Ein Planet, der ein Kandidat für die Besiedlung ist, wird zweifellos Katastrophen und Aussterben erleben. Wenn das Leben in einer Welt überleben und gedeihen soll, muss es die richtigen inneren und Umweltbedingungen besitzen, um dies zu ermöglichen. (NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER)

Wie war es, als sich die ersten bewohnbaren Planeten bildeten?

Die ersten Planeten waren nur Gas. Die zweite beinhaltete felsige, aber das Leben war nicht möglich. So sind wir endlich dort angekommen.

Hier im Universum gibt es heute praktisch überall potenziell bewohnbare Planeten. Die Erde mag die Vorlage für das sein, was wir für bewohnbar halten, aber wir können uns eine Vielzahl von Umständen vorstellen, die sich stark von unseren unterscheiden und die das Leben auch langfristig unterstützen könnten.

Mit der Zeit erreichen wir jedoch die Entstehung der Erde. Seit dem Urknall sind mehr als 9 Milliarden Jahre vergangen. Es ist absolut unvernünftig anzunehmen, dass das Universum die ganze Zeit benötigt hat, um die notwendigen Bedingungen für die Bewohnbarkeit zu schaffen. Wenn wir uns das Rezept für eine Wohnung ansehen, könnten sie viel früher entstanden sein. Die Zutaten für das Leben sind Teil des Puzzles, aber sie sind nicht die ganze Geschichte. Wir müssen tiefer gehen, um einen bewohnbaren Planeten zu bilden.

Einige der Atome und Moleküle, die im Weltraum in der Magellanschen Wolke gefunden wurden, wie vom Spitzer-Weltraumteleskop abgebildet. Die Schaffung schwerer Elemente, organischer Moleküle, Wasser und felsiger Planeten war notwendig, damit wir überhaupt eine Chance hatten, zustande zu kommen. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

Das erste, was Sie brauchen, ist die richtige Art von Stern. Es könnte alle möglichen Szenarien geben, in denen ein Planet um einen aktiven, gewalttätigen Stern herum überleben und trotz der Feindseligkeit bewohnbar bleiben kann. Rote Zwergsterne wie Proxima Centauri könnten Fackeln ausstrahlen und das Risiko eingehen, die Atmosphäre eines potenziell bewohnbaren Planeten zu zerstören, aber es gibt keinen Grund dafür, dass ein Magnetfeld, eine dicke Atmosphäre und ein Leben klug genug sind, um während eines so intensiven Ereignisses Zuflucht zu suchen könnten sich alle zusammenschließen, um eine solche Welt nachhaltig bewohnbar zu machen.

Aber wenn Ihr Stern zu kurzlebig ist, ist Bewohnbarkeit unmöglich. Die erste Generation von Sternen, bekannt als Population III-Sterne, versagt aus diesem Grund. Wir brauchen Sterne, die zumindest einige Metalle enthalten (schwere Elemente jenseits von Helium), oder sie werden nicht lange genug leben, damit ein Planet für das Leben gastfreundlich wird, was uns bereits 250 Millionen Jahre nach dem Urknall bringt.

Die ersten Sterne und Galaxien im Universum werden von neutralen Atomen von (meistens) Wasserstoffgas umgeben sein, das das Sternenlicht absorbiert. Die großen Massen und hohen Temperaturen dieser frühen Sterne tragen zur Ionisierung des Universums bei, aber ohne schwere Elemente sind Leben und potenziell bewohnbare Planeten absolut unmöglich. (NICOLE RAGER FULLER / NATIONAL SCIENCE FOUNDATION)

Angenommen, wir können Sterne mit einer ausreichend geringen Masse bilden, die Milliarden von Jahren lang brennen kann, dann ist die nächste Zutat, die wir brauchen, der richtige Planetentyp. Soweit wir das Leben verstehen, bedeutet das, dass die Welt Folgendes braucht:

  • ein Energiegradient, wo es einen ungleichmäßigen Energieeintrag hat,
  • die Fähigkeit, eine ausreichend substanzielle Atmosphäre aufrechtzuerhalten,
  • flüssiges Wasser in irgendeiner Form auf der Oberfläche,
  • und die richtigen Rohstoffe, damit das Leben unter den richtigen Umständen überleben und gedeihen kann.

Ein felsiger Planet von ausreichender Größe, der sich mit der richtigen atmosphärischen Dichte bildet und seine Welt in der richtigen Entfernung umkreist, hat eine Chance. Angesichts aller Planeten, die sich möglicherweise um einen neuen Stern bilden könnten, und der astronomischen Anzahl der in jeder Galaxie gebildeten Sterne sind diese ersten drei Bedingungen leicht zu erfüllen.

