Hypothese der seltenen Erden: Warum wir wirklich allein im Universum sein könnten

Das erste Raumschiff, das den Raum jenseits der Erdumlaufbahn erforschte, war Pioneer 4 im Jahr 1959. 25 Jahre später, im Jahr 1984, gründeten die Astronomen Carl Sagan und Jill Tarter das Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI), ein Programm, das den Kosmos durchkämmt Zeichen von außerirdischem Leben seitdem.

Aber bis heute haben weder eine internationale Armada von Roboterraumfahrern noch Außerirdische suchende Wissenschaftler irgendwelche Beweise für außerirdisches Leben gefunden. Während unsere Erforschung des Sonnensystems in Bezug auf die erhaltenen Bilder und wissenschaftlichen Daten geradezu atemberaubend war, scheinen die Welten, die wir jenseits der Erde besucht haben, alle völlig steril zu sein.

Selbst der engagierteste SETI-Forscher müsste zugeben, dass unsere Bemühungen, anderswo im Universum Leben zu finden, zumindest bisher auf eine unangenehme steinerne Stille gestoßen sind. Aber wieso?

Die Hypothese der seltenen Erden

Im Jahr 2000 veröffentlichten zwei Forscher, Peter Ward und Donald Brownlee, ein Buch, das eine mögliche Erklärung für die offensichtliche Einsamkeit unserer Spezies bot. Es heißt Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe (Copernicus Books, 2000). Ward, ein ausgebildeter Paläontologe, und Brownlee, ein Astronom, bündelten ihre Kräfte, um die Hypothese der Seltenen Erden aufzustellen.

Einfach gesagt, die Hypothese der seltenen Erden legt nahe, dass die sehr einzigartigen Bedingungen der Erde, die das Entstehen und Gedeihen von komplexem Leben ermöglichten, außergewöhnlich ungewöhnlich sind – und es ist unwahrscheinlich, dass sie im gesamten Universum weit verbreitet sind.

Ward und Brownlee postulierten, dass viele zufällige Merkmale der Erde, unserer Sonne und des Sonnensystems zu unserem äußerst günstigen und überraschend stabilen Ökosystem geführt haben. Während einige dieser Eigenschaften in astronomischen Kreisen schon vorher viel diskutiert worden waren, wurden andere kaum erwähnt.

Die Hypothese der seltenen Erden konzentriert sich auf zahlreiche Aspekte der Erde und ihrer Umgebung, die eine Rolle bei der Entwicklung von komplexem Leben gespielt haben. Zu den Schlüsselfaktoren, die Ward und Brownlee für entscheidend für die Bildung von komplexem Leben hielten, gehörten:

• Ein Planet, der in einem günstigen Teil der richtigen Art von Galaxie existiert, wo erhebliche Mengen an schweren Elementen verfügbar sind und sich sterilisierende Strahlungsquellen weit entfernt befinden.
• Eine Umlaufbahn um einen Stern, die eine lange Lebensdauer hat (Milliarden von Jahren), aber nicht zu viel ultraviolette Strahlung abgibt.
• Eine Umlaufbahn, die es flüssigem Wasser ermöglicht, an oder nahe der Oberfläche des Planeten zu existieren.
• Eine Umlaufbahn, die weit genug entfernt ist, um zu verhindern, dass der Planet durch Gezeiten an seinen Wirtsstern gebunden wird.
• Eine Umlaufbahn, die über kosmische Zeitskalen stabil um ihren Wirtsstern ist.
• Eine planetare Neigung, die es ermöglicht, dass saisonale atmosphärische Veränderungen mild und nicht schwerwiegend sind.
• Ein Sonnensystem mit Gasriesen, die verhindern können, dass Trümmer das innere Sonnensystem verschmutzen, wodurch die Wahrscheinlichkeit größerer kosmischer Einschläge und nachfolgender Massensterben verringert wird.
• Eine planetarische Masse, die groß genug ist, um sowohl eine Atmosphäre zu bewahren als auch flüssige Ozeane zu ermöglichen.
• Ein Mond, der groß genug ist, um die Neigung der Planetenachse zu stabilisieren.
• Ein geschmolzener Planetenkern, der ein signifikantes globales Magnetfeld erzeugt und die Oberfläche weitgehend vor Sonneneinstrahlung schützt.
• Das Vorhandensein von Sauerstoff und die richtige Menge an Sauerstoff zur richtigen Zeit, damit komplexes Leben ihn nutzen kann.
• Das Vorhandensein von Plattentektonik, die Landmassen aufbaut, vielfältige Ökosysteme schafft, Kohlenstoff in die und aus der Atmosphäre zirkuliert, einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt verhindert und dazu beiträgt, die Oberflächentemperatur weltweit zu stabilisieren.

Könnten wir wirklich allein sein?

In den zwei Jahrzehnten seit der Veröffentlichung dieses Buches ist das Interesse an diesen Ideen nur noch gewachsen. Letztes Jahr traf sich Astronomy mit Ward und Brownlee, um die Hypothese der seltenen Erden zu diskutieren. Während dieser Gespräche erzählte Ward, wie das gesamte Konzept der Hypothese der seltenen Erden aus einem filmbasierten Gespräch mit Brownlee hervorgegangen ist.

„Wir haben gerade darüber gesprochen, wie lächerlich die Star Wars-Barszene war“, sagte Ward. „So fing alles an. Schau dir all diese Aliens an! Weißt du, ich denke nur [the notion of aliens everywhere] wurde der Öffentlichkeit untergeschoben.“

Ward und Brownlee stellten viele weit verbreitete Vorstellungen in Frage, die die Idee unterstützten, dass komplexes Leben da draußen darauf wartet, gefunden zu werden. Während der Astronom Carl Sagan beispielsweise oft meinte, unsere Sonne sei ein unauffälliger Stern, unterscheiden sich in Wirklichkeit etwa 80 bis 95 Prozent der Sterne erheblich von unseren eigenen in Bezug auf Größe, Masse, Leuchtkraft, Lebensdauer und viele andere Faktoren.

