Wissenschaftler haben eine zweite Bedingung für die Goldilocks-Zone identifiziert. Suche nach Planeten in der bewohnbaren Zone

Schauen Sie sich die Streuung der Sterne am schwarzen Nachthimmel an - sie alle enthalten erstaunliche Welten wie unser Sonnensystem. Nach konservativsten Schätzungen enthält die Milchstraße mehr als hundert Milliarden Planeten, von denen einige der Erde ähnlich sein könnten.

Neue Informationen über "fremde" Planeten - Exoplaneten- öffnete das Kepler-Weltraumteleskop und erkundete die Konstellationen in Erwartung des Moments, in dem ein entfernter Planet vor seiner Leuchte stehen wird.

Das orbitale Observatorium wurde im Mai 2009 speziell für die Suche nach Exoplaneten gestartet, scheiterte jedoch vier Jahre später. Nach vielen Versuchen, das Teleskop wieder in Betrieb zu nehmen, war die NASA gezwungen, das Observatorium im August 2013 aus ihrer „Weltraumflotte“ zu nehmen. Dennoch hat Kepler im Laufe der Jahre der Beobachtungen so viele einzigartige Daten erhalten, dass es noch einige Jahre dauern wird, sie zu studieren. Die NASA bereitet sich bereits darauf vor, Keplers Nachfolger, das TESS-Teleskop, im Jahr 2017 zu starten.

Super-Erden im Goldilocks-Gürtel

Heute haben Astronomen fast 600 neue Welten aus 3.500 Kandidaten für den Titel „Exoplanet“ identifiziert. Es wird angenommen, dass sich unter diesen Himmelskörpern mindestens 90% als "echte Planeten" herausstellen können und der Rest - Doppelsterne, "braune Zwerge", die nicht zu Sterngrößen herangewachsen sind, und Ansammlungen großer Asteroiden.

Die meisten der neuen Planetenkandidaten sind Gasriesen wie Jupiter oder Saturn sowie Supererden – Gesteinsplaneten, die um ein Vielfaches größer sind als wir.

Natürlich fallen bei weitem nicht alle Planeten in das Sichtfeld von Kepler und anderen Teleskopen. Ihre Zahl wird auf nur 1-10% geschätzt.

Um einen Exoplaneten eindeutig zu identifizieren, muss er immer wieder auf der Scheibe seines Sterns fixiert werden. Es ist klar, dass es sich meistens in der Nähe seiner Sonne befindet, denn dann dauert sein Jahr nur wenige Erdtage oder -wochen, sodass Astronomen Beobachtungen viele Male wiederholen können.

Solche Planeten in Form von heißen Gasbällen entpuppen sich oft als "heiße Jupiter", und jeder sechste ist wie eine flammende Supererde, die mit Lavameeren bedeckt ist.

Natürlich kann unter solchen Bedingungen das Proteinleben unserer Art nicht existieren, aber unter Hunderten von unwirtlichen Körpern gibt es angenehme Ausnahmen. Bisher wurden mehr als hundert terrestrische Planeten identifiziert, die sich in der sogenannten habitablen Zone befinden, oder Gürtel aus Goldlöckchen.

Diese Märchenfigur wurde von dem Grundsatz "nicht mehr und nicht weniger" geleitet. Ebenso die seltenen Planeten, die in der "Zone des Lebens" enthalten sind, die Temperatur sollte innerhalb der Grenzen der Existenz von flüssigem Wasser liegen. Außerdem haben 24 dieser Planeten einen Radius von weniger als zwei Erdradien.

Allerdings weist bisher nur einer dieser Planeten die Hauptmerkmale des Erdzwillings auf: Er befindet sich in der Goldilocks-Zone, hat annähernd die Größe der Erde und ist Teil eines der Sonne ähnlichen Gelben-Zwerg-Systems.

In der Welt der Roten Zwerge

Astrobiologen, die beharrlich nach außerirdischem Leben suchen, verlieren jedoch nicht den Mut. Die meisten Sterne in unserer Galaxie sind kleine kühle und schwache rote Zwerge. Nach modernen Daten machen Rote Zwerge, die etwa halb so groß und kälter als die Sonne sind, mindestens drei Viertel der „stellaren Bevölkerung“ der Milchstraße aus.

Um diese "Solar-Cousins" kreisen Miniatursysteme von der Größe der Merkurbahn, und sie haben auch ihre eigenen Goldilocks-Gürtel.

Astrophysiker der University of California in Berkeley haben sogar ein spezielles TERRA-Computerprogramm zusammengestellt, mit dessen Hilfe ein Dutzend terrestrische Zwillinge identifiziert wurden. Alle befinden sich in der Nähe ihrer Lebenszonen in der Nähe kleiner roter Leuchten. All dies erhöht die Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit außerirdischer Lebenszentren in unserer Galaxie erheblich.

Rote Zwerge, in deren Nähe erdähnliche Planeten gefunden wurden, galten früher als sehr ruhige Sterne, und auf ihren Oberflächen treten nur selten Flares auf, die von Plasmaausstößen begleitet werden.

Wie sich herausstellte, sind solche Leuchten sogar aktiver als die Sonne.

Auf ihrer Oberfläche ereignen sich ständig mächtige Kataklysmen, die Orkanböen von "Sternwinden" erzeugen, die sogar den mächtigen magnetischen Schild der Erde überwinden können.

Für die Nähe zu ihrem Stern können viele Zwillinge der Erde jedoch einen sehr hohen Preis zahlen. Strahlungsflüsse von häufigen Blitzen auf der Oberfläche von Roten Zwergen können einen Teil der Atmosphäre von Planeten buchstäblich „ablecken“ und diese Welten unbewohnbar machen. Gleichzeitig wird die Gefahr von Koronalauswürfen durch die Tatsache verstärkt, dass eine geschwächte Atmosphäre die Oberfläche schlecht vor geladenen Teilchen im harten Ultraviolett und Röntgenstrahlen des "Sternwinds" schützt.

Außerdem besteht die Gefahr, dass die Magnetosphären potenziell bewohnbarer Planeten durch das stärkste Magnetfeld der Roten Zwerge unterdrückt werden.

Gebrochene magnetische Abschirmung

Astronomen haben lange vermutet, dass viele Rote Zwerge ein starkes Magnetfeld haben, das leicht die magnetische Abschirmung um potenziell bewohnbare Planeten durchbrechen kann. Um dies zu beweisen, wurde eine virtuelle Welt gebaut, in der unser Planet in der „Lebenszone“ auf einer sehr engen Umlaufbahn um einen ähnlichen Stern rotiert.

Es stellte sich heraus, dass das Magnetfeld eines Zwergs sehr oft die Magnetosphäre der Erde nicht nur stark verformt, sondern sie sogar unter die Oberfläche des Planeten treibt. In einem solchen Szenario hätten wir in nur wenigen Millionen Jahren weder Luft noch Wasser mehr, und die gesamte Oberfläche wäre von kosmischer Strahlung versengt.

Daraus folgen zwei interessante Schlussfolgerungen. Die Suche nach Leben in Roten-Zwergen-Systemen könnte sich als völlig aussichtslos herausstellen, und dies ist eine weitere Erklärung für die "große Stille des Kosmos".

Aber vielleicht können wir außerirdische Intelligenz in keiner Weise entdecken, weil unser Planet zu früh geboren wurde ...

Wer kann auf fernen Exoplaneten leben? Vielleicht solche Kreaturen?

Das traurige Schicksal des Erstgeborenen

Bei der Analyse von Daten, die mit Hilfe der Kepler- und Hubble-Teleskope gewonnen wurden, stellten Astronomen fest, dass sich der Prozess der Sternentstehung in der Milchstraße erheblich verlangsamt hat. Grund dafür ist die zunehmende Baustoffknappheit in Form von Staub- und Gaswolken.

Trotzdem ist in unserer Galaxie noch viel Material für die Geburt von Sternen und Planetensystemen übrig. Darüber hinaus wird unsere Sterneninsel in einigen Milliarden Jahren mit der riesigen Galaxie des Andromeda-Nebels kollidieren, was einen kolossalen Ausbruch von Sternentstehung verursachen wird.

Vor diesem Hintergrund der zukünftigen galaktischen Entwicklung wurde kürzlich die sensationelle Nachricht laut, dass vor vier Milliarden Jahren, zur Zeit der Entstehung des Sonnensystems, nur ein Zehntel der potenziell bewohnbaren Planeten existierte.

Wenn man bedenkt, dass die Geburt der einfachsten Mikroorganismen auf unserem Planeten mehrere hundert Millionen Jahre gedauert hat und sich mehrere Milliarden Jahre höher entwickelte Lebensformen gebildet haben, ist es sehr wahrscheinlich, dass intelligente Außerirdische erst nach dem Aussterben der Sonne erscheinen werden.

Vielleicht liegt hier die Lösung für das faszinierende Fermi-Paradoxon, das einst von einem herausragenden Physiker formuliert wurde: Und wo sind diese Außerirdischen? Oder macht es Sinn, auf unserem Planeten nach Antworten zu suchen?

Extremophile auf der Erde und im Weltraum

Je mehr wir uns von der Einzigartigkeit unseres Platzes im Universum überzeugen, desto öfter stellt sich die Frage: Kann Leben in völlig anderen Welten existieren und sich entwickeln?

Die Antwort auf diese Frage wird durch die Existenz erstaunlicher Organismen auf unserem Planeten gegeben - Extremophile. Sie haben ihren Namen für ihre Fähigkeit, in extremen Temperaturen, giftigen Umgebungen und sogar im luftleeren Weltraum zu überleben. Meeresbiologen haben ähnliche Lebewesen in unterirdischen Geysiren gefunden – „Meeresraucher“.

Dort gedeihen sie unter enormem Druck in Abwesenheit von Sauerstoff am äußersten Rand heißer Vulkanschlote. Ihre „Kollegen“ findet man in salzigen Bergseen, heißen Wüsten und subglazialen Stauseen der Antarktis. Es gibt sogar „Bärtierchen“-Mikroorganismen, die das Vakuum des Weltraums überstehen. Es stellt sich heraus, dass selbst in der Strahlungsumgebung in der Nähe von Roten Zwergen einige "extreme Mikroben" entstehen können.