30 protoplanetare Scheiben oder Proplyden, wie von Hubble im Orionnebel abgebildet. Die Bildung eines Sterns mit felsigen Planeten um sie herum ist relativ einfach, aber die Bildung eines Sterns mit erdähnlichen Bedingungen auf subtile, aber wichtige Weise ist weitaus schwieriger. (NASA / ESA UND L. RICCI (ESO))

Das Umkreisen eines Sterns liefert einen Energiegradienten, wie das Umkreisen eines Planeten, das Haben eines großen Mondes oder einfach das geologische Handeln. Ob durch Sonneneinstrahlung oder hydrothermale / geothermische Aktivität, ein ungleichmäßiger Energieeintrag ist einfach. Wenn genügend Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und einige andere vorhanden sind, ermöglicht eine wesentliche Atmosphäre flüssiges Wasser an der Oberfläche. Planeten mit diesen Bedingungen sollten entstehen, wenn das Universum nur 300 Millionen Jahre alt ist.

Eine Illustration einer protoplanetaren Scheibe, bei der sich zuerst Planeten und Planetesimale bilden und dabei

Aber die Schlüsselbarriere, die man hier überwinden muss, ist, genug von diesen schwereren Elementen zu haben, die für das Leben, wie wir es kennen, im Periodensystem wesentlich sind. Und das braucht mehr Zeit, als nur felsige Planeten mit den richtigen physischen Bedingungen herzustellen.

Der Grund, warum Sie diese Elemente benötigen, besteht darin, die richtigen biochemischen Reaktionen zu ermöglichen, die wir für Lebensprozesse benötigen. An Orten am Rande großer Galaxien kann es viele Milliarden Jahre dauern, bis genügend Generationen von Sternen leben und sterben, um diese notwendige Fülle zu erreichen.

Die Beziehung zwischen dem Standort der Sterne in der Milchstraße und ihrer Metallizität oder dem Vorhandensein schwerer Elemente. Sterne innerhalb von etwa 3000 Lichtjahren von der zentralen Scheibe der Milchstraße über einen Entfernungsbereich von Zehntausenden von Lichtjahren weisen eine extrem sonnensystemähnliche Fülle schwerer Elemente auf. Aber früher in der Geschichte des Universums muss man sich entweder dem galaktischen Zentrum einer Spiralgalaxie nähern oder an den richtigen Zuflussorten eines hochentwickelten Ellipsentrainers, um solche Ebenen schwerer Elemente zu finden. (ZELJKO IVEZIC / UNIVERSITÄT WASHINGTON / SDSS-II-ZUSAMMENARBEIT)

Aber in den Herzen von Galaxien, in denen häufig, kontinuierlich und aus den recycelten Überresten früherer Generationen von Supernovae, Planetennebeln und Neutronensternfusionen Sternentstehung stattfindet, kann diese Häufigkeit schnell ansteigen. Selbst in unserer eigenen Galaxie erreicht der Kugelsternhaufen Messier 69 bis zu 22% des Schwerelementgehalts unserer Sonne, wenn das Universum nur 700 Millionen Jahre alt ist.

Der Kugelsternhaufen Messier 69 ist höchst ungewöhnlich, da er mit nur 5% des gegenwärtigen Alters des Universums unglaublich alt ist, aber auch einen sehr hohen Metallgehalt aufweist, mit 22% der Metallizität unserer Sonne. (HUBBLE LEGACY ARCHIVE (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA GEMEINSAMER BENUTZER FABIAN RRRR)

Das galaktische Zentrum ist jedoch ein relativ schwieriger Ort, an dem ein Planet zweifelsfrei als bewohnbar angesehen werden kann. Überall dort, wo sich ständig Sterne bilden, gibt es ein spektakuläres kosmisches Feuerwerk. Gammastrahlenexplosionen, Supernovae, Bildung von Schwarzen Löchern, Quasare und kollabierende Molekülwolken sorgen für eine Umgebung, die bestenfalls prekär ist, damit Leben entsteht und erhalten bleibt.

