Fragen Sie Ethan: War Leben auf der Erde irgendwo anders in unserer Galaxie möglich?

Der Kandidatenplanet für die Entstehung des Lebens erlebt zweifellos katastrophale Ereignisse und periodische Aussterben. Wenn das Leben überleben und sich entwickeln soll, muss der Planet bestimmte Bedingungen für seine Existenz haben.

Es gibt Hunderte von Milliarden von Sternen in unserer Galaxie, von denen viele Planeten von der Größe der Erde haben, die sich in der richtigen Entfernung von ihren Sternen befinden, so dass flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche sein kann, sodass das Leben die Chance hat, überall auf der Milchstraße zu erscheinen. Zumindest denken wir das. Aber kann es nicht sein, dass unsere Bedingungen auf unserem Planeten uns irgendwie von dem Leben trennen, das auf der Erde erschienen und sich entwickelt hat? Das fragt uns der Leser:

Was würde passieren, wenn sich unser Sonnensystem etwas weiter entlang der Hülle der Galaxie bilden würde? Wenn wir ganz am Ende wären? Aber was wäre, wenn unser Sonnensystem anstelle eines riesigen Schwarzen Lochs in der Mitte dort wäre? Würde sich unser Klimawandel dadurch ändern? Könnten wir überleben?

Mal sehen, was sich in diesem Fall ändern würde.


Abbildung einer protoplanetaren Scheibe, in der Planeten und Planetesimale im Entstehungsprozess „Furchen“ bilden. Die äußere Scheibe liefert Material, das schließlich in Mänteln, Krusten, Atmosphären und Ozeanen von Planeten wie unseren landet

Wir wissen genau, wie und was sich in unserem Sonnensystem in den letzten 4,5 Milliarden Jahren entwickelt hat. Eine molekulare Gaswolke mit bestimmten Substanzen, die sie anreichern - etwa 2 Massen-% der schweren Elemente, 28% Helium und 70% Wasserstoff - komprimierte und brachte neue Sterne hervor. Einer von ihnen war dazu bestimmt, unsere Sonne zu werden, die zusammen mit der sie umgebenden protoplanetaren Scheibe gebildet wurde, wie es bei fast allen Sternen der Fall ist.

Seit zig Millionen von Jahren hat die heiße Sonne das Material des inneren Teils der Scheibe verdampft, und der äußere, kältere Teil fiel nach innen und sammelte sich um die Kerne, die zum Leben erweckt wurden. Die massereichsten Riesenwelten enthielten eine große Anzahl der leichtesten Elemente (Wasserstoff und Helium), und die kleinen felsigen Welten hatten keinen Erfolg. Alles andere wurde durch Gravitationswechselwirkungen erledigt, die das aktuelle Erscheinungsbild des Sonnensystems bestimmten.



Viele der Eigenschaften der Erde und des Sonnensystems scheinen etwas Besonderes zu sein, sind jedoch möglicherweise nicht für die Entstehung des Lebens erforderlich. Im Gegensatz zu anderen felsigen Planeten des Sonnensystems hat nur die Erde einen Mond, der Ebbe und Flut verursacht und eine stabile Neigung der Achse beibehält. Im Gegensatz zu vielen anderen Sternensystemen hat unser Riese - Jupiter - etwas weiter entfernt als der Asteroidengürtel. Und im Gegensatz zu den meisten Sternen in der Galaxie befinden wir uns am Rand einer Spiralarmlocke, 25.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt.


Die Struktur unserer Milchstraße ist ziemlich gut markiert, einschließlich des Sonnenstandes. Heute ist nicht bekannt, welche Sterne und Regionen der Galaxie das Leben unterstützen können.

