Außerirdisches Leben
Sterne sind die Energiequellen des Lebens. Damit sich auf ihren Planeten Leben ählich wie wir es kennen entwickeln kann, müssen allerdings mehrere Bedingungen erfüllt sein.
Lebens-Zonen um verschiedene Sterne
In der Mitte ist unser Sonnensystem dargestellt. Die Erde bewegt sich auf der lebensfreundlichen Bahn (grün). Dort ist es nicht zu heiß und nicht zu kalt für irdisches Leben. Im Grenzbereich liegen Venus (rot, wärmer) und Mars (blau, kälter). Die Venus ist allerdings wegen ihrer dichten CO2-Atmosphäre vermutlich zu heiß (fast 500°C) für Leben. Der Mars hat dagegen seine Atmosphäre aufgrund seiner kleinen Masse und des Sonnenwinds weitgehend verloren. Oben in der Grafik ist ein kleinerer, kühlerer Stern abgebildet, unten ein größerer, heißerer. Entsprechend dichter oder ferner liegen ihre Lebenszonen. Grafik: Esa/Medialab
Bedingungen für lebensfreundliche Planeten
1. Der Stern sollte nicht zu groß sein. Denn ein großer Stern verbraucht nach dem Standardmodell seinen Vorrat an Wasserstoff durch Kernfusion wesentlich schneller als ein kleiner. (Im Rahmen der Plasmakosmologie hat die Größe des Sterns im Wesentlichen keinen Einfluss auf seine Lebensdauer, da er seine Energie hauptsächlich von außen erhält.) Für die Suche nach außerirdischem Leben ist in diesem Zusammenhang wichtig, dass der Stern alt genug ist, damit das Leben Zeit hatte, sich zu entwickeln. Zudem strahlt ein großer Stern intensiver ultraviolettes Licht aus, und UV-Licht schädigt die biologischen Zellen irdischen Lebens.
2. Der Stern sollte möglichst gleichmäßig strahlen. Schwankt seine Strahlungsintensität zu stark, wird das sich entwickelnde Leben abwechselnd einfrieren und braten.
3. Damit sich Planeten, Monde und Leben entwickeln können, muss die Materie, aus der sich ein Planetensystem gebildet hat, ausreichend schwere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Metalle enthalten haben. Entsprechend ist ein Stern, der diese Elemente enthält, eher ein Kandidat für ein lebensfreundliches Planetensystem.
4. Ein lebensfreundlicher Planet sollte seine Sonne nicht zu nah und nicht zu fern umkreisen, damit dort Wasser in flüssiger Form existieren kann. Wasser dient als Lösungsmittel und Reaktionsumgebung biochemischer Moleküe. Andere Lösungsmittel sindals Lebensgrundlage denkbar, beispielsweise ließe Ammoniak tiefere Temperatbereiche für Lebewesen zu, Schwefelsäure dagegen höhere; die Biochemie der Lebewesen müsste darauf natürlich abgestimmt sein. Die Temperatur an der Oberfläche des Planeten hängt außerdem von der Dichte seiner Atmosphäre ab.
Einschub: Wasser
Wasser ist eine chemische Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff: H2O. Unter einem Druck von 1,013 bar liegt sein Schmelzpunkt bei 0°C und sein Siedepunkt bei 100°C. Unterhalb eines Drucks von etwa 0,006 bar gibt es kein flüssiges Wasser mehr: Unterhalb einer bestimmten Temperatur ist es dann gefroren, oberhalb verdampft. Diese Situation finden wir beispielsweise auf dem Mars. Die Grenztemperatur für den Übergang Eis -> Dampf bei 0,006 bar liegt knapp über 0°C.
5. Die Planetenbahn sollte stabil sein. In einem Sonnensystem, in dem sich mehrere Sterne gegenseitig umkreisen, können ihre Anziehungskräfte einen Planeten auf eine chaotische Bahn führen. Aber auch in einem Dreifachsternsystem wie beispielsweise Alpha Centauri sind stabile Planetenbahnen denkbar, wenn sie nah genug an einem der Sterne liegen.
Oberflächentemperatur eines Planeten
(Abschätzende Rechnung)
Die pro Sekunde absorbierte = abgegebene Strahlungsenergie (Eabs = Eout), sonst würde sich der Planet immer weiter abkühlen oder aufheizen.
Der Stern hat die Leuchtkraft L (Strahlungsenergie pro Sekunde).
Im Abstand r trifft davon auf die Planetenquerschnittsfläche (Radius Rp) der Bruchteil πRp²/4πr² (Planetenquerschnitt / Kugelfläche um Sonne) und somit pro Sekunde die Energie: Ein = L πRp²/4πr².
Die Albedo A ist der Bruchteil der Strahlung, der reflektiert wird. Der Planet absorbiert Eabs = (1-A)Ein.
Der Planet mit Radius Rp strahlt annähernd wie ein schwarzer Körper nach dem Strahlungsgesetz Eout = 4πRp2σT4. σ = 5,7·10-8 Wm-2K-4 ist die Stefan-Boltzmann-Konstante, T die Temperatur.
Eabs = Eout, nach T auflösen liefert
T = [(1-A)L/16πσr²]1/4.
Die Lebenszone lässt sich abschätzen, indem wir nach dem Bahnradius r umstellen, und r jeweils für T = 273 K und 373 K berechnen (Temperaturbereich flüssigen Wassers).
Gegebenenfalls zu berücksichtigen: Effekt der Gashülle (höhere Temperatur am Boden); bei zu geringem Atmosphärendruck gibt es kein flüssiges Wasser; die Leuchtkraft eines Sterns wird mit der Zeit größer; langfristige Änderung der Albedo durch Staub, Bewölkung oder Vereisung ist möglich usw.
Beispiel: Sirius A ist 23 Mal leuchtkräftiger als die Sonne. Ein erdähnlicher Planet müsste Sirius A im etwa 5-fachen Abstand Erde-Sonne umkreisen, um irdische Temperaturen zu genießen.
Gliese 581
Die Grafik zeigt die lebensfreundlichen Zonen der Sonne und von Gliese 581 samt Planeten im Vergleich. (Mehr Infos zu Gliese 581.) Grafik: European Southern Observatory (ESO, Europäische Südsternwarte)
Nicht nur Planeten bieten Lebensgrundlagen
Neben Planeten können auch deren Monde unter Umständen eine Lebensgrundlage bieten. Dort könnten auch weit entfernt vom Zentralstern, Lebenszonen entstehen, beispielsweise durch die Erwärmung durch Gezeitenkräfte großer Planeten wie Jupiter oder Saturn. Die Jupitermode Europa and Kallisto haben möglicherweise flüssige Ozeane unter ihrer gefrorenen Oberfläche.
