Wie sehen Außerirdische aus, deren Sonne ein Roter Zwergstern ist? Was treiben die Bewohner von Sternentstehungsregionen? Wie lebt es sich auf einem Planeten, der in einem Doppelsternsystem zwei Sonnen umkreist? Sciencefiction-Romane haben Antworten auf all diese Fragen gefunden. In diesen utopischen Geschichten reisen Raumfahrer von der Erde sogar zu Kugelsternhaufen oder in das Zentrum der Galaxis, um mit den dortigen Zivilisationen Kontakt aufzunehmen.

Dass Literaten ihre Schauplätze in immer exotischere Regionen des Milchstraßensystems verlegt haben, erklärt sich zum Teil aus dem Pessimismus der Wissenschaftler: Fast immer, wenn die Astrophysiker einen vermeintlichen Lebensraum näher untersucht hatten, waren die Ergebnisse ernüchternd. Noch vor wenigen Jahrhunderten, als so große Geister wie Nicolaus von Kues (1401-1464) oder Immanuel Kant (1724-1804) die Fundamente der modernen Naturwissenschaft legten, gehörte es für sie zum guten Ton, intelligente Bewohner auf den damals bekannten Planeten und sogar auf der Sonne zu postulieren. Anfang des 17. Jahrhunderts richtete Johannes Kepler ein Fernrohr auf den Mond und meinte, dort Meere und erdähnliche Wetterbedingungen entdeckt zu haben. Und wenige Jahrzehnte später, als man bereits nicht mehr an einen belebten Mond glaubte, führte ein anderer Astronom, Christian Huygens, die Lebenssuche mit dem Teleskop für die Venus und den Mars fort.

Heutzutage lässt sich nicht mehr ernsthaft über Kanäle bauende Marsbewohner oder kühle Oasen im Innern der Sonne spekulieren. Denn inzwischen wissen wir, dass die allermeisten Orte unseres Sonnensystems absolut lebensfeindlich sind. Auf der Suche nach außerirdischen Lebensräumen sind moderne Astrophysiker den Sciencefiction-Autoren in immer fernere galaktische Regionen gefolgt. Dabei zeichnet sich ab, dass unser gesamtes Milchstraßensystem weitgehend unwirtlich ist. Eine flächendeckende Besiedlung der Galaxis durch intelligente Zivilisationen erscheint demnach unwahrscheinlich.

Die Astronomen nehmen an, dass es in extrasolaren Planetensystemen, wie bei uns, zwei Arten von Planeten gibt: massereiche "jupiterähnliche", die überwiegend aus Gas bestehen, und masseärmere "erdähnliche", die hauptsächlich Metalle und Gestein enthalten. Nur erdähnliche Planeten haben eine feste Oberfläche, was Exobiologen als notwendig für eine biologische Evolution ansehen. Zudem muss diese Oberfläche wenigstens für einige Hundertmillionen Jahre flüssiges Wasser aufweisen, um Leben hervorbringen zu können. Dies ist aber nur in einem relativ schmalen Gürtel um die fremde Sonne möglich: Näher zum Zentralgestirn ist es so heiß, dass Wasser verdunstet und in den Weltraum entweicht. In extremen Fällen kann dieser Vorgang durch einen Treibhauseffekt wie auf der Venus verstärkt werden. Weiter außerhalb des Gürtels dagegen gefriert das Wasser. Bereits mit Hilfe elementarer Gesetze der modernen Astrophysik können die Forscher Umfang und Breite der lebensfreundlichen Zone für Sterne unterschiedlichster Masse abschätzen (siehe "Die Entwicklung des Klimas auf den erdähnlichen Planeten", Spektrum der Wissenschaft 4/1988, S. 46).

Damit ein erdähnlicher Planet Leben hervorbringen kann, reicht sein Aufenthalt in der "Ökosphäre" seines Muttergestirns allein aber nicht aus. Zum einen stellen die Forscher weitere Anforderungen an den Planeten selbst. So müssen beispielsweise die Gewässer auf seiner Oberfläche die chemischen Grundstoffe zur Bildung biologischer Substanzen enthalten. Zum anderen sind weitere Bedingungen an den Aufbau des Planetensystems zu stellen:

- Die Umlaufbahn des Planeten darf kaum exzentrisch sein, um katastrophale Klimaschwankungen zu vermeiden,

- er muss einen großen Mond als Begleiter haben, damit er relativ stabil rotieren kann,

- und es muss zusätzlich einen großen Gasplaneten ähnlich dem Jupiter geben, der die meisten irrlaufenden planetaren Kleinkörper einfängt und den erdähnlichen Planeten dadurch vor allzu vielen todbringenden Einschlägen bewahrt.