4,5 Milliarden Jahre lang überlebte und entwickelte sich das Leben auf der Erde weiter und erzeugte immer mehr Komplexität, Vielfalt und Kodierung von immer mehr Informationen in der DNA. Wir haben viele Massensterben erlebt, deren Ursachen für die meisten uns nicht genau bekannt sind. Obwohl 30% bis 70% aller Arten von Lebewesen zu der einen oder anderen Zeit verschwunden sind, hat das Leben auf der Erde in der letzten Zeit seit dem Fall des riesigen Asteroiden vor 65 Millionen Jahren nicht aufgehört. Die Zeit verging und die biologische Aktivität ging weiter.


Der Prozentsatz ausgestorbener Arten in verschiedenen Zeitintervallen. Das größte bekannte ist das Aussterben der permischen Masse vor 250 Millionen Jahren, dessen Ursachen noch unbekannt sind.

Aber von allen Eigenschaften der Erde, die für das Leben absolut notwendig sind? Welche Art von Planeten kann zu einer Lebensgeschichte führen, die sich von unserer unterscheidet, aber Leben auf ihr wird möglich sein?

Bis wir Leben außerhalb der Erde auf Planeten außerhalb des Sonnensystems finden, werden die Antworten auf solche Fragen unweigerlich rein spekulativ sein. Aber das sind keine leeren Vermutungen; Dies sind theoretische Aussagen, die mit den besten wissenschaftlichen Errungenschaften bisher veröffentlicht wurden. Nach allem, was wir wissen, glauben wir, dass die Bedingungen, unter denen das Leben existieren kann, viel vielfältiger und flexibler sind, als sich die meisten Menschen hätten vorstellen können.


Wenn der Nordpol der Erde maximal von der Sonne abweicht, ist er maximal in Richtung des Vollmonds auf der anderen Seite der Erde geneigt. Der Mond stabilisiert unsere Umlaufbahn und verlangsamt unsere Rotation. Es ist nicht bekannt, ob die Anwesenheit eines solchen Mondes notwendig ist, damit sich das Leben auf dem Planeten entwickeln und erhalten kann.

Nehmen Sie zum Beispiel einen großen Satelliten der Erde. Die Wechselwirkung mit der Gravitation erhält die Stabilität der Rotationsachse unseres Planeten aufrecht. Die aktuelle Neigung der Achse beträgt 23,5 °, variiert jedoch über sehr lange Intervalle von 22,1 ° bis 24,5 °. In einer Welt wie dem Mars ist die Neigung der Achse jetzt fast dieselbe wie die der Erde: ungefähr 25 °. Aber in Abständen von mehreren zehn Millionen Jahren ändert es sich zehnmal stärker als bei uns - von 13 ° auf 40 °.

Dies führt zu signifikanten Klimaveränderungen in verschiedenen Breiten des Mars, die alle Eiszeiten auf der Erde übertreffen. Solange das Leben langfristige Temperaturänderungen überstehen oder in akzeptablere Temperaturzonen wandern kann, sollte dies kein so kritischer Faktor sein. Interessanterweise verlängern die Gezeitenkräfte des Mondes auch die Dauer unseres Tages - von 8 Stunden auf 24 Stunden in den letzten vier Milliarden Jahren. Und dies hatte offenbar keinerlei Auswirkungen auf das Leben.


Die Bewegung der Hauptgürtel-Asteroiden und Trojaner-Asteroiden um Jupiter unterliegt möglicherweise dem Einfluss eines riesigen Planeten. Es ist jedoch noch nicht bekannt, ob die Anzahl der Asteroiden, die den Erdweg relativ zum gleichen Sternensystem überqueren, jedoch ohne einen ähnlichen Gasriesen die Anwesenheit von Jupiter erhöht oder verringert.

Dies ist der Frage nach der Anwesenheit von Jupiter in unserem Sonnensystem sehr ähnlich. Ja, die übliche Weisheit ist, dass Jupiter den Asteroidengürtel „reinigt“ und die Wahrscheinlichkeit verringert, dass ein Asteroid mit der Erde kollidiert. Tatsächlich gibt es jedoch viele Debatten zu diesem Thema. Denken Sie beispielsweise an diese Frage: Erhöht oder verringert die Anwesenheit von Jupiter die Wahrscheinlichkeit, dass ein Asteroid in unsere Richtung fliegt? Jupiter wirkt als störende Kraft und verleiht allem, was an ihm vorbeigeht, zufällig zusätzliche Geschwindigkeit. Viele Asteroiden werden ausgeworfen, aber viele stabile können potenziell gefährlich werden. Wir sind uns immer noch nicht ganz sicher, ob dies einen positiven oder negativen Beitrag zur kosmischen Lebensgleichung leistet.


