdampf. Die sorgfältige Analyse der atmosphärischen Zusammensetzung könnte uns Hinweise darauf geben, ob der Planet Leben trägt.

Auf der Erde ist beispielsweise der hohe Sauerstoffgehalt von 21% ein direktes Resultat des fotosynthetisch aktiven Lebens. Ein hoher Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre einer entfernten Welt könnte in ähnlicher Weise auf die Anwesenheit von Leben hindeuten, denn wir kennen keinen Prozess, der ohne biologische Aktivität eine so hohe Sauerstoffkonzentration  wie auf der Erde erzeugen kann. Andere Anhaltspunkte beruhen auf dem Verhältnis von Sauerstoff zu den anderen entdeckten Gasen. Die Wissenschaftler, die sich mit der Suche nach Leben in anderen Planetensystemen befassen, wollen das Verständnis darüber verbessern, wie das Leben die Atmosphärenchemie beeinflusst, und hoffen, dass wir irgendwann bestimmte Gaskombinationen als Signaturen des Lebens zu erkennen in der Lage sein werden.
 

Sind erdähnliche Planeten eher selten oder häufig?

Bevor wir nicht viele Sternsysteme, die potenziell Planeten beherbergen könnten, mit Teleskopen untersucht haben, die in der Lage sind, kleine Planeten zu entdecken, können wir nicht mit Sicherheit wissen, ob bewohnbare Planeten existieren oder wie häufig solche Planeten sind. Allerdings machen die Existenz mehrerer erdgroßer Welten in unserem eigenen Sonnensystem und unsere Erkenntnisse über die Planetenentstehung die Vorstellung wahrscheinlich, dass viele erdähnliche Planeten in den habitablen Zonen anderer Sterne existieren. Aber dürfen wir davon ausgehen, dass diese Planeten auch erdähnliche Bedingungen aufweisen, bei denen Leben entstehen und sich entwickeln kann?

Die meisten Wissenschaftlicher sind überzeugt, dass dem so ist, doch einige andere Forscher haben interessante Fragen aufgeworfen. Im Wesentlichen argumentieren diese Wissenschaftler, dass die Lebensfreundlichkeit der Erde ein Ergebnis verschiedener glücklicher Zufälle ist. Gemäß dieser Vorstellung, die bisweilen als „Rare-Earth-Hypothese“ (Die Hypothese der Seltenen Erde“) bezeichnet wird, könnten die besonderen Bedingungen, die die Entstehung des Lebens auf der Erde und dessen Entwicklung zu komplexen Formen (Pflanzen, Tiere, Menschen) ermöglichten, so selten sein, dass wir uns vielleicht auf dem einzigen Planeten befinden, der mehr als nur primitivste Lebensformen hervorgebracht hat.

Eine sehr ausführliche Darstellung der Rare-Earth-Hypothese findet man in Wikipedia.