Doch damit nicht genug – auch die galaktische Umgebung muss passen: In unserer Galaxis drohen vielerorts lebensfeindliche Katastrophen, wie Supernova-Explosionen oder Beinahezusammenstöße von Sternen, deren Nähe zu meiden ist. Als besonders unwirtlich erweist sich in dieser Hinsicht das galaktische Zentrum, wo die Sterne relativ eng beieinander stehen und allein deshalb ein größeres Katastrophenrisiko vorhanden ist.

Aber auch weit draußen, in den Randbezirken des Milchstraßensystems, lässt es sich nicht gut leben. Dies machten die Arbeiten der Astrophysikerin Virginia Trimble deutlich, die sie in den neunziger Jahren an der Universität von Maryland und an der Universität von Kalifornien in Irvine durchführte. Trimble untersuchte die Wahrscheinlichkeit für Leben in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Urwolke, aus der sich ein Planetensystem bildet. Entsteht das System in einem Gebiet der Galaxis, das relativ wenig Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Silizium und Eisen enthält, so ist die Chance zur Bildung erdähnlicher Planeten deutlich he-rabgesetzt. Zum Beispiel weisen die galaktischen Randgebiete solch ein Defizit an gesteinsbildenden Elementen auf.

Einen enormen Erkenntnisschub brachte in den letzten Jahren die detaillierte Suche nach planetaren Begleitern bei über tausend sonnenähnlichen Sternen in unserer galaktischen Umgebung. In über hundert Fällen entdeckten die Astronomen massereiche Planeten, bei denen es sich nach ihrer Meinung um große Gasbälle wie Jupiter handelt.

Leben in einer schmalen Zone

Dass die Planetenjäger bei den meisten Sternen nicht fündig geworden sind, liegt zum einen sicherlich daran, dass die bisherige Durchmusterungstechnik nur die Entdeckung massereicher Himmelskörper auf relativ engen Umlaufbahnen erlaubt. Zum anderen zeigt die statistische Auswertung der Resultate, dass diese Riesenplaneten insbesondere bei solchen Sternen anzutreffen sind, deren Spektren überdurchschnittlich reich an Linien sind, die von gesteinsbildenden Elementen stammen. Obwohl diese Planeten vermutlich, genau wie Jupiter und Saturn, vorwiegend aus den im Kosmos häufigsten Elementen Wasserstoff und Helium bestehen, bilden sie sich offenbar bevorzugt aus protostellaren Materiewolken, die einen hohen Anteil an schwereren Elementen haben. Während die beiden leichtesten Elemente im interstellaren Raum gasförmig vorliegen, neigen alle schwereren Elemente – die Astronomen fassen sie unter dem Begriff "Metalle" zusammen – zur Bildung von feinem Staub, bestehend aus Wasser-, Kohlenmonoxid- und Ammoniakkristallen sowie Silikaten und Metalloxiden. Die Forscher vermuten, dass dieser Staub in der ersten Phase der Planetenbildung um eine junge Sonne eine bedeutende Rolle spielt.

1999 haben wir vorgeschlagen, analog zum zirkumstellaren Lebensgürtel einen galaktischen Lebensgürtel zu definieren, der zwei einschränkende Bedingungen zu erfüllen hat: Einerseits dürfen sich in der Umgebung nur selten kosmische Katastrophen ereignen, andererseits muss die interstellare Materie dort relativ reich an schweren Elementen, den Metallen, sein. Während Wasserstoff und Helium bereits im Urknall erzeugt wurden, haben sich die schwereren Elemente erst nach und nach durch Kernfusion im Inneren der Sterne gebildet. In den interstellaren Raum gelangen sie hauptsächlich durch Supernova-Explosionen.

Die erdähnlichen Planeten enthalten vorwiegend schwere Elemente – ihre Gravitation reicht nämlich nicht aus, um Wasserstoff oder Helium im Schwerefeld zu halten. Daher ist zu erwarten, dass die erreichbare Masse der erdähnlichen Planeten vom Anteil der schweren Elemente, also dem Metallgehalt, in der Materiewolke abhängt, aus der das betreffende Planetensystem hervorgegangen ist. Die Masse der erdähnlichen Planeten ist aber entscheidend für ihre Fähigkeit, eine Atmosphäre zu halten und geologische Aktivität (wie Vulkanismus und Plattentektonik) zu entwickeln.