Eine Karte der Dichte der Sterne in der Milchstraße und am umgebenden Himmel, die die Milchstraße, große und kleine Magellansche Wolken deutlich zeigt. Wenn Sie genau hinschauen, befindet sich NGC 104 links von der kleinen Magellanschen Wolke, NGC 6205 etwas höher und links vom galaktischen Zentrum und NGC 7078 geringfügig unten. Insgesamt enthält die Milchstraße 200 bis 400 Milliarden Sterne, und die Sonne befindet sich etwa 25.000 Lichtjahre von ihrem Zentrum entfernt.

Darüber hinaus wird diskutiert, welche Sterne das Leben unterstützen können. Sie müssen nicht nur nicht zu massiv und kurzlebig sein, sondern möglicherweise auch eine ausreichend große Masse haben, die eine bestimmte Schwelle überschreitet. Die meisten Sterne - etwa 80% - sind rote Zwerge. Sie sind dunkel, erfassen schnell Gezeiten von Planeten und senden oft große Blitze aus. Ist ein Leben in ihrer Nähe möglich oder braucht es einen massereicheren, sonnenähnlichen Stern?

Was ist mit unserem Standort in der Galaxie? Wir können vernünftigerweise über einige Dinge sprechen, zum Beispiel über das Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl schwerer Elemente. Um felsige Planeten mit lebensfördernden Inhaltsstoffen zu erhalten, müssen Sie unserer Meinung nach genügend schwere Elemente haben. Ohne sie können nur Gasriesen entstehen, auf denen eine Vielzahl von Kohlenstoffverbindungen unmöglich ist, ohne die kein Leben entstehen kann.


Eine Fotografie des galaktischen Zentrums bei mehreren Wellenlängen zeigt Sterne, Gas, Strahlung und Schwarze Löcher sowie andere Quellen. Dort wurde eine große Menge an Material gesammelt, darunter schwere Elemente und organische Verbindungen, die notwendigen Vorläufer des Lebens. Aber es muss viele geben, sonst wird das Leben unmöglich.

Aber was ist diese Schwelle? Ist es notwendig, eine sehr große Anzahl schwerer Elemente zu haben, damit es funktioniert? Und wenn sie halb so viel sind wie unsere? Und 10 mal? Hundert? Wir können die Anzahl der schweren Elemente - was Astronomen Metallizität nennen - relativ zur Position eines Sterns in einer Galaxie markieren. Und wir werden vielleicht unerwartet feststellen, dass wenn die Sterne nahe an der Ebene der Scheibe der Milchstraße und nicht zu nahe und nicht zu weit von ihrem Zentrum entfernt sind, sie unseren mehr oder weniger ähnlich sind. Das notwendige Gleichgewicht schwerer Elemente, wenn wir davon ausgehen, dass es für das Leben notwendig ist, eine bestimmte Schwelle zu überwinden, besteht tatsächlich auf den meisten Sternen der Milchstraße, die heute erscheinen.


Die Beziehung zwischen der Anordnung der Sterne in der Milchstraße und ihrer Metallizität, dh dem Vorhandensein schwerer Elemente. Sterne, die von 3.000 Lichtjahren vom Zentrum der Milchstraße bis zu mehreren zehn Lichtjahren reichen, zeigen eine Fülle schwerer Elemente, die denen im Sonnensystem sehr ähnlich sind.