Säuresee in Yellowstone. Rote Plaque - Acidophilus-Bakterien

Bärtierchen können im Vakuum des Weltraums existieren

Die akademische Evolutionsbiologie glaubt, dass das Leben auf der Erde aus chemischen Reaktionen in einem „warmen flachen Becken“ entstanden ist, das von ultravioletten und Ozonströmen tobender „Blitzstürme“ durchdrungen ist. Andererseits wissen Astrobiologen, dass die chemischen Bausteine ​​des Lebens auch auf anderen Welten zu finden sind. Sie wurden zum Beispiel in Gas- und Staubnebeln und Satellitensystemen unserer Gasriesen beobachtet. Das ist natürlich noch lange kein „volles Leben“, aber der erste Schritt dahin.

Die „Standard“-Theorie des Ursprungs des Lebens auf der Erde hat kürzlich einen starken Schlag erhalten von…. Geologen. Es stellt sich heraus, dass die ersten Organismen viel älter sind als bisher angenommen und in einer völlig ungünstigen Umgebung aus einer Methanatmosphäre und kochendem Magma entstanden sind, das aus Tausenden von Vulkanen strömt.

Das lässt viele Biologen über die alte Hypothese der Panspermie nachdenken. Demnach entstanden die ersten Mikroorganismen woanders, etwa auf dem Mars, und kamen im Kern von Meteoriten auf die Erde. Vielleicht mussten die alten Bakterien in Kometenkernen anderer Sternensysteme eine längere Strecke zurücklegen.

Aber wenn dem so ist, dann können uns die Wege der "kosmischen Evolution" zu "Ursprungsbrüdern" führen, die die "Samen des Lebens" aus derselben Quelle schöpften wie wir...

Die Wettervorhersage für die meisten Exoplaneten ist enttäuschend. Die sengende Sonne, jährliche Überschwemmungen und tiefer Schnee erschweren das Leben der Anwohner erheblich.

Wissenschaftler interessieren sich aus einer Reihe von politischen, finanziellen, humanitären und wissenschaftlichen Gründen für die Bewohnbarkeit anderer Planeten. Sie wollen verstehen, wie sich unser eigenes Klima verändert.

Wie werden wir im Klima der Zukunft leben und was können wir tun, um den Treibhauseffekt einzudämmen? Immerhin ein bisschen mehr und das Paradies, bis die Erde hoffnungslos verloren ist.

Es ist unwahrscheinlich, dass wir uns ernsthaft mit der Suche nach sauberen Energiequellen befassen oder Politiker davon überzeugen, sich auf Kosten finanzieller Gewinne mit Klimafragen auseinanderzusetzen. Viel interessanter ist die Frage: Wann werden wir Aliens sehen?

Die habitable Zone, auch als „Goldilocks-Zone“ bekannt, ist die Region um einen Stern, in der die Durchschnittstemperatur des Planeten es dem flüssigen Wasser ermöglicht, an das wir so gewöhnt sind. Wir jagen nach flüssigem Wasser, nicht nur für die Zukunft, sondern auch, um einen Hinweis zu finden: Vielleicht könnte es irgendwo anderes Leben geben.

Probleme außerhalb dieser Zone sind ziemlich offensichtlich. Wenn es zu heiß wird, wird die Umgebung zu einem unerträglichen Dampfbad oder es beginnt, das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu zersetzen.

Dann verbindet sich Sauerstoff mit Kohlenstoff zu Kohlendioxid und Wasserstoff entweicht in den Weltraum. Dies geschieht mit der Venus.

Wenn der Planet zu kalt ist, bildet das Wasser feste Stücke. Unter der Eiskruste mögen sich Taschen mit flüssigem Wasser befinden, aber insgesamt ist es kein sehr angenehmer Ort zum Leben.

Das haben wir auf dem Mars und den Monden von Jupiter und Saturn gefunden. Und wenn Sie eine potenziell bewohnbare Zone grob definieren können, dann ist dies der Ort, an dem flüssiges Wasser existieren könnte.

Leider besteht diese Gleichung nicht nur aus der Entfernung zum Stern und der erzeugten Energiemenge. Die Atmosphäre des Planeten spielt eine große Rolle.

Sie werden überrascht sein, aber Venus und Mars befinden sich in der potenziell bewohnbaren Zone des Sonnensystems. Die Atmosphäre der Venus ist so dicht, dass sie die Energie der Sonne einfängt und einen unwirtlichen Hochofen schafft, der für diesen Gentleman jeden Hauch von Leben in weniger als zwei Tassen Tee schmelzen lässt. Auf dem Mars ist das Gegenteil der Fall.

Die dünne Atmosphäre kann überhaupt keine Wärme halten, daher ist der Planet sehr kalt. Verbessern Sie die Atmosphären beider Planeten - und erhalten Sie Welten, die durchaus in der Lage sind, Leben zu beherbergen.

Vielleicht könnten wir sie zusammenbringen und die Atmosphären mischen? Denken sollten. Wenn wir uns andere Welten in der Milchstraße ansehen und versuchen herauszufinden, ob es dort Leben gibt, reicht es nicht aus, nur ihre Position in der Goldilocks-Zone zu beurteilen.

Wir müssen die Form der Atmosphäre kennen. Astronomen haben Planeten gefunden, die sich in bewohnbaren Zonen um andere Sterne befinden, aber diese Welten scheinen nicht besonders gut für Leben geeignet zu sein.

Sie kreisen um rote Zwergsterne. Im Prinzip ist das Leben in rötlichen Reflexionen nicht so schlimm, aber es gibt ein Problem.

Rote Zwerge neigen dazu, sich in jungen Jahren sehr schlecht zu benehmen. Sie erzeugen starke Flares und koronale Massenauswürfe.

Dies reinigt die Oberfläche jedes Planeten, der zu nahe kommt. Es stimmt, es gibt etwas Hoffnung.

Nach einigen Millionen Jahren hoher Aktivität beruhigen sich diese roten Zwergsterne und beginnen, ihre Wasserstoffreserven mit einem Potenzial von Billionen Jahren auszusaugen. Wenn das Leben in den frühen Tagen eines Sterns lange genug überleben kann, kann ein langes, glückliches Leben auf uns warten. Wenn Sie an ein neues Zuhause zwischen den Sternen denken oder versuchen, neues Leben im Universum zu finden, suchen Sie nach Planeten in der potenziell bewohnbaren Zone.

Bewohnbare Zone (Goldilocks-Zone)

Es war einmal ein Sonnensystem, und eines Tages – vor langer Zeit, vor ungefähr vier Milliarden Jahren – wurde ihr klar, dass sie fast fertig war. Die Venus erschien in der Nähe der Sonne selbst – und sie war der Sonne so nahe, dass die Energie der Sonnenstrahlen ihren gesamten Wasservorrat verdampfte. Und der Mars war weit von der Sonne entfernt - und sein ganzes Wasser gefror. Und nur ein Planet – die Erde – war gerade so weit von der Sonne entfernt – „genau richtig“, dass das Wasser darauf flüssig blieb und somit Leben auf der Erdoberfläche entstehen konnte. Dieser Gürtel um die Sonne wurde als habitable Zone bekannt. Die Geschichte der drei Bären wird Kindern in vielen Ländern erzählt, und in England heißt ihre Heldin Goldlöckchen. Sie mochte es auch, wenn alles „genau richtig“ war. Im Haus der drei Bären war eine Schüssel Brei zu heiß. Der andere ist zu kalt. Und nur der dritte kam Goldilocks "genau richtig". Und im Haus der drei Bären gab es drei Betten, und eines war zu hart, das andere zu weich, und das dritte war „genau richtig“, und Goldlöckchen schlief darin ein. Als die drei Bären nach Hause zurückkehrten, fanden sie nicht nur den verlorenen Brei aus der dritten Schüssel, sondern auch Goldilocks, der süß im Bett des kleinen Bären schlief. Ich weiß nicht mehr, wie alles dort endete, aber wenn ich drei Bären wäre – Allesfresser an der Spitze der Nahrungskette – hätte ich Goldlöckchen gegessen.

Goldilocks könnte an der relativen Bewohnbarkeit von Venus, Erde und Mars interessiert sein, aber tatsächlich ist die Handlung dieser Planeten viel komplizierter als drei Schüsseln Brei. Vor vier Milliarden Jahren bombardierten wasserreiche Kometen und mineralreiche Asteroiden noch Planetenoberflächen, wenn auch viel seltener als zuvor. Während dieses Weltraum-Billardspiels wanderten einige Planeten von ihren Heimatorten näher an die Sonne heran, und einige wurden in Umlaufbahnen mit größerem Durchmesser geschleudert. Und viele der Dutzende gebildeter Planeten landeten in instabilen Umlaufbahnen und fielen in die Sonne oder den Jupiter. Ein paar weitere Planeten wurden einfach aus dem Sonnensystem geschleudert. Die verbleibenden Einheiten drehten sich am Ende genau in jenen Umlaufbahnen, die sich als „genau richtig“ herausstellten, um auf ihnen Milliarden von Jahren zu überleben. Die Erde bewegte sich auf einer Umlaufbahn mit einem durchschnittlichen Abstand von der Sonne von etwa 150 Millionen Kilometern. In dieser Entfernung fängt die Erde einen sehr bescheidenen Bruchteil der von der Sonne abgestrahlten Gesamtenergie ab - nur zwei Milliardstel. Wenn wir davon ausgehen, dass die Erde all diese Energie aufnimmt, dann beträgt die Durchschnittstemperatur unseres Planeten etwa 280 K, also 7 ° C - in der Mitte zwischen Winter- und Sommertemperaturen.

Bei normalem atmosphärischem Druck gefriert Wasser bei 273 K und siedet bei 373 K, so dass sich zu unserer großen Freude fast alles Wasser auf der Erde in einem flüssigen Zustand befindet. Es besteht jedoch kein Grund zur Eile. Manchmal bekommt man in der Wissenschaft die richtigen Antworten von den falschen Prämissen. Tatsächlich absorbiert die Erde nur zwei Drittel der Sonnenenergie, die sie erreicht. Der Rest wird von der Erdoberfläche (insbesondere den Ozeanen) und der Wolkendecke zurück ins All reflektiert. Wenn wir den Reflexionskoeffizienten zur Formel hinzufügen, sinkt die Durchschnittstemperatur der Erde bereits auf 255 K, was viel niedriger ist als der Gefrierpunkt von Wasser. Es muss heutzutage einen anderen Mechanismus geben, der die Durchschnittstemperatur auf einem angenehmeren Niveau hält. Nehmen Sie sich noch einmal Zeit. Alle Theorien der Sternentwicklung sagen uns, dass vor vier Milliarden Jahren, als sich das Leben aus der sprichwörtlichen Ursuppe auf der Erde bildete, die Sonne um ein Drittel dunkler war als heute, was bedeutet, dass die Durchschnittstemperatur der Erde unter dem Gefrierpunkt lag. Vielleicht war die Erde in der fernen Vergangenheit einfach näher an der Sonne? Allerdings kennen wir nach einer längst beendeten Periode schwerer Bombardierungen keine Mechanismen, die stabile Umlaufbahnen innerhalb des Sonnensystems verschieben würden. Vielleicht war der Treibhauseffekt früher stärker? Wir wissen es wahrscheinlich nicht. Aber wir wissen, dass bewohnbare Zonen im ursprünglichen Sinne dieser Worte nur einen entfernten Bezug dazu haben, ob Leben auf Planeten existieren kann, die sich innerhalb der Grenzen dieser Zonen befinden.