Für die Entstehung der Gasplaneten sind die schweren Elemente ebenfalls maßgeblich. Denn bevor sich die Gase Wasserstoff und Helium zusammenballen können, muss zuvor ein Himmels-körper mit hinreichender Masse aus festen Bestandteilen entstanden sein. Inzwischen sind viele sonnenähnliche Sterne nach planetaren Begleitern abgesucht worden, um verlässlich abschätzen zu können, welcher Metallgehalt für das Herausbilden von Gasplaneten mindestens erforderlich ist. Bisher ist kein Stern mit Planeten bekannt, der weniger als vierzig Prozent der solaren Häufigkeit an schweren Elementen aufweist. Und eine Durchmusterung des Kugelsternhaufens 47 Tucanae mit dem Hubble-Weltraumteleskop ergab keinen einzigen Treffer. Dies erklärt sich wahrscheinlich, zumindest teilweise, aus dem geringen durchschnittlichen Metallgehalt, der nur 25 Prozent des solaren Wertes beträgt (siehe "Die Suche nach erdähnlichen Planeten", Spektrum der Wissenschaft 1/2001, S. 42).

Ein zu hoher Anteil schwerer Elemente in der protosolaren Wolke erweist sich allerdings ebenfalls als ungünstig für die Entwicklung von Leben. Computersimulationen zufolge sind die daraus entstehenden erdähnlichen Planeten massereicher als bei uns. Sie sammeln auf Grund der stärkeren Gravitation eine dichtere Atmosphäre an und weisen eine viel stärkere Erosion der Oberfläche auf. So entsteht vermutlich ein Ozean, der den Planeten vollständig bedeckt. Auf unserer Erde sorgt aber gerade das klimatische Zusammenspiel von Land und Meer für eine stabile Temperatur und andere lebensfreundliche Umwelteigenschaften.

Weiterhin entwickelt sich aus einer staubreichen Urwolke eine dichtere protoplanetare Gasscheibe um die gerade entstandene Sonne. Auf diese Weise erhöht sich die Reibung, der die entstehenden Gasplaneten ausgesetzt sind; sie wandern nach innen und vertreiben die kompakten erdähnlichen Planeten. Die Wechselwirkung mit den Gasriesen lässt die Gesteinsplaneten entweder in den interstellaren Raum entweichen oder in das Zentralgestirn stürzen (siehe "Schwerkraft-Billard im Sonnensystem", Spektrum der Wissenschaft 11/1999, S. 32).

Durch dick und dünn

Charles H. Lineweaver von der Universität von Neusüdwales in Australien hat kürzlich die Abhängigkeit der Planetenbildung und -wanderung vom Metallgehalt in der Urwolke quantitativ untersucht. Er nahm zunächst an, dass die Wahrscheinlichkeit zur Bildung eines erdähnlichen Planeten proportional zum Gehalt schwerer Elemente ist. Aus den Daten der bekannten extrasolaren Planeten leitete er dann ab, dass die Wanderungsbewegung der riesigen Gasplaneten überproportional mit dem Metallgehalt zunehmen muss. Ein gegenüber unserem Sonnensystem verdreifachter Anteil an schweren Elementen reicht bereits aus, sie vollständig zu vertreiben.

Obwohl Lineweavers Rechnungen die komplexen Vorgänge in der Natur nur näherungsweise widerspiegeln, scheint ein Metallgehalt wie in unserem Sonnensystem optimal zu sein: Einerseits erreichen die erdähnlichen Planeten nahezu dieselbe Masse wie die Erde, andererseits sind ihre Umlaufbahnen stabil.

Aber nur in einem begrenzten Gürtel um das Zentrum der Galaxis gleicht der Anteil schwerer Elemente in etwa dem solaren Wert. Die Astronomen unterscheiden vier, mehr oder weniger deutlich gegeneinander abgegrenzte Gebiete des Milchstraßensystems: die dünne Scheibe, die dicke Scheibe, die zentrale Verdickung (englisch bulge) und den Halo. Alle Sterne, gleich welchem Gebiet sie angehören, bewegen sich auf Kreis- oder Ellipsenbahnen um das galaktische Zentrum – ähnlich wie Planeten einen Stern umlaufen.