Natürlich muss es Orte geben, an denen die Bedingungen für das Leben zu hart sind. Ein zu massereicher Stern, 50% größer als die Sonne, wird nicht lange genug leben, damit das Leben eine solche Komplexität wie auf der Erde erreicht. Ein bewohnter Planet, der einer grausamen Katastrophe zu nahe kommt - zum Beispiel durch eine Supernova oder einen Blitz von Gammastrahlen - kann sein Leben verlieren, obwohl darüber diskutiert wird, weil das Leben dieses Phänomen überleben kann. Wenn die Dichte der Sterne zu hoch ist, kann der Planet einfach aus seinem Heimatsternsystem geworfen werden oder seine Umlaufbahn kritisch verletzen. Wo wir sind, sind die Chancen für ein solches Ereignis sehr gering, aber näher am Zentrum der Galaxie wären sie unglaublich gewachsen.


In den Zentren der Galaxien gibt es Sterne, Gas, Staub und Schwarze Löcher - und all dies dreht sich um das zentrale supermassereiche Schwarze Loch und interagiert mit ihm. Diese Massen reagieren nicht nur auf den gekrümmten Raum, sondern krümmen auch den Raum selbst, wodurch sich herausstellt, dass gegenseitige Gravitationswechselwirkungen, die beim Abstieg aus den Bahnen von Sternen und Planeten auftreten, sehr häufig sind.

Damit sich das Leben über Milliarden von Jahren erfolgreich entwickeln kann, sind unserer Meinung nach drei Grundzutaten erforderlich: Leben muss geboren werden, die Bedingungen auf dem Planeten müssen stabil genug sein, damit das Leben weitergehen kann, und der Planet muss Ereignisse vermeiden, die alles Leben zu 100% zerstören können. Es ist sehr leicht, sich einen Planeten wie den Mars vorzustellen, auf dem das Leben begann. Aber wenn sich die Bedingungen des Planeten ändern und für das Leben inakzeptabel werden oder wenn es eine Katastrophe gibt, an der alle Lebewesen sterben, wird die erdähnliche Welt nicht funktionieren.


Kataklysmische Ereignisse treten in der gesamten Galaxie und im gesamten Universum auf, von Supernovae und aktiven Schwarzen Löchern bis zum Zusammenfluss von Neutronensternen und mehr. Aus diesem Grund sind Bereiche mit einer dichten Anordnung von Sternen möglicherweise zu starr für das Erscheinen des Lebens. Um diese Möglichkeit jedoch vollständig auszuschließen, benötigen wir mehr Beweise als jetzt.

Dennoch gibt es nur in den dichtesten und spärlichsten Teilen der Galaxie nur wenige Chancen, dass Leben entsteht. Das galaktische Zentrum wird von jungen, massiven Sternen bevölkert, neben denen das Leben in größter Gefahr ist. Am sehr seltenen Rand der Galaxis wäre kaum Leben entstanden. Soweit wir wissen, ist es sehr schwierig, das Leben auszurotten, sobald es auf dem Planeten erscheint und es zu bewohnen beginnt.

Wir sind absolut sicher, dass die Bedingungen, die nach ihrem Erscheinen auf der Erde herrschten, zur Entstehung einer prosperierenden Biosphäre geführt haben, aber es scheint uns, dass auch völlig andere Bedingungen zu einem ähnlichen Ergebnis führen könnten. In der großen kosmischen Gleichung sollte man nicht die Chancen verwerfen, dass das Leben unter einer Vielzahl unterschiedlicher Bedingungen überleben und gedeihen wird. Immerhin sind der Dschungel, die hydrothermalen Quellen und der Schnee der Antarktis voller Leben. Ein anderer Planet ist möglicherweise nicht für Menschen geeignet, aber er ist möglicherweise genau richtig für die Außerirdischen, die auf ihm aufgewachsen sind.

Ethan Siegel - Astrophysiker, Wissenschafts-Popularisierer, Autor von Starts With A Bang! Er schrieb die Bücher „Beyond the Galaxy“ ( Jenseits der Galaxie ) und „Tracknology: the science of Star Trek“ ( Treknology ).