Die berühmte Drake-Gleichung, auf die bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz immer wieder zurückgegriffen wird, erlaubt eine grobe Abschätzung, wie viele Zivilisationen im Prinzip in der Milchstraße zu finden sind. Die Gleichung wurde in den 1960er Jahren vom amerikanischen Astronomen Frank Drake hergeleitet, und damals beschränkte sich das Konzept der habitablen Zone auf die Vorstellung, dass die Planeten einen für die Existenz „genau richtigen“ Abstand von ihrem Stern haben sollten Leben. Die Bedeutung einer Version der Drake-Gleichung ist ungefähr so: Beginnen wir mit der Anzahl der Sterne in der Galaxie (Hunderte von Milliarden). Multiplizieren Sie diese riesige Zahl mit dem Anteil der Sterne, die Planeten haben, und multiplizieren Sie die resultierende Zahl mit dem Anteil der Planeten, die sich in der habitablen Zone befinden. Jetzt multiplizieren wir das Ergebnis mit dem Anteil der Planeten, auf denen sich Leben entwickelt hat. Das Ergebnis multiplizieren wir mit dem Anteil der Planeten, auf denen sich intelligentes Leben entwickelt hat. Das Ergebnis multiplizieren wir mit dem Anteil der Planeten, bei denen der technologische Fortschritt so weit fortgeschritten ist, dass eine interstellare Kommunikation aufgebaut werden kann.

Wenn wir nun die Sternentstehungsrate und die Lebenserwartung einer technologisch fortgeschrittenen Zivilisation berücksichtigen, erhalten wir die Zahl der fortgeschrittenen Zivilisationen, die wahrscheinlich in diesem Moment auf unseren Anruf warten. Kleine, kühle Sterne mit geringer Leuchtkraft leben Hunderte von Milliarden, vielleicht Billionen von Jahren, was bedeutet, dass ihre Planeten genug Zeit haben, um zwei oder drei Arten von lebenden Organismen auf sich selbst zu züchten, aber ihre bewohnbaren Zonen sind zu nahe am Stern. Der in dieser Zone entstandene Planet fällt schnell in den sogenannten Gezeiteneinfang eines Sterns und dreht sich immer mit einer Seite dazu, weshalb es bei der Erwärmung des Planeten zu einer starken Verzerrung kommt - alles Wasser auf der "Vorderseite" Seite des Planeten wird verdunsten, und das gesamte Wasser auf der "Rückseite" wird gefrieren. Wenn Goldilocks auf einem solchen Planeten leben würde, würden wir feststellen, dass sie ihren Brei isst und sich wie ein gegrilltes Huhn um ihre Achse dreht - genau an der Grenze zwischen ewigem Sonnenschein und ewiger Dunkelheit. Die bewohnbaren Zonen um langlebige Sterne haben einen weiteren Nachteil: Sie sind sehr eng, sodass die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, dass ein Planet versehentlich in eine Umlaufbahn mit einem „genau richtigen“ Radius gelangt.

Aber um heiße, große, helle Sterne herum gibt es riesige bewohnbare Zonen. Diese Sterne sind jedoch leider selten und leben nur wenige Millionen Jahre und explodieren dann, sodass ihre Planeten kaum als Kandidaten für die Suche nach Leben in der Form, an die wir gewöhnt sind, in Betracht gezogen werden können, es sei denn, es gibt eine Art sehr dort findet eine rasante Entwicklung statt. Und es ist unwahrscheinlich, dass Tiere, die in der Lage sind, Differentialrechnungen zu erfinden, die ersten sind, die aus dem primitiven Schleim hervorkommen. Die Drake-Gleichung kann als Goldilocks-Mathematik betrachtet werden, eine Methode, mit der man abschätzen kann, wie wahrscheinlich es ist, dass irgendwo in der Galaxie alles „genau richtig“ geklappt hat, wie es sollte. Die Drake-Gleichung in ihrer ursprünglichen Form beinhaltet jedoch beispielsweise nicht den Mars, der sich weit außerhalb der bewohnbaren Zone der Sonne befindet. Inzwischen ist der Mars voller gewundener trockener Flüsse mit Deltas und Überschwemmungsgebieten, und dies beweist unwiderlegbar, dass es einst in der Vergangenheit reichlich flüssiges Wasser auf dem Mars gab.

Aber was ist mit der Venus, der „Schwester“ der Erde? Es fällt direkt in die bewohnbare Zone der Sonne. Dieser Planet, der vollständig von einer dicken Wolkenschicht bedeckt ist, hat das höchste Reflexionsvermögen im gesamten Sonnensystem. Es gibt keine offensichtlichen Gründe, warum es auf der Venus schlimm und unangenehm sein kann. Es gibt jedoch einen monströsen Treibhauseffekt. Die dichte Atmosphäre der Venus besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid und absorbiert fast 100 % der geringen Strahlungsmenge, die ihre Oberfläche erreicht. Die Temperatur auf der Venus beträgt 750 K, was ein Rekord im gesamten Sonnensystem ist, obwohl die Entfernung von der Sonne zur Venus fast doppelt so groß ist wie die zum Merkur.

Da die Erde während ihrer gesamten Evolution Leben erhalten hat – Milliarden von Jahren turbulenter Wechselfälle – muss das Leben selbst eine Art Rückkopplungsmechanismus bieten, der flüssiges Wasser auf dem Planeten hält. Diese Idee wurde in den 1970er Jahren von den Biologen James Lovelock und Lynn Margulis entwickelt und wird Gaia-Hypothese genannt. Diese ziemlich populäre, aber umstrittene Hypothese besagt, dass die Gesamtheit der biologischen Arten auf der Erde zu einem bestimmten Zeitpunkt wie ein kollektiver Organismus wirkt, der kontinuierlich, wenn auch unbeabsichtigt, die Zusammensetzung der Erdatmosphäre und des Klimas so anpasst, dass sie zur Präsenz beitragen und Entwicklung des Lebens - also das Vorhandensein von flüssigem Wasser an der Oberfläche. Ich finde es sehr interessant und studierenswert. Die Gaia-Hypothese ist eine Lieblingshypothese der Befürworter der New-Age-Philosophie. Aber ich bin bereit zu wetten, dass einige längst verstorbene Marsmenschen und Venusbewohner diese Idee vor einer Milliarde Jahren ebenfalls verfochten haben müssen ...

Erweitert man das Konzept der habitablen Zone, stellt sich heraus, dass zum Schmelzen des Eises jede beliebige Energiequelle benötigt wird. Einer von Jupiters Monden, das eisige Europa, wird durch die Gezeitenkräfte des Gravitationsfeldes von Jupiter erhitzt. Wie ein Racquetball, der sich durch häufige Stöße erwärmt, erwärmt sich Europa durch eine dynamische Belastungsdifferenz, da Jupiter eine Seite mehr anzieht als die andere. Was ist das Ergebnis? Aktuelle Beobachtungsdaten und theoretische Berechnungen zeigen, dass Europa einen Ozean aus flüssigem Wasser oder möglicherweise Schneeschlamm unter einer kilometerdicken Eiskruste hat. Angesichts der Fülle an Leben in den Tiefen des Ozeans auf der Erde ist Europa der verlockendste Kandidat für Leben im Sonnensystem außerhalb der Erde. Ein weiterer neuerer Durchbruch in unserem Verständnis dessen, was eine bewohnbare Zone ist, sind lebende Organismen, die kürzlich als „Extremophile“ bezeichnet wurden: Organismen, die nicht nur überleben, sondern sogar unter Bedingungen extremer Kälte oder extremer Hitze gedeihen. Gäbe es Biologen unter den Extremophilen, würden sie wahrscheinlich denken, dass sie normal sind, und Extremophile sind all diejenigen, die bei Zimmertemperatur gut leben. Zu den Extremophilen gehören wärmeliebende Thermophile, die normalerweise in der Nähe von Unterwassergebirgen mitten in den Ozeanen leben, wo Wasser, das unter enormem Druck auf eine Temperatur weit über seinem normalen Siedepunkt erhitzt wird, unter der Erdkruste in die kalte Dicke spritzt des Ozeans. Dort herrschen ähnliche Bedingungen wie in einem Küchen-Schnellkochtopf: Ein besonders stabiler Topf mit luftdichtem Deckel ermöglicht es, Wasser unter Druck auf eine Temperatur über dem Siedepunkt zu erhitzen, ohne das Sieden als solches zu verursachen.

Mineralien steigen aus heißen Quellen auf dem kalten Meeresboden auf und bilden zehn Stockwerke hohe riesige poröse Röhren - in der Mitte ist es heiß, an den Rändern etwas kühler, wo sie das Meerwasser direkt berühren. Bei all diesen Temperaturen leben unzählige Arten von Lebewesen in den Rohren, die die Sonne noch nie gesehen haben und denen es egal ist, ob sie existiert oder nicht. Angetrieben werden diese harten Nüsse durch geothermische Energie, die sich aus den Überresten aus der Zeit der Erdentstehung und der Wärme zusammensetzt, die durch den radioaktiven Zerfall natürlicher, aber instabiler Isotope lang- bekannte chemische Elemente - darunter zum Beispiel Aluminium-26, das Millionen von Jahren überdauert, und Kalium-40, das Milliarden überdauert. Der Meeresboden ist wahrscheinlich eines der stabilsten Ökosysteme der Erde. Was passiert, wenn ein riesiger Asteroid mit der Erde kollidiert und alles Leben auf seiner Oberfläche ausstirbt? Ozean-Thermophile werden weiterleben, als wäre nichts passiert. Vielleicht entwickeln sie sich nach jeder Aussterbewelle sogar weiter und bevölkern das Land der Erde neu. Und was passiert, wenn die Sonne aus mysteriösen Gründen aus dem Zentrum des Sonnensystems verschwindet und die Erde aus der Umlaufbahn ausbricht und in den Weltraum driftet? Dieses Ereignis wird es nicht einmal in die thermophilen Zeitungen schaffen. Es werden jedoch fünf Milliarden Jahre vergehen, und die Sonne wird sich in einen roten Riesen verwandeln, sich ausdehnen und den gesamten inneren Teil des Sonnensystems absorbieren. Gleichzeitig werden die Ozeane der Erde verdampfen und die Erde selbst verdampfen. Das wird eine Sensation.

