Exoplanet Kepler-452b (rechts) im Vergleich zur Erde (links). Es ist sinnvoll, erdähnliche Planeten zu studieren. Es kann sich jedoch herausstellen, dass sie nicht die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Entdeckung des Lebens in unserer Galaxie oder im Universum im Allgemeinen sind.
Eines der aufregendsten Ziele, das sich die Menschheit gesetzt hat, ist es, außerirdisches Leben zu finden. Biologische Aktivität, die auf einer Welt außerhalb der Erde aufgetreten ist und nicht aufhört. Diese Gelegenheit wird nicht nur von unserer Vorstellungskraft angetrieben. Wir haben viele indirekte Beweise für andere potenzielle Orte, an denen Leben auftreten könnte. Erscheint als Ergebnis von Prozessen, die denen ähneln, die in der Vergangenheit der Erde stattgefunden haben. Wenn wir bestehende Bedingungen mit dem vergleichen, was das Leben unserer Meinung nach erfordert, sind die Annahmen sinnvoll.
Es ist eine interessante Aktivität, darüber zu sprechen, wie viele "potenziell bewohnbare" Planeten es geben kann - im Sonnensystem, in der Milchstraße, in der lokalen Galaxiengruppe oder sogar im beobachtbaren Universum. Man muss jedoch die Annahmen, die zur Ableitung dieser Schätzungen verwendet wurden, ehrlich beschreiben. Sie alle spiegeln unsere Unwissenheit und die unangenehmste Tatsache wider, die nicht ignoriert werden kann: Der einzige Ort im gesamten Universum, an dem wir mit Sicherheit über das Erscheinen des Lebens Bescheid wissen, ist unser Planet. Alles andere ist nur Vermutung. Um ganz ehrlich zu uns selbst zu sein, müssen wir zugeben, dass wir keine Ahnung haben, was die Planeten "potenziell bewohnbar" macht.
Abbildung eines jungen Sonnensystems am Ende der Phase der Bildung der protoplanetaren Scheibe. Während wir jetzt glauben zu verstehen, wie sich Sonne und Sonnensystem gebildet haben, ist diese frühe Ansicht nur eine Illustration. Heute können wir nur Überlebende beobachten. In den frühen Stadien der Bildung von Himmelskörpern gab es viel mehr.
Wenn wir absolut nichts über das Universum wüssten, außer dass wir auf dem Planeten Erde leben und dass hier Leben existiert, hätten wir immer noch das Recht anzunehmen, dass es noch irgendwo da draußen in der Ferne gibt. Immerhin am Ende:
- Wir leben in einer natürlich geformten Welt.
- Es besteht aus einfachen Bestandteilen - Atomen, Molekülen usw. - auf natürliche Weise gebildet.
- Es umkreist einen Stern und strahlt seit Milliarden von Jahren relativ stabil Energie aus.
- Das Leben auf unserem Planeten entstand spätestens einige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde.
Es ist durchaus vernünftig anzunehmen, dass es eine natürliche Erklärung für die Entstehung des Lebens in unserer Welt gibt. Wenn es dann auf anderen Welten die gleichen freundlichen Lebensbedingungen gibt, die in den frühen Stadien auf der Erde herrschten, dann könnte vielleicht auch das Leben auf diesen Welten erscheinen. Wenn die Regeln für das Universum überall gleich sind, müssen wir nur die Welten entdecken und definieren, in denen dieselben Prozesse stattfanden, die das Leben auf der Erde hervorgebracht haben. Und vielleicht können wir durch die Erforschung dieser "potenziell bewohnten" Welten auch das Leben dort entdecken.
Der Baum des Lebens zeigt die Entwicklung und Entwicklung verschiedener Organismen auf der Erde. Obwohl wir alle von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, der vor mehr als 2 Milliarden Jahren lebte, kam die Vielfalt der Lebensformen durch chaotische Prozesse zustande. Sie werden nicht genau wiederholt, selbst wenn wir die Uhr viele Male zurückspulen und erneut starten.
Das ist natürlich leichter gesagt als getan. Warum? Hier begegnen wir dem ersten großen Unbekannten: Wir wissen nicht, wie das Leben entstanden ist. Selbst wenn man die Gesamtheit der heutigen wissenschaftlichen Erkenntnisse betrachtet, gibt es eine Lücke an ihrem wichtigsten Platz. Wir wissen, wie sich Sterne bilden, wie sich Sonnensysteme und Planeten bilden. Wir wissen, wie die Atomkerne gebildet werden, wie sie im Darm von Sternen verschmelzen, schwere Elemente bilden und wie diese Elemente im Universum verarbeitet werden und an der komplexen Chemie teilnehmen.