Die dicke Scheibe und der Halo bestehen überwiegend aus Sternen, die sich bereits in der Jugendzeit der Galaxis gebildet haben und die deshalb relativ arm an schweren Elementen sind. Dort werden vermutlich kaum erdähnliche Planeten mit einer für eine lebensspendende Lufthülle ausreichenden Masse anzutreffen sein. Im Zentralbereich gibt es zwar eine weite Spanne von Anreicherungen mit schweren Elementen; aber wenn dort Leben auf erdähnlichen Planeten existieren sollte, hätte es einer weit stärkeren radioaktiven Belastung durch die kosmische Strahlung zu trotzen. Solche Strahlung setzen zum einen Supernovae und Neutronensterne frei, die dort häufiger vorkommen als in der Umgebung unserer Sonne; und zum anderen ist das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis viel näher, das immer dann intensive Strahlung aussendet, wenn es Gasschwaden oder komplette Sterne verschlingt.

Unsere Sonne mit ihren Planeten befindet sich in der dünnen galaktischen Scheibe, 28000 Lichtjahre vom Mittelpunkt des Milchstraßensystems entfernt. Der Metallgehalt nimmt in der Scheibe von innen nach außen ab. In unserer weiteren Umgebung konnten die Astronomen in den letzten Jahren durch spektroskopische Untersuchungen von Sternen und Gaswolken diesen Gradienten ermitteln: Pro Entfernungsschritt von tausend Lichtjahren fällt der Metallgehalt um fünf Prozent ab. Dies scheint ein allgemeines Phänomen zu sein, denn Untersuchungen von anderen Spiralgalaxien, die unserem Milchstraßensystem ähneln, haben Vergleichbares ergeben.

Dieser nach außen abnehmende Gehalt an schweren Elementen geht mit einer linearen Abnahme der Sternentstehungsrate einher. Denn in den Außenbezirken der dünnen Scheibe ist das interstellare Gas, aus dem sich neue Sterne formen, weniger dicht. Die globale Sternentstehungsrate im Milchstraßensystem hatte vor acht bis zehn Milliarden Jahren ihr Maximum erreicht; seitdem nimmt sie beständig ab, weil der Gasvorrat langsam aufgebraucht wird. Heute hat sie in der Umgebung der Sonne einen Wert, der den Metallgehalt in einer Milliarde Jahren um acht Prozent erhöht.

Aus den genannten Zahlen können wir die Ausdehnung des galaktischen Lebensgürtels zu verschiedenen Zeiten abschätzen. Sonnensysteme, die sich heute aus Gaswolken bilden, deren Metallgehalt zwischen 60 und 200 Prozent des solaren Wertes beträgt, finden sich vorzugsweise in 15000 bis 38000 Lichtjahren Abstand vom galaktischen Zentrum. In diesem Bereich liegen nur 20 Prozent aller Sterne des Milchstraßensystems. Vor fünf bis sechs Milliarden Jahren verlief der äußere Rand des Gürtels durch unsere galaktische Heimat. Denn damals überschritten dort die Sterne mit durchschnittlichem Metallgehalt gerade die 60-Prozent-Grenze. Unsere Sonne enthält ungefähr 40 Prozent mehr Metalle als andere Sterne, die zur gleichen Zeit und in der gleichen Region entstanden sind. Dies hat der Erde möglicherweise einen biologischen Startvorteil gegenüber Planeten um andere Sonnen gegeben.

Geformt aus der Asche von Supernovae

Gegen die hier vorgestellte Erklärung der beobachteten Korrelation zwischen dem Auftreten von Planeten und dem Gehalt von schweren Elementen in den untersuchten Sternen lassen sich allerdings auch Einwände erheben. Denn dass es einen hohen Anteil gesteinsbildender Elemente in den äußeren Schichten eines Sterns gibt, muss nicht zwangsläufig in der chemischen Zusammensetzung der jeweiligen Urwolke begründet sein: Die Astrophysiker nehmen heute an, dass in allen Planetensystemen im Laufe der Jahrmilliarden ein mehr oder weniger großer Anteil der Planeten, Asteroiden und Kometen in das Zentralgestirn stürzt und so die Sternatmosphäre mit schweren Elementen zusätzlich anreichert. Deshalb würde man bei Sternen, die von einem Planetensystem umgeben sind, eine überdurchschnittliche Anreicherung erwarten. Doch zumindest bei Sternen, die wie unsere Sonne eine tief reichende konvektive äußere Schicht besitzen, kann das Einfangen von festen Körpern nicht zu einer signifikanten Anreicherung führen. Die Konvektion verteilt die schweren Elemente in einem zu großen Gasvolumen.