Wenn Thermophile überall auf der Erde leben, stellt sich eine ernsthafte Frage: Was wäre, wenn das Leben tief in den Eingeweiden von verlorenen Planeten entstanden wäre, die während ihrer Entstehung aus dem Sonnensystem geschleudert wurden? Ihre „geologischen“ Wärmereservoirs würden Milliarden von Jahren überdauern. Und was ist mit den unzähligen Planeten, die gewaltsam aus allen anderen Sonnensystemen vertrieben wurden, die Zeit hatten, sich in unserem Universum zu bilden? Vielleicht wimmelt es im interstellaren Raum von Leben, das in den Tiefen heimatloser Planeten entstand und sich entwickelte? Die bewohnbare Zone ist keineswegs ein sauber abgegrenzter Bereich um einen Stern herum, auf den die ideale, „genau richtige“ Menge an Sonnenlicht fällt – tatsächlich ist sie überall. So nimmt das Haus der drei Bären vielleicht auch keinen besonderen Platz in der Welt der Märchen ein. Eine Schüssel Brei, dessen Temperatur „genau richtig“ war, war in jeder Wohnung zu finden, sogar in den Häusern der drei Schweine. Wir fanden heraus, dass der entsprechende Faktor in der Drake-Gleichung – derjenige, der für die Existenz von Planeten innerhalb der bewohnbaren Zone verantwortlich ist – durchaus auf fast 100 % ansteigen könnte.

Unser Märchen hat also ein sehr vielversprechendes Ende. Leben ist nicht unbedingt ein seltenes und einzigartiges Phänomen, vielleicht kommt es so oft vor wie die Planeten selbst. Und thermophile Bakterien haben glücklich bis an ihr Lebensende gelebt – etwa fünf Milliarden Jahre.

Wasser, Wasser, rundherum Wasser

Nach dem Aussehen einiger der trockensten und unwirtlichsten Orte in unserem Sonnensystem zu urteilen, könnte man meinen, dass Wasser, das auf der Erde reichlich vorhanden ist, im Rest der Galaxie ein seltener Luxus ist. Von allen dreiatomigen Molekülen ist Wasser jedoch das häufigste, und zwar mit großem Abstand. Und in der Liste der häufigsten Elemente im Weltraum belegen die Bestandteile Wasser - Wasserstoff und Sauerstoff - den ersten und dritten Platz. Man muss also nicht fragen, woher das Wasser an diesem oder jenem Ort kommt – man fragt lieber, warum es noch immer nicht überall verfügbar ist. Beginnen wir mit dem Sonnensystem. Wenn Sie einen Ort ohne Wasser und ohne Luft suchen, müssen Sie nicht weit gehen: Ihnen steht der Mond zur Verfügung. Bei niedrigem Luftdruck auf dem Mond – er ist fast Null – und an zweiwöchigen Tagen, wenn die Temperatur nahe 100 ° C liegt, verdunstet das Wasser schnell. Während der zweiwöchigen Nacht sinkt die Temperatur auf -155 °C: Unter solchen Bedingungen gefriert fast alles.

Die Apollo-Astronauten nahmen die gesamte Luft, das gesamte Wasser und alle Klimaanlagen mit, die sie zum Mond brauchten, um dorthin und zurück zu reisen. In ferner Zukunft werden Expeditionen jedoch wahrscheinlich kein Wasser und diverse Produkte daraus mehr mitführen müssen. Die Daten der Raumsonde Clementine beenden die langjährige Debatte darüber, ob es am Nord- und Südpol des Mondes ein für alle Mal gefrorene Seen am Grund tiefer Krater gibt. Wenn wir die durchschnittliche Anzahl der Kollisionen des Mondes mit interplanetaren Trümmern pro Jahr berücksichtigen, müssen wir davon ausgehen, dass sich unter den an die Oberfläche fallenden Trümmern ziemlich große eisige Kometen befinden sollten. Was bedeutet „groß genug“? Es gibt genug Kometen im Sonnensystem, die, wenn sie schmelzen, eine Pfütze von der Größe des Eriesees hinterlassen würden.

Natürlich kann nicht erwartet werden, dass der neue See viele heiße Mondtage mit Temperaturen nahe 100 ° C überlebt, aber jeder Komet, der auf die Oberfläche des Mondes gefallen ist und verdunstet, schüttet einige seiner Wassermoleküle in den Grund tiefer Krater in der Nähe des Mondes Stangen. Diese Moleküle werden vom Mondboden absorbiert, wo sie für immer und ewig bleiben, da solche Orte die einzigen Ecken auf dem Mond sind, wo buchstäblich „die Sonne nicht scheint“. (Wenn Sie davon überzeugt waren, dass eine Seite des Mondes immer dunkel ist, dann wurden Sie von einer Vielzahl maßgeblicher Quellen in die Irre geführt, zu denen zweifellos das Pink Floyd-Album The Dark Side of the Moon gehörte, das 1973 veröffentlicht wurde.) Als die Bewohner der Arktis und Antarktis, die nach Sonnenlicht hungern, wissen, dass an diesen Orten die Sonne nie hoch über dem Horizont aufgeht - weder tagsüber, noch während des Jahres. Stellen Sie sich nun vor, Sie leben auf dem Grund eines Kraters, dessen Rand höher ist als der Punkt am Himmel, an dem die Sonne aufgeht. In einem solchen Krater und sogar auf dem Mond, wo es keine Luft und nichts gibt, um das Licht zu streuen, damit es in schattige Ecken gelangt, wird man in ewiger Dunkelheit leben müssen.

Auch in Ihrem Kühlschrank ist es kalt und dunkel, aber das Eis verdunstet dort noch mit der Zeit (glauben Sie es nicht - schauen Sie sich an, wie Eiswürfel aussehen, wenn Sie von längerer Abwesenheit zurückkommen), trotzdem ist es dort unten so kalt Krater, dass die Verdunstung im Wesentlichen aufhört (zumindest können wir im Rahmen unseres Gesprächs gut annehmen, dass es sie nicht gibt). Es besteht kein Zweifel, dass, wenn wir jemals eine Kolonie auf dem Mond bauen, sie sich in der Nähe solcher Krater befinden muss. Neben den offensichtlichen Vorteilen - die Kolonisten haben viel Eis, es gibt etwas zu schmelzen, zu reinigen und zu trinken - kann Wasserstoff auch aus Wassermolekülen extrahiert und von Sauerstoff getrennt werden. Wasserstoff und ein Teil des Sauerstoffs gehen in den Raketentreibstoff, und die Kolonisten atmen den Rest des Sauerstoffs ein. Und in Ihrer Freizeit von Weltraumexpeditionen können Sie auf einem zugefrorenen See vom geförderten Wasser Schlittschuh laufen.

Die alten Kraterdaten sagen uns also, dass Kometen den Mond getroffen haben, was bedeutet, dass dies auch der Erde passiert ist. Wenn wir bedenken, dass die Erde größer und ihre Schwerkraft stärker ist, können wir sogar schlussfolgern, dass Kometen viel häufiger auf die Erde gefallen sind. So ist es – von der Geburt der Erde bis zum heutigen Tag. Außerdem tauchte die Erde nicht in Form einer fertigen kugelförmigen Koma aus dem kosmischen Vakuum auf. Es entstand aus kondensiertem protosolarem Gas, aus dem die Sonne selbst und alle anderen Planeten entstanden sind. Die Erde wuchs weiter, als kleine feste Partikel daran hafteten, und dann - aufgrund des ständigen Beschusses von Asteroiden, die reich an Mineralien waren, und Kometen, die reich an Wasser waren. Inwiefern ist es dauerhaft? Es wird vermutet, dass die Häufigkeit von Kometeneinschlägen auf die Erde in den frühen Stadien ihrer Existenz ausreichte, um alle ihre Ozeane mit Wasser zu versorgen. Es bleiben jedoch bestimmte Fragen (und Raum für Diskussionen). Im Vergleich zum Wasser aus den Ozeanen enthält das Wasser der Kometen, die wir jetzt untersuchen, viel Deuterium, eine Art Wasserstoff, der ein zusätzliches Neutron in seinem Kern hat. Wenn die Ozeane mit Kometen gefüllt waren, hatten die Kometen, die zu Beginn der Existenz des Sonnensystems auf die Erde fielen, eine etwas andere chemische Zusammensetzung.

Glaubst du, du kannst sicher nach draußen gehen? Nun, nein: Neuere Untersuchungen des Wassergehalts in der oberen Erdatmosphäre haben gezeigt, dass regelmäßig hausgroße Eisbrocken auf die Erde fallen. Diese interplanetaren Schneebälle verdunsten bei Kontakt mit Luft schnell, tragen aber zum Wasserhaushalt der Erde bei. Wenn die Häufigkeit der Stürze während der Erdgeschichte von 4,6 Milliarden Jahren konstant war, dann haben diese Schneebälle möglicherweise auch die Ozeane der Erde wieder aufgefüllt. Hinzu kommt der Wasserdampf, der bekanntermaßen durch Vulkanausbrüche in die Atmosphäre freigesetzt wird, und es stellt sich heraus, dass die Erde ihren Wasservorrat auf vielfältige Weise an der Oberfläche hat. Unsere majestätischen Ozeane nehmen heute zwei Drittel der Erdoberfläche ein, sind aber nur ein Fünftausendstel der Erdmasse. Es scheint ein sehr kleiner Bruchteil zu sein, aber es sind immer noch anderthalb Trillionen Tonnen, von denen 2% zu einem bestimmten Zeitpunkt in Form von Eis vorliegen. Wenn die Erde jemals einen extremen Treibhauseffekt erlebt, wie auf der Venus, dann wird unsere Atmosphäre überschüssige Sonnenenergie absorbieren, die Lufttemperatur wird steigen und die Ozeane werden kochen und schnell in die Atmosphäre verdunsten. Es wird schlimm sein. Nicht nur die Flora und Fauna der Erde wird aussterben – das ist offensichtlich – einer der zwingenden (buchstäblich) Gründe für den allgemeinen Tod wird darin bestehen, dass die mit Wasserdampf gesättigte Atmosphäre dreihundert Mal massiver wird. Es wird uns alle zermalmen.