Um ein Umfeld zu haben, in dem wir sicher sagen können, dass das Leben entsteht und sich selbst erhält, muss dieser Prozess abrupt beendet werden. Wir brauchen etwas, um die Sternentstehung zu stoppen, was wiederum den Kibosh auf die Aktivität bringt, die die Bewohnbarkeit einer Welt am meisten bedroht. Deshalb befinden sich die frühesten und nachhaltigsten bewohnbaren Planeten möglicherweise nicht in einer Galaxie wie unserer, sondern in einer rot-toten Galaxie, die vor Milliarden von Jahren keine Sterne mehr bildete.

Galaxienhaufen wie Abell 1689 sind die größten gebundenen Strukturen im Universum. Wenn beispielsweise Spiralen verschmelzen, bildet sich eine große Anzahl neuer Sterne, aber entweder nach der Verschmelzung oder durch Beschleunigung des Intra-Cluster-Mediums kann Gas entfernt werden, was zum Ende der Sternentstehung führt. (NASA, ESA, E. JULLO (JET PROPULSION LABORATORY), P. NATARAJAN (YALE UNIVERSITY) UND J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, FRANKREICH))

Wenn wir uns heute Galaxien ansehen, haben 99,9% von ihnen immer noch Gas- und Staubpopulationen, was zu neuen Generationen von Sternen und einer konstanten, andauernden Sternentstehung führen wird. Aber ungefähr 1: 1000 Galaxien haben vor etwa 10 Milliarden Jahren oder länger aufgehört, neue Sterne zu bilden. Wenn ihr externer Treibstoff ausgeht, was nach einer katastrophalen großen galaktischen Fusion auftreten könnte, endet die Sternentstehung abrupt. Ohne dass sich neue Sterne bilden, beenden die massereicheren, blaueren einfach ihr Leben, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht, und lassen die kühleren, rötlicheren Sterne als einzige Überlebende zurück. Diese Galaxien werden heutzutage als "rote und tote" Galaxien bezeichnet, da alle ihre Sterne stabil, alt und ungehindert von der Gewalt sind, die die Bildung neuer Sterne mit sich bringt.

Eine davon, die Galaxie NGC 1277, befindet sich sogar in unserem relativen kosmischen Hinterhof.

Die

Das Rezept für einen bewohnbaren Planeten könnte frühestens sein

  • Sterne schnell bilden,
  • über und über,
  • in einer sehr dichten Region einer großen Galaxie,
  • gefolgt von einer großen Fusion,
  • was zu einem massiven Starburst führt,
  • gefolgt von einem plötzlichen Ende der Sternentstehung, das auf unbestimmte Zeit andauert.

Dies könnte uns in etwas mehr als einer Milliarde Jahren zu Sternen und Planeten mit sonnenähnlichen Häufigkeiten schwerer Elemente führen, bei denen die Sternentstehung endet, wenn das Universum nur einen Schatten unter zwei Milliarden Jahren alt ist.

Arp 116, dominiert vom riesigen elliptischen Messier 60. Ohne große Gaspopulationen zur Bildung neuer Sterne brennen die bereits in der Galaxie vorhandenen Sterne schließlich aus und hinterlassen nicht viel, was den Himmel beleuchten kann. Die metallreichen elliptischen Galaxien, denen am schnellsten der Treibstoff ausgegangen ist, sind möglicherweise die besten Orte, um nach den ersten bewohnbaren Planeten im Universum zu suchen. (NASA / ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE)

Es ist eine extrem schnelle, optimistische Schätzung, aber es gibt heute etwa zwei Billionen Galaxien im Universum, und daher gibt es mit Sicherheit Galaxien, die kosmische Kuriositäten und statistische Ausreißer wie diese sind. Die einzigen Fragen, die noch offen sind, sind die der Fülle, der Wahrscheinlichkeit und der Zeitskalen. Das Leben kann im Universum entstehen, bevor die Milliardenschwelle erreicht ist, aber eine nachhaltige, kontinuierlich bewohnbare Welt ist eine viel größere Leistung als das bloße Leben.

Mit der Zeit ist das Universum ein Schatten unter zwei Milliarden Jahren - nur 13–14% seines gegenwärtigen Alters - wir sollten Galaxien mit sonnenähnlichen Sternen, erdähnlichen Planeten und nichts haben, was das Entstehen oder Erhalten von Leben verhindern könnte. Die Zutaten für das Leben sollten da sein. Die Bedingungen für das Leben, wie wir es kennen, sollten da sein. Der einzige Schritt, der noch übrig ist, ist der, den die Wissenschaft selbst noch nicht zu tun weiß: von den richtigen Bedingungen und Zutaten für das Leben bis zu tatsächlichen, lebenden Organismen.

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Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.