Ein anderer Einwand betrifft das Messverfahren: Die Planetensuche beruht auf der Messung winziger Verschiebungen der Linien im Spektrum des betreffenden Sterns (hervorgerufen von dessen periodischer Bewegung um den gemeinsamen Schwerpunkt mit dem Planeten). Da die Messwerte an der Nachweisgrenze liegen, ist die Methode bevorzugt bei solchen Sternen erfolgreich, die ausgeprägte Spektrallinien aufweisen. Das sind aber gerade die mit schweren Elementen angereicherten Sterne. Dieser Auswahleffekt sollte allerdings erst dann richtig zum Tragen kommen, wenn der Metallgehalt unter zehn Prozent des solaren Wertes sinkt. Da dies deutlich unter der oben erwähnten 40-Prozent-Grenze liegt, ab der überhaupt erst Planeten nachgewiesen wurden, scheint die beobachtete Korrelation einen realen Zusammenhang widerzuspiegeln.

Der Metallgehalt allein ist freilich noch ein zu grobes Kriterium für die Frage, ob sich in einem Planetensystem erdähnliche Planeten mit lebensfreundlichen Umweltbedingungen befinden können. Es kommt auch darauf an, welche schweren Elemente in welcher Menge vorhanden sind. Die auf der Erde häufigsten Elemente stammen aus Supernova-Explosionen, von denen es zwei fundamental unterschiedliche Arten gibt: Solche vom Typ I, bei denen ein Weißer Zwerg explodiert, setzen hauptsächlich Eisen, Nickel und Kobalt frei. Supernovae vom Typ II beruhen auf dem Kollaps des Kerngebietes eines Riesensterns, wodurch dessen äußere Hülle fortgeschleudert wird. Sie reichern das interstellare Gas vorwiegend mit Sauerstoff, Silizium, Magnesium, Kalzium und Titan an. Und interessanterweise sind sie die einzige Quelle der allerschwersten Elemente wie Thorium und Uran.

Da die durchschnittliche Sternentstehungsrate in der Galaxis allmählich abnimmt, sinkt auch die Häufigkeit von Supernovae. Dies betrifft hauptsächlich solche vom Typ II, da die Riesensterne kurzlebig sind und bereits einige Zehnmillionen Jahre nach ihrer Entstehung explodieren. Die Typ-I-Supernovae haben eine längere Vorgeschichte, ihre Häufigkeit ist daher nicht so stark an die Sternentstehungsrate gekoppelt. Im Endeffekt bewirkt eine allmählich sinkende Sternentstehungsrate also eine relative Zunahme der Typ-I-Supernovae und damit eine relativ stärkere Anreicherung von Eisen, Nickel und Kobalt.

Wenn heutzutage in unserer galaktischen Nachbarschaft erdähnliche Planeten entstehen, werden sie deshalb wohl reicher an Eisen sein als die Erde. Dies hat einen größeren Eisenkern im Verhältnis zur Größe des gesamten Planeten zur Folge. Eine sich heute bildende Erde hätte aber auch einen etwa vierzig Prozent geringeren Anteil an den sehr schweren radioaktiven Elementen, deren Zerfall die Erde von innen erwärmt und für Vulkanismus und Plattentektonik sorgt. Diese Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Versorgung der Biosphäre mit Kohlenstoff. Die sich heute formenden erdähnlichen Planeten sind daher mit größerer Wahrscheinlichkeit Planeten mit starrer Kruste wie Venus oder Mars. Zumindest im Falle der Venus trägt die fehlende Plattentektonik zu deren unwirtlichen Oberflächenbedingungen bei (siehe "Klima und Vulkanismus auf der Venus", Spektrum der Wissenschaft 5/1999, S. 38). Wir verstehen allerdings noch nicht in allen Einzelheiten, wie die Geologie eines Planeten von seinem Wärmetransport im Inneren abhängt.

Gefahren lauern überall

Doch selbst wenn alle nötigen Elemente in der richtigen Zusammensetzung zur rechten Zeit am rechten Ort vorhanden sind, um eine neue Erde entstehen zu lassen, wird sie nicht zwangsläufig lebensfreundliche Umweltbedingungen bieten. Sie muss auch vor äußeren Gefahren geschützt sein. Die größte Bedrohung sind Einschläge von Kometen oder Asteroiden sowie Ausbrüche kosmischer Strahlung im galaktischen Umfeld.