Darüber hinaus hatten frühere Forscher, die versucht hatten, die Frage zu beantworten, warum das Leben auf der Erde so reichlich und doch so selten im Universum war, die Plattentektonik überhaupt nicht in ihre Überlegungen einbezogen. In der Tat ist dem Thema ein ganzes Kapitel in Rare Earth gewidmet, in dem große Anstrengungen unternommen werden, um die Rolle der Plattentektonik bei der Gestaltung der Erde zu einem guten Ort für Leben zu erklären. Die Erde ist unseres Wissens nach der einzige Körper im Sonnensystem mit aktiver Plattentektonik. Und es gibt noch viele andere Merkmale unseres lebensfreundlichen Planeten, die wir nirgendwo sonst im Universum repliziert gesehen haben.

Zählt das einfache Leben?

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Hypothese der seltenen Erden nur für die Entstehung von komplexem Leben gilt. Ward und Brownlee glauben, dass einfaches Leben wie Bakterien im Universum weit verbreitet sind – schließlich beherbergen selbst die rauesten Lebensräume der Erde Mikroben. Das Paar ist jedoch der Meinung, dass komplexes Leben, Metazoen wie Tiere und wir, außergewöhnlich selten sind.

„Wenn Sie woanders Leben finden, ist es wahrscheinlich mikrobiell“, sagte Brownlee. „Wissen Sie, die Erde wird eine Lebensdauer von etwa 12 Milliarden Jahren haben, aber [compared to bacteria]haben Metazoen eine viel eingeschränktere Auswahl an Umweltkriterien, in denen sie überleben können.“ Das bedeutet, dass die Umgebung eines Planeten dem einfachen Leben viel länger förderlich ist als dem komplexen Leben.

„Der Zeitraum, in dem wir Sauerstoff in der Atmosphäre haben – Kohlendioxid für Pflanzen und Sauerstoff für Metazoen – beträgt wahrscheinlich nur etwa 10 oder 20 Prozent [Earth’s lifespan]. Wenn Sie also während seiner gesamten Geschichte zufällig auf unserem Planeten gelandet wären, hätten Sie nichts zu sehen.“

Gegenbeweise willkommen

Nur weil Ward und Brownlee nicht glauben, dass komplexes Leben im gesamten Universum verbreitet ist, heißt das nicht, dass sie nicht wollen, dass es gefunden wird. Das Duo begrüßt neue Daten von hochmodernen Observatorien wie dem James Webb Space Telescope (JWST), die versuchen, die Atmosphären von Exoplaneten im Detail aufzudecken. Und es gibt bestimmte atmosphärische Signaturen, die aufschlussreicher wären als andere.

„Ich denke, es ist viel wichtiger, nach Sauerstoffatmosphären zu suchen, aber auch nach Reflexionen, die auf Chlorophyll hinweisen. Sie werden nur eine Reihe von Möglichkeiten haben, spezifische Moleküle aufzubauen“, sagte Ward. „Es kommt wirklich darauf an, dass, wie [University of Washington planetary scientist] David Catling hat gesagt, dass jedes tierische Äquivalent Sauerstoff braucht – viel davon. Sie können keine sich wirklich schnell bewegenden Kreaturen und schnell denkenden Kreaturen haben, was eine Form der Bewegung ist, ohne dafür Sauerstoff in der Atmosphäre zu haben. Sie werden dort draußen keine Menschen haben, die von Kohlendioxid leben“, fügte er hinzu.

Die Seltenerd-Hypothese ist zwar überzeugend, hat aber immer noch ihre Kritiker; Viele der Umweltfaktoren, die Ward und Brownlee in ihrem Buch identifiziert haben, sind in den letzten 20 Jahren unter Beschuss geraten. Zu den am häufigsten angegriffenen vorgeschlagenen Bedingungen für komplexes Leben gehört, dass ein großer Planet wie Jupiter erforderlich ist, um das innere Sonnensystem relativ frei von gefährlichen Trümmern zu halten. Einige Forscher argumentieren, dass solche Planeten tatsächlich die Häufigkeit von Planeteneinschlägen erhöhen könnten. Andere Kritiker haben sich mit den vorgeschlagenen Anforderungen eines globalen Magnetfelds und der Plattentektonik auseinandergesetzt.

In Bezug auf diese Kritik hat Ward Verständnis und fordert dazu auf, seine Ideen in Frage zu stellen. „Gute Wissenschaft tut ein paar Dinge“, sagt er, „aber das Wichtigste, was sie tut, ist, dass sie andere Wissenschaften anregt; Gute Wissenschaft macht die Leute wütend. Es macht manche Leute wütend genug, dass sie rausgehen und etwas dagegen unternehmen.“

Die Seltenerd-Hypothese bleibt unbewiesen, aber es ist schwer, die Fülle von Daten zu ignorieren, die Ward und Brownlee zusammengestellt haben, um ihren Fall zu untermauern. Die kahlen und kahlen Oberflächen von Merkur, Venus und Mars dienen alle als nahegelegene Erinnerungen daran, was für ein glückliches Paradies die Erde im Vergleich dazu ist. Und selten oder nicht, es ist das einzige Zuhause, das wir haben.

Doug Adler ist Co-Moderator des Podcasts The Right Stuff Companion und Co-Autor des Buches: From The Earth to the Moon: The Miniseries Companion