Die Venus unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von anderen Planeten im Sonnensystem, einschließlich ihrer dicken, dichten und schweren Atmosphäre aus Kohlendioxid, die einen Druck hat, der hundertmal so hoch ist wie der der Erdatmosphäre. Da wären wir platt gemacht worden. In meiner Rangliste der erstaunlichsten Merkmale der Venus steht jedoch das Vorhandensein von Kratern, die sich alle vor relativ kurzer Zeit gebildet haben und gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt sind, an erster Stelle. Dieses scheinbar harmlose Merkmal deutet auf eine einzige Katastrophe von planetarischem Ausmaß hin, die die Krateruhr neu gestartet und alle Beweise für Einschläge in der Vergangenheit gelöscht hat. Dies liegt beispielsweise in der Macht eines erosiven Klimaphänomens wie der globalen Flut. Und auch - groß angelegte geologische (nicht geschlechtsspezifische) Aktivitäten, sagen wir, Lavaströme, die die gesamte Oberfläche der Venus in den Traum eines amerikanischen Autofahrers verwandelten - einen vollständig gepflasterten Planeten. Was auch immer die Uhr neu gestartet hat, geschah plötzlich und abrupt. Allerdings ist hier nicht alles klar. Wenn es wirklich eine weltweite Flut auf der Venus gab, wo ist das ganze Wasser jetzt hin? Unter die Oberfläche gegangen? In die Atmosphäre verdampft? Oder war es überhaupt kein Wasser, das die Venus überflutete, sondern eine andere Substanz?

Unsere Neugier und Unwissenheit ist nicht auf eine Venus beschränkt – sie erstrecken sich auf andere Planeten. Der Mars war einst ein richtiger Sumpf – mit mäandrierenden Flüssen, Überschwemmungsgebieten, Deltas, einem Netzwerk aus kleinen Bächen und riesigen Schluchten, die von fließendem Wasser geformt wurden. Wir haben bereits genügend Beweise dafür, dass wenn es irgendwo im Sonnensystem reichlich Wasserquellen gab, dann auf dem Mars. Heute ist die Marsoberfläche jedoch völlig trocken, und warum, ist nicht klar. Beim Blick auf Mars und Venus – die Brüder und Schwestern unseres Planeten – schaue ich mit neuen Augen auf die Erde und denke darüber nach, wie unzuverlässig unsere Wasserquellen auf der Erdoberfläche sein mögen. Wie wir bereits wissen, führte Percival Lowells Vorstellungskraft zu der Annahme, dass Kolonien findiger Marsianer auf dem Mars ein ausgeklügeltes Netzwerk von Kanälen bauten, um Wasser von den Polargletschern in die dichter besiedelten mittleren Breiten zu bringen. Um zu erklären, was er sah (oder zu sehen glaubte), erfand Lowell eine sterbende Zivilisation, die irgendwie Wasser verlor. In seiner detaillierten, aber wunderbar irreführenden Abhandlung Mars as the Abode of Life (1909) beklagt Lowell den bevorstehenden Niedergang der Marszivilisation, der seiner Fantasie entsprungen ist:

Das Austrocknen des Planeten wird sich zweifellos fortsetzen, bis seine Oberfläche nicht mehr in der Lage ist, alles Leben zu unterstützen. Die Zeit wird es sicherlich wie Staub wegblasen. Wenn jedoch sein letzter Funke erlischt, wird der tote Planet wie ein Gespenst durchs All rasen und seine evolutionäre Karriere wird für immer enden.

(Lowell, 1908, S. 216)

Etwas, das Lowell richtig gemacht hat. Wenn es einmal eine Zivilisation (oder irgendwelche lebenden Organismen) auf der Marsoberfläche gab, die Wasser brauchten, dann trocknete zu einem unbekannten Zeitpunkt in der Marsgeschichte und aus irgendeinem unbekannten Grund wirklich das gesamte Wasser auf der Oberfläche aus, was genau zu einem Ende führte wie Lowell beschreibt. Vielleicht ging das fehlende Marswasser einfach in den Untergrund und wurde vom Permafrost eingefangen. Wie kann dies nachgewiesen werden? Große Krater auf der Marsoberfläche haben mehr Schlieren aus getrocknetem Schlamm, die überlaufen, als kleine Krater. Angenommen, der Permafrost liegt tief genug, würde es eines heftigen Aufpralls bedürfen, um dorthin zu gelangen. Die Freisetzung von Energie aus einer solchen Kollision hätte das Eis unter der Oberfläche bei Kontakt schmelzen und der Schmutz herausspritzen müssen. Krater mit diesen Merkmalen kommen häufiger in kalten subpolaren Breiten vor, genau dort, wo man erwarten würde, dass eine Permafrostschicht näher an der Oberfläche liegt. Einigen Schätzungen zufolge würde sich der Mars verwandeln, wenn das gesamte Wasser, das sich, wie wir vermuten, im Permafrost auf dem Mars versteckt hat und das, wie wir sicher wissen, an den Polen in Gletschern eingeschlossen ist, schmilzt und sich gleichmäßig über seine Oberfläche verteilt ein endloser Ozean in einer Tiefe von mehreren zehn Metern. Der Suchplan für Leben auf dem Mars, sowohl für modernes als auch für fossiles, sollte die Untersuchung einer Vielzahl von Orten umfassen, insbesondere unter der Marsoberfläche.

Als Astrophysiker anfingen, darüber nachzudenken, wo flüssiges Wasser und damit Leben zu finden sind, neigten sie zunächst dazu, Planeten in Betracht zu ziehen, die in einer bestimmten Entfernung von ihrem Stern umkreisen - in einer solchen Entfernung, dass Wasser auf ihrer Oberfläche flüssig blieb, nicht zu weit und nicht zu nah. Diese Zone wird allgemein als bewohnbare Zone oder Goldilocks-Zone bezeichnet (siehe vorheriges Kapitel), und für den Anfang war es eine recht akzeptable Schätzung. Sie berücksichtigte jedoch nicht die Möglichkeit der Entstehung von Leben an Orten, an denen es andere Energiequellen gab, wodurch Wasser, wo es sich in Eis hätte verwandeln sollen, in einem flüssigen Zustand blieb. Dies könnte für einen leichten Treibhauseffekt sorgen. Und auch eine innere Energiequelle, wie Restwärme nach der Entstehung des Planeten oder der radioaktive Zerfall instabiler schwerer Elemente, die jeweils zur inneren Erwärmung der Erde und damit zu ihrer geologischen Aktivität beitragen. Darüber hinaus dienen planetare Gezeiten auch als Energiequelle – dies ist ein allgemeineres Konzept als nur ein wogender Ozean, der mit dem Mond tanzt. Wie wir gesehen haben, ist der Jupitermond Io ständigen Belastungen durch wechselnde Gezeitenkräfte ausgesetzt, da seine Umlaufbahn nicht perfekt kreisförmig ist und sich Io in und aus Jupiter bewegt. Io befindet sich in einer solchen Entfernung von der Sonne, dass es unter anderen Bedingungen für immer gefrieren müsste, aber aufgrund ständiger Gezeitenwechsel hat es sich den Titel eines Himmelskörpers mit der heftigsten geologischen Aktivität im gesamten Sonnensystem verdient - alles ist da: und Vulkane, die Lava spucken, und feurige Spalten und tektonische Verschiebungen. Manchmal wird das moderne Io mit der jungen Erde verglichen, wenn unser Planet nach der Geburt noch nicht abgekühlt ist.

Europa ist nicht weniger interessant - ein weiterer Satellit des Jupiters, der ebenfalls Wärme aus Gezeitenkräften bezieht. Wissenschaftler haben lange vermutet und kürzlich bestätigt (basierend auf Bildern der Galileo-Raumsonde), dass Europa von dicken, wandernden Eisschichten bedeckt ist, unter denen ein Ozean aus matschigem oder flüssigem Wasser liegt. Ein ganzer Ozean aus Wasser! Stellen Sie sich vor, welche Art von Eisfischen es gibt. Tatsächlich erwägen Ingenieure und Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory bereits, eine Raumsonde nach Europa zu schicken, die auf dem Eis landen, eine Öffnung darin finden (oder es selbst schneiden oder stampfen) und eine Tiefsee-Videokamera hineinlassen wird , und wir Mal sehen, was da ist und wie. Da das Leben auf der Erde höchstwahrscheinlich im Ozean entstanden ist, ist die Existenz von Leben in den Ozeanen Europas keineswegs eine leere Fantasie, sie könnte es durchaus sein. Die erstaunlichste Qualität von Wasser ist meines Erachtens nicht das wohlverdiente Label „Universallösungsmittel“, das wir alle im Chemieunterricht in der Schule gelernt haben, und auch nicht der ungewöhnlich große Temperaturbereich, in dem Wasser flüssig bleibt. Das erstaunlichste Merkmal von Wasser ist, dass, obwohl fast alle Substanzen, einschließlich Wasser selbst, beim Abkühlen dichter werden, Wasser bei Abkühlung unter 4 ° C immer weniger dicht wird. Wenn es bei null Grad gefriert, wird es weniger dicht als im flüssigen Zustand bei jeder Temperatur, was für Wasserpfeifen ärgerlich, für Fische jedoch sehr günstig ist. Im Winter, wenn die Lufttemperatur unter den Gefrierpunkt sinkt, sinkt 4 Grad warmes Wasser auf den Boden und verbleibt dort, und eine schwimmende Eisschicht baut sich sehr langsam an der Oberfläche auf und isoliert das wärmere Wasser von der kalten Luft.

Wenn diese Dichteinversion bei Wasser mit einer Temperatur unter 4 Grad nicht auftritt, dann würde bei einer Lufttemperatur unter dem Gefrierpunkt die Außenfläche des Reservoirs abkühlen und auf den Boden sinken, und wärmeres Wasser würde nach oben steigen. Eine solche erzwungene Konvektion würde die gesamte Wassermasse schnell auf Null abkühlen, wonach die Oberfläche zu gefrieren beginnen würde. Dichteres Eis würde absinken – und die gesamte Wassersäule würde von unten bis an die Oberfläche gefrieren. In einer solchen Welt gäbe es kein Eisfischen, weil alle Fische gefroren wären – lebendig gefroren. Und Liebhaber des Eisfischens würden entweder unter der Dicke des noch nicht gefrorenen Wassers oder auf einem Block eines vollständig zugefrorenen Reservoirs sitzen. Eisbrecher müssten nicht durch die gefrorene Arktis reisen: Der Arktische Ozean würde entweder bis auf den Grund zufrieren oder für die normale Schifffahrt offen bleiben, da darunter eine Eisschicht liegen würde. Und man konnte so viel auf dem Eis laufen, wie man wollte, und keine Angst haben, zu scheitern. In einer solchen Parallelwelt würden Eisschollen und Eisberge versinken, und 1912 wäre die Titanic sicher an ihr Ziel – New York – gesegelt.