Wie häufig Asteroiden auf der Erde einschlagen, ist fast allein von der gravitativen Wirkung des Riesenplaneten Jupiter bestimmt. Für die Bedrohung durch Kometen sind zusätzlich Vorgänge außerhalb des Sonnensystems maßgeblich. Etwa 100 Milliarden Kometenkörper sind auf zwei "Reservoire" des Sonnensystems verteilt: im Kuiper-Gürtel jenseits der Neptunbahn und in der kugelförmigen Oort?schen Wolke, die sich fast bis zu den entsprechenden Wolken der Nachbarsterne unserer Sonne erstreckt. Durch Beobachtungen im infraroten Spektralbereich haben Astronomen bei etwa der Hälfte aller jungen Sterne in der Nähe der Sonne eine das Zentralobjekt umgebende Scheibe aus Staub und Gas nachgewiesen, die offenbar vergleichbar ist mit dem Kuipergürtel unseres Sonnensystems. Vor kurzem gelang es, in der Nähe des bereits weit entwickelten Sterns IRC+10216 Wasserdampf nachzuweisen, was die Forscher auf verdampfende Kometen zurückführen. Und im Spektrum des von einer Staubscheibe umgebenen jungen Sterns Beta Pictoris stellten die Astronomen veränderliche Linien fest, was sich durch Kometeneinschläge erklären lässt.

Die Kometen der Oort?schen Wolke sind lediglich locker an das Gravitationsfeld der Sonne gebunden. Dynamische Prozesse in unserer galaktischen Umgebung – das Vorbeiziehen eines Sterns im Abstand von weniger als einem Lichtjahr oder einer massereichen Molekülwolke in etwa hundert Lichtjahren Entfernung von der Erde – können die Bahnen in der Oort?schen Wolke empfindlich stören. Einige Kometen können dann in das innere Sonnensystem eindringen und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auf den Planeten aufschlagen (siehe "Die Oort?sche Wolke", Spektrum der Wissenschaft 12/1998, S. 62). Die Häufigkeit solcher von außen gesteuerten Katastrophen hängt stark von der Entfernung des betreffenden Sterns vom Zentrum der Galaxis ab: Nach innen nimmt die Häufigkeit zu, da der mittlere Abstand der Sterne kleiner wird. Des Weiteren wird ein Planetensystem, das sich in einer Umgebung mit relativ hohem Anteil an schweren Elementen gebildet hat, vermutlich mehr Kometen enthalten, was eine zusätzliche Erhöhung des Katastrophenrisikos im inneren Bereich der galaktischen Scheibe bedeutet.

Auch hochenergetische kosmische Strahlung stellt in den inneren Bereichen der Galaxie eine größere Gefahr dar. Die Komponenten der Strahlung, die aus geladenen Teilchen bestehen, kann das Magnetfeld eines Planeten – zumindest zu einem großen Teil – von dessen Oberfläche fern halten. Und eine atmosphärische Ozonschicht hält schädliche elektromagnetische Strahlung ab. Aber sehr energiereiche Strahlung kann die Gasmoleküle in der oberen Atmosphäre ionisieren und dadurch so große Mengen von Stickstoffoxiden erzeugen, dass diese das Ozon zerstören.

Ungemütliches Zentralgebiet

In der Reihenfolge abnehmender Einwirkungszeit sind die gefährlichsten Strahlenquellen Energieausbrüche auf Grund einfallender Materie in das zentrale galaktische Schwarze Loch, Supernova-Explosionen und Gammastrahlungsausbrüche. Zurzeit ist das Schwarze Loch in der Mitte des Milchstraßensystems relativ ruhig. Aber die Beobachtung anderer Galaxien zeigt extrem heftige Ausbrüche. Hervorgerufen werden sie durch Materie, die in die Nähe des Loches gelangt ist und bei ihrem Sturz in die Singularität sehr energiereiche Strahlung, hauptsächlich in Richtung des zentralen Magnetfeldes der Galaxie, aussendet. Die geladenen Teilchen der Strahlung folgen den Feldlinien und erreichen auf diese Art nach und nach jeden Bereich der Welteninsel.

Am ungemütlichsten wäre es allerdings im Zentralgebiet der Galaxie: Dort ist nämlich die Dichte der Feldlinien am höchsten, und die Sterne können auf ihren Umlaufbahnen eventuell sogar die Gebiete mit dem stärksten Magnetfeld durchqueren, in denen sich bei einem aktiven Schwarzen Loch überaus strahlungsstarke relativistische Jets ausbilden.