Und wir wissen, wie Chemie funktioniert: Atome binden auf natürliche Weise und produzieren Moleküle in einer Vielzahl von Konfigurationen. Wir finden diese komplexen Moleküle im gesamten Universum, vom Inneren der Meteoriten bis zum Ausstoß junger Sterne, von interstellaren Gaswolken bis zu protoplanetaren Scheiben, die sich im Prozess der Planetenbildung befinden.
Angesichts all dessen wissen wir nicht, wie wir von der komplexen anorganischen Chemie zu einem echten biologischen Organismus gelangen sollen. Einfach ausgedrückt, wir wissen nicht, wie wir aus dem Unleben Leben machen können.
Chao Er erklärt, wie PHAZER funktioniert, eine Kamera zur Simulation verschiedener atmosphärischer Bedingungen, die in Horsts Labor an der Johns Hopkins University installiert ist. Organische Moleküle und O 2 wurden in anorganischen Prozessen erzeugt, aber niemand hat jemals Leben aus dem Unleben geschaffen.
Und in diesem Fall übertreibe ich nicht, wenn ich sage, dass "wir es nicht wissen". Trotz:
- sucht nach biologischer Aktivität auf anderen Planeten des Sonnensystems, die an der Grenze unserer Fähigkeiten stattfindet;
- spektroskopische Bilder der Atmosphären aller Exoplaneten, die wir nur aufnehmen können;
- direktes Schießen verschiedener Exoplaneten aufgrund der Zersetzung des von ihnen kommenden Lichts;
- Versuche, Leben aus dem Unleben unter Laborbedingungen zu synthetisieren;
- Suche nach Anzeichen von Technologie in potenziell intelligenten Zivilisationen, wo immer wir suchen können;
Wir haben keinen einzigen Beweis für die Existenz von Leben auf einem anderen Planeten als der Erde. Trotz all der indirekten Zeichen, die wir gesammelt haben, um die Möglichkeit zu unterstützen, dass Leben an unzähligen verschiedenen Orten entsteht, gibt es überzeugende Beweise für die Existenz von Leben nur für die Erde und dafür, wohin wir Leben von der Erde geschickt haben.
Es gibt vier bestätigte Exoplaneten um HR 8799, die alle massiver sind als Jupiter. Alle von ihnen wurden durch direkte Beobachtung über einen Zeitraum von sieben Jahren entdeckt und gehorchen denselben Gesetzen der Planetenbewegung wie die Planeten des Sonnensystems - Keplers Gesetze.
Das heißt nicht, dass wir nichts über die Existenzmöglichkeiten des Lebens an anderen Orten wissen. Wir wissen viel und lernen mit jeder neuen Information mehr und mehr. Wir wissen zum Beispiel, wie man die Sterne in unserer Umgebung, in unserer Galaxie und sogar im gesamten Universum misst, zählt und kategorisiert. Wir haben gelernt, dass sonnenähnliche Sterne häufig sind und dass 15-20% aller Sterne Temperaturen, Helligkeit und Lebensdauern haben, die mit denen unserer Sonne vergleichbar sind.
Interessanterweise sind etwa 75-80% der Sterne rote Zwerge. Ihre Temperatur und Helligkeit sind niedriger als die der Sonne und ihre Lebensdauer ist viel länger. Diese Systeme unterscheiden sich in vielen wichtigen Punkten von unseren: Die Umlaufbahnen sind kürzer; Planeten müssen in Gezeitenerfassung sein;; Sternfackeln sind keine Seltenheit; Sterne emittieren eine unverhältnismäßig große Menge ionisierender Strahlung. Wir können jedoch nicht beurteilen, ob ihre Planeten so bewohnbar (oder weniger oder bewohnbarer) sind wie die Planeten, die Sterne umkreisen, die der Sonne ähnlich sind. In Ermangelung von Beweisen können keine klaren Schlussfolgerungen gezogen werden.
Künstlerillustration eines potenziell bewohnbaren Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Außerhalb der Erde müssen wir noch die erste bewohnte Welt finden. Das TESS-Projekt stellt für uns eine Liste der wahrscheinlichsten ersten Kandidaten für diesen Titel zusammen.