Die Existenz von Wasser in der Galaxie ist nicht auf die Planeten und ihre Monde beschränkt. Wassermoleküle sowie mehrere andere bekannte Haushaltschemikalien wie Ammoniak, Methan und Ethylalkohol werden ständig in interstellaren Gaswolken registriert. Unter bestimmten Bedingungen – niedrige Temperatur und hohe Dichte – kann eine Gruppe von Wassermolekülen die Energie des nächsten Sterns in Form verstärkter gerichteter Mikrowellenstrahlung hoher Intensität wieder in den Weltraum abgeben. Die Physik dieses Phänomens ähnelt stark allem, was mit sichtbarem Licht in einem Laser passiert. Aber in diesem Fall ist es besser, nicht von einem Laser zu sprechen, sondern von einem Maser - so wird der Ausdruck "Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission" verkürzt. Wasser ist also nicht nur allgegenwärtig in der Galaxie – manchmal lächelt es einem auch aus den Tiefen des Weltalls strahlend entgegen.

Wir wissen, dass Wasser für das Leben auf der Erde notwendig ist, aber wir können nur annehmen, dass es eine notwendige Voraussetzung für die Entstehung von Leben in jedem Winkel der Galaxie ist. Chemische Analphabeten glauben jedoch oft, dass Wasser eine tödliche Substanz ist, der man besser nicht begegnen sollte. 1997 führte Nathan Zoner, ein 14-jähriger Highschool-Schüler in Eagle Rock, Idaho, eine wohlverdiente objektive Studie über Anti-Tech-Vorurteile und die damit verbundene „Chemophobie“ durch. Nathan forderte Passanten auf der Straße auf, eine Petition zu unterschreiben, die eine strenge Kontrolle oder sogar ein Verbot der Verwendung von Dihydrogenmonoxid fordert. Der junge Experimentator gab eine Liste der alptraumhaften Eigenschaften dieser Substanz ohne Geschmack und Geruch:

Dihydrogenmonoxid ist der Hauptbestandteil des sauren Regens;

Früher oder später löst diese Substanz alles auf, womit sie in Berührung kommt;

Wenn es versehentlich eingeatmet wird, kann es tödlich sein;

Im gasförmigen Zustand hinterlässt es schwere Verbrennungen;

Es wird in den Tumoren von Krebspatienten im Endstadium gefunden.

Dreiundvierzig der fünfzig, die Zoner ansprach, unterzeichneten die Petition, sechs zögerten, und einer entpuppte sich als glühender Befürworter von Dihydrogenmonoxid und weigerte sich, seine Unterschrift zu setzen.

Wohnraum

Fragt man jemanden, woher er kommt, so hört man als Antwort meist den Namen der Stadt, in der er geboren wurde, oder eines Ortes auf der Erdoberfläche, an dem er seine Kindheit verbracht hat. Und das ist absolut richtig. Jedoch

Die astrochemisch genaue Antwort wäre: "Ich komme aus den Überresten der Explosionen vieler massereicher Sterne, die vor mehr als fünf Milliarden Jahren gestorben sind." Der Weltraum ist die wichtigste chemische Fabrik. Es wurde durch den Urknall ins Leben gerufen, der das Universum mit Wasserstoff, Helium und einem Tropfen Lithium versorgte - den drei leichtesten Elementen. Die verbleibenden zweiundneunzig natürlich vorkommenden Elemente haben die Sterne geschaffen, einschließlich jedes einzelnen Kohlenstoffs, Kalziums und Phosphors in jedem einzelnen lebenden Organismus auf der Erde, dem Menschen und anderen. Wer würde dieses reichhaltigste Sortiment an Rohstoffen brauchen, wenn es in den Sternen eingeschlossen bliebe? Aber wenn Sterne sterben, geben sie den Löwenanteil ihrer Masse an den Weltraum zurück und würzen die nächstgelegenen Gaswolken mit einer ganzen Reihe von Atomen, die anschließend die nächste Generation von Sternen bereichern.

Wenn die richtigen Bedingungen geschaffen werden – die richtige Temperatur und der richtige Druck – verbinden sich viele Atome zu einfachen Molekülen. Danach werden viele Moleküle größer und komplexer, und die Mechanismen dafür sind sowohl kompliziert als auch erfinderisch. Letztendlich organisieren sich komplexe Moleküle selbst zu lebenden Organismen der einen oder anderen Art, und dies geschieht sicherlich in Milliarden von Ecken des Universums. In mindestens einem davon wurden die Moleküle so komplex, dass sie Intelligenz und dann die Fähigkeit entwickelten, die in den Symbolen auf dieser Seite ausgedrückten Ideen zu formulieren und einander mitzuteilen.

Ja, ja, nicht nur Menschen, sondern auch alle anderen lebenden Organismen im Weltraum sowie die Planeten und Monde, auf denen sie leben, würden nicht existieren, wenn es nicht die Überreste abgebrannter Sterne gäbe. Im Grunde bist du Müll. Dies muss behandelt werden. Lieber glücklich sein. Denn was könnte edler sein als die Vorstellung, dass das Universum in uns allen lebt? Sie brauchen keine seltenen Zutaten, um Leben zu erfinden. Erinnern Sie sich, welche Elemente in Bezug auf die Häufigkeit im Weltraum die ersten fünf Plätze einnehmen: Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff. Mit Ausnahme des chemisch inerten Heliums, das mit niemandem gerne Moleküle bildet, erhalten wir die vier Hauptbestandteile des Lebens auf der Erde. Sie warten in den Flügeln in den massiven Wolken, die die Sterne in der Galaxie einhüllen, und beginnen, Moleküle zu erzeugen, sobald die Temperatur unter ein paar tausend Grad Kelvin fällt. Es entstehen gleichzeitig Moleküle aus zwei Atomen: Kohlenmonoxid und ein Wasserstoffmolekül (zwei aneinander gebundene Wasserstoffatome). Senken Sie die Temperatur etwas weiter ab und Sie erhalten stabile drei- oder vieratomige Moleküle wie Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2) und Ammoniak (NH3) – einfache, aber hochwertige Produkte der biologischen Küche. Sinkt die Temperatur noch ein wenig weiter, gibt es eine ganze Reihe von Molekülen aus fünf und sechs Atomen. Und da Kohlenstoff nicht nur weit verbreitet, sondern auch chemisch sehr aktiv ist, ist er in den meisten Molekülen enthalten – tatsächlich enthalten drei Viertel aller im interstellaren Medium beobachteten „Arten“ von Molekülen mindestens einen Kohlenstoff Atom. Vielversprechend. Der Weltraum für Moleküle ist jedoch ein ziemlich gefährlicher Ort. Wenn sie nicht durch die Energie von Supernova-Explosionen zerstört werden, vervollständigt die ultraviolette Strahlung von nahen ultrahellen Sternen die Angelegenheit.

Je größer das Molekül, desto schlechter hält es Angriffen stand. Wenn Moleküle das Glück haben, in relativ ruhigen oder geschützten Gebieten zu leben, können sie überleben und Teil kosmischer Staubkörner und schließlich Asteroiden, Kometen, Planeten und Menschen werden. Aber selbst wenn der stellare Ansturm keines der ursprünglichen Moleküle am Leben lässt, werden genügend Atome und Zeit vorhanden sein, um komplexe Moleküle zu erzeugen – nicht nur während der Entstehung dieses oder jenes Planeten, sondern auch auf und unter der biegsamen Oberfläche des Planeten . Unter den häufigsten komplexen Molekülen werden Adenin (dies ist ein solches Nukleotid oder eine "Base", ein wesentlicher Bestandteil der DNA), Glycin (ein Proteinvorläufer) und Glycoaldehyd (Kohlenwasserstoff) besonders unterschieden. All diese und ähnliche Zutaten sind für die Entstehung des Lebens in der uns bekannten Form notwendig und natürlich nicht nur auf der Erde zu finden.

All diese Bacchanalien organischer Moleküle sind jedoch noch kein Leben, so wie Mehl, Wasser, Hefe und Salz noch kein Brot sind. Während der tatsächliche Übergang vom Rohstoff zum Lebewesen ein Rätsel bleibt, ist klar, dass mehrere Bedingungen dafür erforderlich sind. Die Umgebung soll Moleküle dazu anregen, miteinander zu experimentieren und gleichzeitig vor unnötigen Verletzungen schützen. Flüssigkeiten eignen sich dafür besonders gut, da sie sowohl engen Kontakt als auch große Beweglichkeit bieten. Je mehr Möglichkeiten für chemische Reaktionen die Umwelt bietet, desto einfallsreicher sind die Experimente ihrer Bewohner. Es ist wichtig, einen weiteren Faktor zu berücksichtigen, von dem die Gesetze der Physik sprechen: Chemische Reaktionen erfordern eine ununterbrochene Energiequelle.

Wenn man die großen Temperatur-, Druck-, Säure- und Strahlungsbereiche betrachtet, unter denen das Leben auf der Erde gedeihen kann, und sich daran erinnert, dass eine gemütliche Ecke für eine Mikrobe eine Folterkammer für eine andere ist, wird klar, warum Wissenschaftler diese nicht mehr haben Recht, zusätzliche Bedingungen für das Leben anderswo aufzustellen. Das charmante Buch „Cosmotheoros“ des holländischen Astronomen Christian Huygens aus dem 17. Jahrhundert illustriert exzellent die Begrenztheit solcher Schlussfolgerungen: Der Autor ist überzeugt, dass Hanf auf anderen Planeten angebaut werden sollte – woraus sonst Schiffstauen zur Kontrolle bestehen würden Schiffe und befahren die Meere? Dreihundert Jahre sind vergangen, und wir begnügen uns mit einer Handvoll Molekülen. Wenn Sie sie gut mischen und an einen warmen Ort stellen, können Sie davon ausgehen, dass es nur ein paar hundert Millionen Jahre dauern wird – und wir werden blühende Kolonien von Mikroorganismen haben. Das Leben auf der Erde ist außerordentlich fruchtbar, daran gibt es keinen Zweifel. Und was ist mit dem Rest des Universums? Wenn es irgendwo anders einen Himmelskörper gibt, der unserem Planeten zumindest etwas ähnlich ist, ist es möglich, dass er ähnliche Experimente mit ähnlichen chemischen Reagenzien durchgeführt hat und diese Experimente nach denselben physikalischen Gesetzen durchgeführt wurden, die im gesamten Universum gleich sind.