Auch Supernovae und Gammastrahlungsausbrüche stellen im inneren Bereich der Galaxis eine stärkere Bedrohung dar. Die Durchmusterung des Milchstraßensystems nach den Überresten von Supernova-Explosionen hat ergeben, dass diese sich in einem Abstand von 17000 Lichtjahren vom Zentrum besonders häufen. Dort, bei sechzig Prozent des Sonnenabstands, gibt es 1,6-mal mehr Supernova-Überreste als in unserer Umgebung. Welche Himmelsobjekte sich hinter den Gammastrahlungsausbrüchen verbergen, ist noch nicht vollständig geklärt. Zumindest einen Teil führen die Astrophysiker auf kollidierende Neutronensterne zurück, die sich aus engen Doppelsternsystemen entwickelt haben ("Gammastrahlungs-Ausbrüche: Explosionen im fernen Kosmos", Spektrum der Wissenschaft 9/1997, S. 30)

Die bisher diskutierten Einschränkungen des galaktischen Lebensgürtels führen zu einer recht breiten Zone mit einem diffusen Rand. Im Laufe der chemischen Evolution der Galaxis wanderte der Gürtel langsam von innen nach außen. Natürlich kann es auch außerhalb des Gürtels belebte Planeten geben, und nicht jeder erdähnliche Planet innerhalb des Gürtels wird tatsächlich Leben hervorgebracht haben. Noch viel geringer ist die Chance für eine über lange Zeiträume bestehende Flora oder Fauna.

Nimmt man als weitere Forderung die Abwesenheit von sehr dichten Dunkelwolken und von intensiv strahlenden Sternentstehungsgebieten hinzu, die beide unzählige Risiken für belebte Planeten darstellen, dann schrumpft der galaktische Lebensraum zu einem schmalen Gürtel: Beide Arten von Wolken finden sich bevorzugt in den Spiralarmen, welche die Galaxis unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit der Sterne umlaufen. Nur auf dem so genannten Korotationskreis sind beide Umlaufgeschwindigkeiten gleich.

Jüngste Messungen der Sterndynamik in der solaren Umgebung zeigen, dass sich die Sonne offenbar sehr nahe des Korotationskreises aufhält. Die beiden Umlaufgeschwindigkeiten weichen demnach nur wenig voneinander ab, wodurch sich die Spiralarme nur sehr langsam relativ zu uns bewegen. Auch wenn unsere Sonne und ihre Planeten vermutlich entstanden, nachdem ein Spiralarm unsere galaktische Heimat erreicht hat, kann es also durchaus sein, dass seitdem nie wieder ein solcher Arm unsere Region passierte. Inwieweit dies die nun schon etwa vier Milliarden Jahre währende biologische Evolution auf der Erde erst möglich gemacht hat, ist jedoch noch nicht geklärt.

Der Stand der Forschung erlaubt noch nicht, den galaktischen Lebensgürtel im Detail zu beschreiben. Doch wenn die Astronomen die Untersuchungen von Kometen, aktiven Galaxienkernen, Supernovae und Gammastrahlungsausbrüchen fortsetzen wie bisher, werden sie die Risiken für belebte Planeten immer besser verstehen können.

Eine genaue Kenntnis des Gürtels ist von großer Bedeutung für die Suche nach außerirdischer Intelligenz. Denn der Gürtel ist das Gebiet mit der höchsten Wahrscheinlichkeit für lebensfreundliche Bedingungen über lange Zeiträume, was zur Entstehung intelligenten Lebens unbedingt erforderlich ist. Unsere bisherigen Analysen deuten darauf hin, dass unsere galaktische Heimat zu den Gebieten mit der allerhöchsten Wahrscheinlichkeit gehört. Weiterhin wissen wir, dass Kugelsternhaufen, das galaktische Zentralgebiet und die Randbezirke der Galaxis höchstens geringe Wahrscheinlichkeiten aufweisen. Die Suchprogramme nach außerirdischem intelligentem Leben sollten diese Erkenntnisse berücksichtigen.

Das Konzept des galaktischen Lebensgürtels ist ebenfalls nützlich für die Diskussion im Zusammenhang mit dem Fermi-Paradoxon: Wenn die Galaxis Zivilisationen hervorgebracht hat, die zur Kolonisierung von fremden Planetensystemen in der Lage sind, dann sollten wir bereits in irgendeiner Form Kenntnis von ihnen haben. Da dies jedoch nicht der Fall ist, gibt es solche Zivilisationen offenbar nicht – und unsere Chancen, uns technisch erheblich weiterzuentwickeln, sind nicht sehr groß (vergleiche "Ist da draußen wer?", Spektrum der Wissenschaft 11/2000, S. 32).

Vorteilhafte Langeweile in der Sonnenumgebung

Die Annahme, dass die Aliens nur zufällig unsere Erde übersehen und in der solaren Umgebung auch keine für unsere Teleskope sichtbaren Spuren hinterlassen haben, erscheint auf Grund unserer geschilderten Überlegungen fragwürdig. Denn unsere galaktische Heimat müsste für solche Wesen, die ihre Heimat verlassen wollen oder müssen, zu den Topadressen neuer Lebensräume gehören. Der galaktische Lebensgürtel mag insgesamt zwar groß sein, aber die Aliens würden sicher zuerst die Gebiete mit der allerhöchsten Wahrscheinlichkeit für lebensfreundliche Bedingungen absuchen, anstatt ihre Zeit woanders zu verschwenden.