Was ist mit den Lehren, die wir aus unserem Sonnensystem gezogen haben? Vielleicht die Erde und eine einzigartige Welt unter denen in unserem kosmischen Hof - der einzige Planet, der anscheinend mit Leben bedeckt ist -, aber vielleicht nicht die einzige Welt, in der das Leben einst blühte oder heute noch blüht.
Die Marsoberfläche hatte wahrscheinlich eine Milliarde Jahre lang flüssiges Wasser, bevor es gefroren war - hätte das Leben in der alten Geschichte des Sonnensystems darauf gedeihen können? Kann sie heute in unterirdischen Stauseen überleben?
Die Venus hätte eine gemäßigtere Vergangenheit haben können, und flüssiges Wasser könnte schon seit einiger Zeit auf ihrer Oberfläche vorhanden sein. Könnte sie Leben gebären und könnte das Leben in den venusianischen Wolken überleben, wo die Bedingungen denen der Erde ähnlicher sind?
Was ist mit den Ozeanen unter der Oberfläche eisbedeckter Welten, die von Gezeitenkräften erhitzt werden - Enceladus, Europa, Triton, Pluto? Was ist mit Welten wie Titan, die flüssiges Methan anstelle von flüssigem Wasser auf ihrer Oberfläche haben? Was ist mit großen Welten mit dem Potenzial für unterirdisches Wasser wie Ganymed?
Bis wir diese nahe gelegenen Welten gründlich erforschen, müssen wir unsere Unwissenheit zugeben: Wir wissen nicht einmal, wie bevölkert das Sonnensystem ist.
Tief unter Wasser, wo Licht fehlt, gedeiht das Leben um die hydrothermalen Quellen der Erde. Eine der größten ungelösten Fragen in der heutigen Wissenschaft ist, wie man Leben aus dem Unleben schafft. Aber wenn dort Leben existieren kann, dann existiert das Leben vielleicht auch am Grund der Meere Europas oder Enceladus. Die wissenschaftliche Antwort auf dieses Rätsel wird dazu beitragen, Daten in größerer Menge und besserer Qualität bereitzustellen, die Experten wahrscheinlich sammeln und analysieren werden.
Wie wäre es mit einem Leben, das im interstellaren Raum existiert oder seinen Ursprung hat? Für viele wird diese Idee weit hergeholt erscheinen. Wenn wir jedoch die Geschichte des Lebens auf der Erde nachzeichnen, werden wir sehen, wie komplex sie seit ihrer Gründung geworden ist. Das heutige Leben besteht aus Zehntausenden von basengepaarten Nukleinsäuren, die Informationen codieren.
Und wenn Sie sich die Grundbestandteile ansehen, die wir im gesamten Universum finden, dann gibt es unter ihnen nicht nur einfache inerte Moleküle. Dort finden wir organische Moleküle wie Zucker, Aminosäuren, Ethylformiate : Moleküle, die nach Himbeeren riechen. Wir finden komplexe Kohlenstoffmoleküle - polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe .
Wir haben sogar mehr natürlich vorkommende Aminosäuren gefunden, als sie an den Lebensprozessen auf der Erde beteiligt sind. Wir haben nur 20 aktive Aminosäuren und alle haben die gleiche Chiralität . Aber in nur einem Murchison-Meteoritenfanden etwa 80 einzigartige Aminosäuren, von denen einige "Linkshänder" und einige "Rechtshänder" sind. Trotz der Erfolge des Lebens auf der Erde wissen wir einfach nicht, ob andere Arten der Lebensentwicklung möglich sind und wie viel mehr oder weniger wahrscheinlich sie sind.
Im Murchison-Meteoriten, der im 20. Jahrhundert auf Australien fiel, fanden sie eine große Anzahl von Aminosäuren, die in unserer Natur nicht vorkommen. Die Tatsache, dass mehr als 80 einzigartige Aminosäuren in einem gewöhnlichen Weltraumstein gefunden werden können, legt nahe, dass sich andere Bestandteile des Lebens oder sogar das Leben selbst irgendwo im Universum gebildet haben könnten. Vielleicht sogar auf einem Planeten ohne Elternstern.
Was ist mit unserem inneren Kreis? Wird es eine größere Wahrscheinlichkeit für die Entstehung und den Wohlstand des Lebens in Sternensystemen geben, in denen der Prozentsatz schwerer Elemente höher (oder niedriger) ist? Was ist mit einem Gasriesen wie Jupiter in der Schneegrenze - ist es gut, schlecht oder beeinflusst es nichts? Was ist mit unserem Standort innerhalb der Galaxie - ist es etwas Besonderes oder Gemeinsames? Wir wissen nicht einmal, nach welchen Kriterien es sich lohnt, nach geeigneten Kandidaten für das Vorhandensein von Leben unter ~ 400 Milliarden Sternen in unserer Galaxie zu suchen.