Nehmen wir zum Beispiel Kohlenstoff. Er weiß, wie man eine Vielzahl von Verbindungen sowohl mit sich selbst als auch mit anderen Elementen herstellt, und ist daher in einer unglaublichen Anzahl chemischer Verbindungen enthalten - darin hat er im gesamten Periodensystem seinesgleichen. Kohlenstoff erzeugt mehr Moleküle als alle anderen Elemente zusammen (10 Millionen – was glauben Sie?). Um ein Molekül zu erzeugen, teilen sich Atome normalerweise ein oder mehrere Außenelektronen und fangen sich gegenseitig ein wie Nockengelenke zwischen Güterwagen. Jedes Kohlenstoffatom ist in der Lage, solche Bindungen mit einem, zwei, drei oder vier anderen Atomen einzugehen – aber ein Wasserstoffatom beispielsweise mit nur einem, Sauerstoff mit einem oder zwei, Stickstoff mit drei.

Wenn sich Kohlenstoff mit sich selbst verbindet, entstehen viele Moleküle aus allen möglichen Kombinationen von langen Ketten, geschlossenen Ringen oder verzweigten Strukturen. Diese komplexen organischen Moleküle sind zu Leistungen fähig, von denen kleine Moleküle nur träumen können. Sie können zum Beispiel an einem Ende die eine und am anderen Ende eine andere Aufgabe erfüllen, sich verdrehen, kräuseln, mit anderen Molekülen verflechten, Stoffe mit immer neuen Eigenschaften und Qualitäten schaffen – sie kennen keine Barrieren. Das vielleicht auffälligste Molekül auf Kohlenstoffbasis ist die DNA, die Doppelhelix, die das individuelle Erscheinungsbild jedes lebenden Organismus kodiert. Aber was ist mit Wasser? Wenn es darum geht, Leben zu schaffen, hat Wasser eine sehr nützliche Eigenschaft – es bleibt laut den meisten Biologen über einen sehr weiten Temperaturbereich flüssig. Leider betrachten die meisten Biologen nur die Erde, wo Wasser innerhalb von 100 Grad Celsius flüssig bleibt. Inzwischen ist an manchen Orten auf dem Mars der atmosphärische Druck so niedrig, dass Wasser überhaupt nicht flüssig ist – sobald Sie sich ein Glas H2O einschenken, wird das gesamte Wasser gleichzeitig kochen und gefrieren! So bedauerlich der aktuelle Zustand der Marsatmosphäre auch sein mag, in der Vergangenheit ermöglichte er die Existenz riesiger Reserven an flüssigem Wasser. Wenn es einmal Leben auf der Oberfläche des roten Planeten gab, dann nur zu dieser Zeit.

Was die Erde betrifft, so ist sie sehr gut mit Wasser an der Oberfläche platziert, manchmal sogar zu gut und sogar tödlich. Woher kam sie? Wie wir bereits gesehen haben, ist es logisch anzunehmen, dass Kometen es teilweise hierher gebracht haben: Man kann sagen, dass sie mit Wasser gesättigt sind (natürlich gefroren), es gibt Milliarden von ihnen im Sonnensystem, es gibt ziemlich große unter ihnen, und als sich das Sonnensystem gerade bildete, bombardierten sie ständig die junge Erde. Vulkane brechen nicht nur aus, weil das Magma sehr heiß ist, sondern auch, weil das aufsteigende heiße Magma das unterirdische Wasser in Dampf verwandelt und der Dampf sich schnell ausdehnt und eine Explosion verursacht. Der Dampf passt nicht mehr in unterirdische Hohlräume und reißt den Deckel des Vulkans ab, wodurch H2O an die Oberfläche kommt. Angesichts all dessen sollte es nicht überraschen, dass die Oberfläche unseres Planeten voller Wasser ist. Bei all der Vielfalt lebender Organismen auf der Erde haben sie alle gemeinsame DNA-Teile. Der Biologe, der in seinem Leben nie etwas anderes als die Erde gesehen hat, freut sich nur über die Vielseitigkeit des Lebens, aber der Astrobiologe träumt von Vielfalt in größerem Maßstab: von Leben, das auf einer uns völlig fremden DNA basiert, oder auf etwas ganz anderem.

Leider ist unser Planet bisher die einzige biologische Probe. Ein Astrobiologe kann es sich jedoch leisten, Hypothesen über lebende Organismen zu sammeln, die irgendwo in den Tiefen des Weltraums leben, indem er Organismen untersucht, die hier auf der Erde in extremen Umgebungen leben. Es lohnt sich, nach diesen Extremophilen zu suchen, und es stellt sich heraus, dass sie fast überall leben: in Atommülldeponien, in sauren Geysiren, in mit Eisen gesättigten sauren Flüssen, in Tiefseequellen, die chemische Suspensionen ausspucken, und in der Nähe von Unterwasservulkanen. im Permafrost, in Schlackenhaufen, in industriellen Salzteichen und an einer Vielzahl von Orten, an denen Sie wahrscheinlich keine Flitterwochen verbringen würden, die aber wahrscheinlich für die meisten anderen Planeten und Satelliten ziemlich typisch sind. Biologen glaubten einst, dass das Leben in einer Art „warmem Teich“ entstand, wie Darwin schrieb (Darwin 1959, S. 202); Die Beweise, die sich in letzter Zeit angesammelt haben, tendieren jedoch zu der Vorstellung, dass Extremophile die ersten lebenden Organismen auf der Erde waren.

Wie wir im nächsten Teil sehen werden, war das Sonnensystem während der ersten halben Milliarde Jahre seines Bestehens eher wie ein Schießstand. Ständig fielen große und kleine Blöcke auf die Erdoberfläche, die Krater hinterließen und Gestein zu Staub zermalmten. Jeder Versuch, Project Life zu starten, wäre sofort vereitelt worden. Vor etwa vier Milliarden Jahren ließ das Bombardement jedoch nach und die Temperatur der Erdoberfläche begann zu sinken, wodurch die Ergebnisse komplexer chemischer Experimente überleben und gedeihen konnten. In alten Lehrbüchern wird die Zeit seit der Geburt des Sonnensystems gezählt, und ihre Autoren geben normalerweise an, dass es 700 bis 800 Millionen Jahre gedauert hat, bis sich die Erde gebildet hat. Aber dem ist nicht so: Die Experimente im chemischen Labor des Planeten konnten nicht beginnen, bis das himmlische Bombardement nachgelassen hat. Ziehen Sie ruhig 600 Millionen Jahre "Kriegsführung" ab - und es stellt sich heraus, dass einzellige Mechanismen in nur 200 Millionen Jahren aus der primitiven Gülle herausgekommen sind. Während Wissenschaftler immer noch nicht genau herausfinden können, wie das Leben begann, scheint die Natur kein Problem damit zu haben.

Astrochemiker haben es in wenigen Jahrzehnten weit gebracht: Bis vor Kurzem wussten sie noch gar nichts über Moleküle im Weltall, inzwischen haben sie fast überall schon viele verschiedene Verbindungen entdeckt. Darüber hinaus haben Astrophysiker in den letzten zehn Jahren bestätigt, dass Planeten auch andere Sterne umkreisen und dass jedes Sternensystem, nicht nur das Sonnensystem, voller der gleichen vier wesentlichen Bestandteile des Lebens ist wie unsere eigene kosmische Heimat. Natürlich erwartet niemand, Leben auf einem Stern zu finden, selbst auf einem „kalten“, wo es nur tausend Grad heiß ist, aber Leben auf der Erde findet man oft an Orten, an denen die Temperatur mehrere hundert Grad erreicht. All diese Entdeckungen zusammen lassen uns zu dem Schluss kommen, dass uns das Universum keineswegs fremd und unbekannt ist, sondern dass wir es bereits auf grundlegender Ebene kennen. Aber wie gut kennen wir uns? Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass irgendwelche lebenden Organismen terrestrischen ähnlich sind – basierend auf Kohlenstoff und Wasser allen anderen Flüssigkeiten vorziehen? Betrachten Sie zum Beispiel Silizium, eines der am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum. Im Periodensystem steht Silizium direkt unter Kohlenstoff, was bedeutet, dass sie auf der äußeren Ebene die gleiche Elektronenkonfiguration haben. Silizium kann wie Kohlenstoff Bindungen mit einem, zwei, drei oder vier anderen Atomen eingehen. Unter den richtigen Bedingungen kann es auch Kettenmoleküle bilden. Da die Möglichkeiten zur Herstellung chemischer Verbindungen für Silizium etwa die gleichen sind wie für Kohlenstoff, liegt die Vermutung nahe, dass auf seiner Basis auch Leben entstehen kann.

Allerdings gibt es bei Silizium eine Schwierigkeit: Es ist nicht nur zehnmal seltener als Kohlenstoff, sondern schafft auch sehr starke Bindungen. Insbesondere wenn Sie Silizium und Wasserstoff kombinieren, erhalten Sie nicht die Anfänge der organischen Chemie, sondern Steine. Auf der Erde haben diese chemischen Verbindungen eine lange Haltbarkeit. Und damit eine chemische Verbindung für einen lebenden Organismus günstig ist, braucht es Bindungen, die stark genug sind, um nicht zu starken Umwelteinflüssen zu widerstehen, aber nicht so unzerstörbar, dass sie die Möglichkeit für weitere Experimente ausschließen. Wie wichtig ist flüssiges Wasser? Ist es wirklich die einzige Umgebung, die für chemische Experimente geeignet ist, die einzige Umgebung, die in der Lage ist, Nährstoffe von einem Teil eines lebenden Organismus zu einem anderen zu transportieren? Vielleicht brauchen lebende Organismen einfach irgendeine Flüssigkeit. In der Natur ist beispielsweise Ammoniak weit verbreitet. Und Ethylalkohol. Beide stammen von den am häufigsten vorkommenden Elementen im Universum. Mit Wasser vermischtes Ammoniak gefriert bei einer Temperatur, die viel niedriger ist als die von Wasser (-73 °C, nicht 0 °C), was den Temperaturbereich erweitert, in dem es möglich ist, lebende Organismen zu erkennen, die Flüssigkeit lieben. Es gibt noch eine andere Möglichkeit: Auf einem Planeten, auf dem es zum Beispiel nur wenige innere Wärmequellen gibt, der fern von seinem Stern rotiert und bis auf die Knochen gefroren ist, kann auch Methan, das normalerweise in gasförmigem Zustand vorliegt, die Rolle eines a spielen notwendige Flüssigkeit. Solche Verbindungen haben eine lange Haltbarkeit. Und damit eine chemische Verbindung für einen lebenden Organismus günstig ist, braucht es Bindungen, die stark genug sind, um nicht zu starken Umwelteinflüssen zu widerstehen, aber nicht so unzerstörbar, dass sie die Möglichkeit für weitere Experimente ausschließen.