Der galaktische Lebensgürtel verändert sich im Lauf der Zeit. Die Jahrmilli-arden andauernde Jugendzeit der Milchstraße war von häufigen Supernova-Explosionen und wahrscheinlich auch von einem sehr viel aktiveren Schwarzen Loch im Zentrum geprägt. Erst in den letzten etwa fünf Milliarden Jahren konnten sich Zivilisationen relativ ungestört entwickeln. Die überdurchschnittliche Anreicherung der solaren Urwolke mit schweren Elementen hat unserem Planetensystem und damit dem Leben auf der Erde einen Evolutionsvorsprung beschert. Dies reduziert die Chance, woanders hoch entwickelte Zivilisationen zu finden, und liefert daher einen möglichen Ausweg aus dem Fermi-Paradoxon.

Dieses Argument gilt allerdings nur für komplexe Organismen, die das Resultat einer einige Milliarden Jahre währenden Evolution sind. Für einfache Lebewesen, etwa Einzeller, gilt dies nicht, zumal diese in den vielfältigen ökologischen Nischen auch besser vor gefährlichen äußeren Einflüssen geschützt sind.

Außerhalb unserer Galaxis sind die Lebensbedingungen sogar noch ungünstiger: Etwa achtzig Prozent aller Sterne des Universums befinden sich in Galaxien, die eine geringere Leuchtkraft als das Milchstraßensystem haben. Da die Leuchtkraft mit der Anreicherung von schweren Elementen einhergeht, sind die Chancen zur Bildung erdähnlicher Planeten geringer. Ein erheblicher Anteil aller Welteninseln gehört zum Typ der elliptischen Galaxien, in denen die Sterne sich auf Umlaufbahnen mit zufällig verteilten Exzentrizitäten und Neigungen bewegen. Daher kommen die in einer solchen Galaxie vorhandenen Planetensysteme viel häufiger in die Nähe des zentralen Schwarzen Loches und in den Einflussbereich der relativistischen Jets.

Auch in Hinblick auf weitere Eigenschaften scheint unser Milchstraßensystem ein vergleichsweise komfortabler Ort zu sein. Doch das kann sich in Zukunft ändern: In rund drei Milliarden Jahren wird die Andromeda-Galaxie nahe an unserem Sternsystem vorbeiziehen – vielleicht kommt es sogar zu einer Kollision und Verschmelzung der beiden Spiralgalaxien. Jedenfalls werden dann die Bahnen der Sterne erheblich gestört, und sehr wahrscheinlich werden die beiden zentralen Schwarzen Löcher Nachschub an interstellarem Gas bekommen. Dann kann es ungemütlich auf der Erde werden.

Douglas Adams, der Autor von "Per Anhalter durch die Galaxis", fasste diese Erkenntnis brillant zusammen: "Weit draußen, im trostlosen Hinterland des langweiligen Ausläufers des westlichen Spiralarms der Galaxis befindet sich eine leicht zu übersehende gelbe Sonne." Aber wie so oft stellt sich das Langweilige als das eigentlich Gemütliche heraus. Wir können froh darüber sein.

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Steckbrief


Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit ein Planet über lange Zeit-räume komplexe Lebensformen beherbergen kann? Lange Zeit glaubten die Astronomen, das wichtigste Kriterium sei das Vorhandensein von flüssigem Wasser über lange Zeiträume, was nur in einer schmalen Zone um das jeweilige Zentralgestirn möglich ist.

- Doch neue Erkenntnise aus der Beobachtung von anderen Sonnensystemen zeigen: Der Aufenthalt im Lebensgürtel um das Zentralgestirn reicht nicht aus.

- Auch das Milchstraßensystem hat einen Lebensgürtel, in dem sich unser Planetensystem befindet. Weiter außen ist der Anteil an gesteinsbildenden Elementen in der interstellaren Materie zu gering, um daraus erdähnliche Planeten hervorgehen zu lassen.

- Weiter innen ist die Häufigkeit lebensbedrohender Katastrophen zu groß: Die erdähnlichen Planeten können dort aus ihrer Bahn vertrieben, von Kometeneinschlägen verwüstet oder von Ausbrüchen kosmischer Strahlung versengt werden.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 12 / 2001, Seite 38
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