Und dennoch gibt es immer ähnliche Aussagen wie vor einigen Wochen - dass es in der Milchstraße 300 Millionen potenziell bewohnbare Planeten gibt.... Solche Behauptungen wurden schon früher aufgestellt und werden noch viele Male aufgestellt, bis wir den nächsten bedeutungsvollen Ankerpunkt in den Daten haben: Planeten außerhalb der Erde, auf denen wir überzeugende und zuverlässige Anzeichen für das Vorhandensein einer Biosphäre finden (oder zumindest einen Hinweis darauf) seine Anwesenheit). Bis dahin sollten alle diese Überschriften mit äußerster Skepsis betrachtet werden, da wir nur sehr wenig über die Bewohnbarkeit von Planeten wissen, um überhaupt die Bedeutung der Wörter "potenziell bewohnbar" zu diskutieren.
Wenn Weltraumteleskope wie Kepler oder TESS verschiedene Sterne genau betrachten, können sie periodische Schwankungen der Leuchtkraft erkennen. Nachfolgende Beobachtungen können bestätigen, dass sie Planeten haben, und alle Daten zusammen ermöglichen es uns, ihre Massen, Radien und Orbitalparameter zu rekonstruieren.
Und ich schmälere die unglaublichen Fortschritte, die wir in Exoplanetenstudien gemacht haben, überhaupt nicht. Dank einer Kombination von Teleskopen wie Kepler oder TESS, die überempfindlich gegenüber periodischen Änderungen der Sternhelligkeit sind, und großen bodengestützten Teleskopen, die periodische Verschiebungen von Spektrallinien im Licht von Sternen messen können, haben wir bereits Tausende von bestätigten Planeten in anderen Sternen gefunden. Insbesondere können wir im besten Fall die Masse und den Radius sowohl des Planeten als auch des Sterns sowie die Temperatur des Sterns und die Umlaufzeit des Planeten berechnen.
Dies ermöglicht es uns, darüber zu spekulieren, wie hoch die Temperatur der Planetenoberfläche wäre, wenn sie eine ähnliche Atmosphäre wie die Erde hätte. All dies mag vernünftig klingen, wie der Versuch, "potenzielle Bewohnbarkeit" mit "seiner Temperatur ist so, dass sich flüssiges Wasser auf der Oberfläche befinden kann" gleichzusetzen, aber diese Behauptung beruht auf einer Reihe von Annahmen, die auf wackeligen Beweisen beruhen. Tatsächlich müssen wir nur qualitativ bessere Daten erhalten, bevor wir aussagekräftige Schlussfolgerungen über die Bewohnbarkeit ziehen können.
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Bei unserer Suche nach einem Leben außerhalb der Erde ist es wichtig, sowohl ehrlich über den aktuellen Stand der Dinge zu sein als auch offen für alles zu sein, was wir in Zukunft entdecken werden. Wir wissen, dass das Leben ziemlich früh auf der Erde erschien und seitdem überlebt und gedeiht hat. Wir wissen, dass wir bei der Suche nach Planeten mit ähnlichen Geschichten, Eigenschaften und Bedingungen wahrscheinlich Planeten in der Nähe mit ähnlichen Erfolgsraten finden. Dies ist eine konservative und äußerst vernünftige Art der Suche.
Ein solches Denken ist jedoch von Natur aus begrenzt. Wir wissen nicht, ob das Erscheinen des Lebens auf anderen Welten mit unterschiedlicher Geschichte, Eigenschaften und Bedingungen nicht genauso (oder sogar noch wahrscheinlicher) sein wird. Wir wissen nicht, wie diese Wahrscheinlichkeiten auf die unzähligen Planeten des Universums verteilt sind. Und wir wissen nicht, wie hoch die Chancen sind, dass komplexes, vielfältiges, makroskopisches oder sogar intelligentes Leben entsteht, nachdem das Leben Wurzeln schlagen kann. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass das Leben auch an anderen Orten im Universum existiert, und es gibt eine starke Motivation, danach zu suchen. Aber bis wir besser verstehen, wo das Leben ist und wo nicht, können wir nicht beurteilen, wie viele "potenziell bewohnte" Welten existieren können.