Wie wichtig ist flüssiges Wasser? Ist es wirklich die einzige Umgebung, die für chemische Experimente geeignet ist, die einzige Umgebung, die in der Lage ist, Nährstoffe von einem Teil eines lebenden Organismus zu einem anderen zu transportieren? Vielleicht brauchen lebende Organismen einfach irgendeine Flüssigkeit. In der Natur ist beispielsweise Ammoniak weit verbreitet. Und Ethylalkohol. Beide stammen von den am häufigsten vorkommenden Elementen im Universum. Mit Wasser vermischtes Ammoniak gefriert bei einer Temperatur, die viel niedriger ist als die von Wasser (-73 °C, nicht 0 °C), was den Temperaturbereich erweitert, in dem es möglich ist, lebende Organismen zu erkennen, die Flüssigkeit lieben. Es gibt noch eine andere Möglichkeit: Auf einem Planeten, auf dem es zum Beispiel nur wenige innere Wärmequellen gibt, der fern von seinem Stern rotiert und bis auf die Knochen gefroren ist, kann auch Methan, das normalerweise in gasförmigem Zustand vorliegt, die Rolle eines a spielen notwendige Flüssigkeit.

Im Jahr 2005 landete die Raumsonde Huygens (benannt nach You-know-who) auf Titan, dem größten Saturnmond, der reich an organischen Verbindungen ist und eine Atmosphäre hat, die zehnmal dicker ist als die der Erde. Abgesehen von den Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, die alle vollständig aus Gas bestehen und keine feste Oberfläche haben, haben nur vier Himmelskörper in unserem Sonnensystem eine nennenswerte Atmosphäre: Venus, Erde, Mars und Titan. Titan ist keineswegs ein zufälliges Studienobjekt. Die Liste der Moleküle, die dort zu finden sind, flößt Respekt ein: Das sind Wasser und Ammoniak und Methan und Ethan sowie die sogenannten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe – Moleküle aus vielen Ringen. Das Wassereis auf Titan ist so kalt, dass es hart wie Zement geworden ist. Eine Kombination aus Temperatur und Druck verflüssigt Methan jedoch, und die ersten Bilder von Huygens zeigen Bäche, Flüsse und Seen aus flüssigem Methan. Die chemische Umgebung auf der Oberfläche von Titan ähnelt in gewisser Weise der einer jungen Erde, weshalb so viele Astrobiologen Titan als ein „lebendes“ Labor zum Studium der fernen Vergangenheit der Erde betrachten. Tatsächlich haben Experimente vor zwei Jahrzehnten gezeigt, dass, wenn man Wasser und ein wenig Säure zu der organischen Suspension hinzufügt, die aus der Bestrahlung der Gase entsteht, aus denen Titans trübe Atmosphäre besteht, uns dies sechzehn Aminosäuren liefert.

Vor nicht allzu langer Zeit haben Biologen herausgefunden, dass die gesamte Biomasse unter der Oberfläche des Planeten Erde möglicherweise größer ist als an der Oberfläche. Die aktuellen Untersuchungen besonders robuster Lebewesen zeigen immer wieder, dass das Leben keine Schranken und Grenzen kennt. Forscher, die die Bedingungen für die Entstehung von Leben untersuchen, sind keine "verrückten Professoren" mehr, die auf den nächsten Planeten nach kleinen grünen Männchen suchen, sie sind generalistische Wissenschaftler, die eine Vielzahl von Werkzeugen besitzen: Sie müssen nicht nur Spezialisten in Astrophysik, Chemie und Biologie, sondern auch in Geologie und Planetologie, weil sie überall nach Leben suchen müssen.

Ein Beispiel für ein System zum Finden der bewohnbaren Zone in Abhängigkeit von der Art der Sterne.

in der Astronomie, bewohnbare Zone, bewohnbare Zone, Lebenszone (bewohnbare Zone, HZ) ist ein bedingter Bereich im Weltraum, der auf der Grundlage bestimmt wird, dass die Bedingungen auf der Oberfläche der darin befindlichen Personen nahe an den Bedingungen auf liegen und das Vorhandensein von Wasser in flüssiger Phase sicherstellen. Dementsprechend werden solche Planeten (oder ihre) für die Entstehung von erdähnlichem Leben günstig sein. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Leben ist in der bewohnbaren Zone in der Nähe am größten ( Zirkumstellare bewohnbare Zone, CHZ ) in der bewohnbaren Zone ( galaktische bewohnbare Zone, GHZ), obwohl die Forschung zu letzterem noch in den Kinderschuhen steckt.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Vorhandensein eines Planeten in der bewohnbaren Zone und seine Lebensbegünstigung nicht unbedingt zusammenhängen: Das erste Merkmal beschreibt die Bedingungen im gesamten Planetensystem und das zweite - direkt auf der Oberfläche eines Himmelskörpers .

In der englischsprachigen Literatur wird die habitable Zone auch genannt Goldlöckchen-Zone (Goldilocks-Zone). Dieser Name ist eine Anspielung auf das englische Märchen Goldlöckchen und die drei Bären, auf Russisch bekannt als "Drei Bären". Im Märchen versucht Goldilocks, mehrere Sätze von drei homogenen Objekten zu verwenden, in denen sich jeweils eines der Objekte als zu groß herausstellt (hart, heiß usw.), das andere als zu klein (weich, kalt .. .), und der dritte, dazwischen liegende Punkt, stellt sich heraus, dass der Artikel „genau richtig“ ist. Ebenso darf der Planet, um in der bewohnbaren Zone zu sein, weder zu weit vom Stern entfernt noch zu nahe bei ihm sein, sondern in der „richtigen“ Entfernung.

Bewohnbare Zone eines Sterns

Die Grenzen der bewohnbaren Zone werden basierend auf der Anforderung festgelegt, dass die darin befindlichen Planeten Wasser in flüssigem Zustand haben, da es bei vielen biochemischen Reaktionen ein notwendiges Lösungsmittel ist.

Über den äußeren Rand der bewohnbaren Zone hinaus erhält der Planet nicht genug Sonnenstrahlung, um Strahlungsverluste auszugleichen, und seine Temperatur wird unter den Gefrierpunkt von Wasser fallen. Ein Planet, der näher an der Sonne liegt als der innere Rand der bewohnbaren Zone, würde durch seine Strahlung überhitzt, wodurch das Wasser verdunsten würde.

Die Entfernung vom Stern, in der dieses Phänomen möglich ist, wird aus der Größe und Leuchtkraft des Sterns berechnet. Das Zentrum der bewohnbaren Zone für einen bestimmten Stern wird durch die Gleichung beschrieben:

Bewohnbare Zone im Sonnensystem

Es gibt verschiedene Schätzungen darüber, wo sich die bewohnbare Zone erstreckt:

Galaktische bewohnbare Zone

Überlegungen darüber, dass die Lage des innerhalb der Galaxis befindlichen Planetensystems einen Einfluss auf die Möglichkeit der Entwicklung von Leben haben sollte, führten zu dem Konzept des sog. "galaktische bewohnbare Zone" ( GHZ, galaktische bewohnbare Zone ). Konzept 1995 entwickelt Guillermo González trotz Herausforderung.

Die galaktische habitable Zone ist nach derzeitiger Vorstellung ein ringförmiger Bereich, der sich in der Ebene der galaktischen Scheibe befindet. Die habitable Zone liegt schätzungsweise in einer Region, die 7 bis 9 kpc vom Zentrum der Galaxie entfernt liegt, sich mit der Zeit ausdehnt und Sterne enthält, die 4 bis 8 Milliarden Jahre alt sind. 75 % dieser Sterne sind älter als die Sonne.

Im Jahr 2008 veröffentlichte eine Gruppe von Wissenschaftlern umfangreiche Computersimulationen, wonach zumindest in Galaxien wie der Milchstraße Sterne wie die Sonne große Entfernungen zurücklegen können. Dies widerspricht dem Konzept, dass einige Gebiete der Galaxie für das Leben besser geeignet sind als andere.

Suche nach Planeten in der bewohnbaren Zone

Planeten in bewohnbaren Zonen sind von großem Interesse für Wissenschaftler, die sowohl nach außerirdischem Leben als auch nach zukünftigen Heimaten für die Menschheit suchen.

Die Drake-Gleichung, die versucht, die Wahrscheinlichkeit von außerirdischem intelligentem Leben zu bestimmen, enthält eine Variable ( Ne) als Anzahl bewohnbarer Planeten in Sternensystemen mit Planeten. Das Finden von Goldilocks hilft, die Werte für diese Variable zu verfeinern. Extrem niedrige Werte könnten die Unique-Earth-Hypothese stützen, die besagt, dass eine Reihe äußerst unwahrscheinlicher Vorkommnisse und Ereignisse zur Entstehung des Lebens auf der Erde geführt haben. Hohe Werte können das kopernikanische Prinzip der Mittelmäßigkeit in der Position verstärken: Eine große Anzahl von Goldilocks-Planeten bedeutet, dass die Erde nicht einzigartig ist.

Die Suche nach erdgroßen Planeten in den bewohnbaren Zonen von Sternen ist ein wichtiger Teil der Mission, die (gestartet am 7. März 2009, UTC) dazu dient, Eigenschaften von Planeten in den bewohnbaren Zonen zu untersuchen und zu sammeln. Bis April 2011 wurden 1235 mögliche Planeten entdeckt, von denen sich 54 in bewohnbaren Zonen befinden.

Der erste bestätigte Exoplanet in der bewohnbaren Zone, Kepler-22 b, wurde 2011 entdeckt. Seit dem 3. Februar 2012 befinden sich vier zuverlässig bestätigte Planeten in den bewohnbaren Zonen ihrer Sterne.