Ein Planet, der für die Besiedlung in Frage kommt, wird zweifellos Katastrophen und Aussterben erleben. Wenn das Leben auf einer Welt überleben und gedeihen soll, muss es die richtigen inneren und Umweltbedingungen haben, 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 heutigen Universum gibt es 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 eigenen unterscheiden und das Leben auf lange Sicht unterstützen könnten.

Mit der Zeit erreichen wir die Formation der Erde, doch seit dem Urknall sind mehr als 9 Milliarden Jahre vergangen. Es ist absolut unvernünftig anzunehmen, dass das Universum die gesamte Zeit benötigt, um die notwendigen Bedingungen für die Bewohnbarkeit zu schaffen. Wenn wir uns das Rezept für einen Wohnraum ansehen, könnten sie weit 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 sich im Weltraum in der Magellanschen Wolke befinden, wie sie vom Spitzer-Weltraumteleskop abgebildet wurden. Die Erschaffung von schweren Elementen, organischen Molekülen, Wasser und felsigen Planeten war notwendig, um überhaupt eine Chance zu haben. (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 überleben und trotz der Feindseligkeit bewohnbar bleiben kann. Rote Zwergsterne wie Proxima Centauri könnten Fackeln ausstrahlen und die Gefahr laufen, die Atmosphäre eines potenziell bewohnbaren Planeten zu zerstören, aber es gibt keinen Grund, dass ein Magnetfeld, eine dichte Atmosphäre und ein Leben, das klug genug war, während eines so intensiven Ereignisses Zuflucht zu suchen könnten sich alle zusammenschließen, um eine solche Welt nachhaltig bewohnbar zu machen.

Aber wenn dein 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 (schwere Elemente jenseits von Helium) enthalten, oder sie werden nicht lange genug leben, damit ein Planet gastfreundlich wird, was uns bereits 250 Millionen Jahre nach dem Urknall bringt.

Die ersten Sterne und Galaxien im Universum werden von neutralen Atomen (meistens) Wasserstoffgases umgeben sein, die das Sternenlicht absorbieren. 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 / STIFTUNG FÜR NATIONALE WISSENSCHAFTEN)

Angenommen, wir können Sterne mit einer Masse bilden, die so niedrig ist, dass sie Milliarden von Jahren lang brennen können, dann ist die nächste Zutat, die wir brauchen, der richtige Planetentyp. Für uns bedeutet das, dass die Welt Folgendes braucht:

  • einen Energiegradienten, bei dem der Energieeintrag ungleichmäßig ist,
  • die Fähigkeit, eine ausreichend substanzielle Atmosphäre aufrechtzuerhalten,
  • flüssiges Wasser in irgendeiner Form auf der Oberfläche,
  • und die richtigen Rohstoffe, damit das Leben unter den gegebenen Umständen überleben und gedeihen kann.

Ein ausreichend großer felsiger Planet, 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 Sterne, die in jeder Galaxie gebildet werden, sind diese ersten drei Bedingungen leicht zu erfüllen.

30 protoplanetarische Scheiben oder Proplyds, wie sie von Hubble im Orionnebel abgebildet wurden. Es ist relativ einfach, einen Stern mit felsigen Planeten zu formen, aber es ist weitaus schwieriger, einen Stern mit erdähnlichen Bedingungen auf subtile, aber wichtige Weise zu formen. (NASA / ESA UND L. RICCI (ESO))

Die Umlaufbahn eines Sterns liefert einen Energiegradienten, wie dies bei einer Umlaufbahn eines Planeten, einem großen Mond oder einer einfachen geologischen Aktivität der Fall ist. Ob durch Sonneneinstrahlung oder hydrothermische / geothermische Aktivität, ein ungleichmäßiger Energieeintrag ist einfach. Wenn genügend Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und einige andere vorhanden sind, lässt eine beträchtliche Atmosphäre flüssiges Wasser auf der Oberfläche zu. Planeten mit diesen Bedingungen sollten entstehen, wenn das Universum nur 300 Millionen Jahre alt ist.

Eine Abbildung einer protoplanetaren Scheibe, bei der sich zuerst Planeten und Planetesimale bilden und dabei Lücken in der Scheibe entstehen. Die äußere Scheibe liefert das Material, das sich aufwickelt und die Mäntel, Krusten, Atmosphären und Ozeane von Planeten wie unseren erzeugt. Es braucht viele Generationen von Sternen, um zu einem Planetensystem zu gelangen, das einen erdähnlichen Planeten mit der richtigen Menge an schweren Elementen haben kann, um das Leben so zu unterstützen, wie wir es kennen. (NAOJ)

Die entscheidende Hürde, die hier überwunden werden muss, besteht darin, dass genug dieser schwereren Elemente vorhanden sind, die für das bekannte Leben im Periodensystem von wesentlicher Bedeutung 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 könnte es viele Milliarden Jahre dauern, bis genügend Generationen von Sternen leben und sterben, um diese notwendige Fülle zu erreichen.

Die Beziehung zwischen der Position der Sterne in der Milchstraße und ihrer Metallizität oder dem Vorhandensein schwerer Elemente. Sterne, die sich innerhalb von 3000 Lichtjahren von der zentralen Scheibe der Milchstraße entfernt in einem Entfernungsbereich von Zehntausenden von Lichtjahren befinden, weisen extrem viele schwere Elemente auf, die an das Sonnensystem erinnern. Aber früher in der Geschichte des Universums muss man sich entweder dem galaktischen Zentrum einer Spiralgalaxie nähern oder sich an den richtigen Einströmungsstellen einer hochentwickelten Ellipse befinden, um solche Niveaus schwerer Elemente zu finden. (ZELJKO IVEZIC / UNIVERSITÄT WASHINGTON / SDSS-II-ZUSAMMENARBEIT)

Aber in den Herzen von Galaxien, in denen Sternentstehung häufig, kontinuierlich und aus den recycelten Überresten früherer Generationen von Supernovae, Planetennebel und Neutronensternfusionen auftritt, kann diese Fülle schnell zunehmen. Selbst in unserer eigenen Galaxie erreicht der Kugelsternhaufen Messier 69 bis zu 22% des Gehalts an schweren Elementen unserer Sonne, wenn das Universum nur 700 Millionen Jahre alt ist.

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

Das galaktische Zentrum ist jedoch ein relativ schwieriger Ort, an dem ein Planet zweifelsohne 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 allenfalls lebensbedrohlich ist.

Um ein Umfeld zu haben, in dem wir zuversichtlich sagen können, dass das Leben entsteht und sich selbst erhält, müssen wir diesen Prozess abrupt beenden. Wir brauchen etwas, um die Sternentstehung zu stoppen, was wiederum den Kibosh auf die Aktivität bringt, die für die Lebensfähigkeit auf einer Welt am bedrohlichsten ist. Aus diesem Grund befinden sich die frühesten und am besten bewohnbaren Planeten möglicherweise nicht in einer Galaxie wie der unseren, sondern in einer rot-toten Galaxie, die vor Milliarden von Jahren keine Sterne mehr gebildet hat.

Galaxienhaufen sind wie Abell 1689 die größten gebundenen Strukturen im Universum. Wenn beispielsweise Spiralen verschmelzen und sich eine große Anzahl neuer Sterne bilden, aber entweder nach dem Zusammenschluss oder durch Beschleunigung durch das Intra-Cluster-Medium, kann Gas abgestreift 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 Galaxien heute ansehen, haben 99,9% von ihnen noch immer Gas- und Staubpopulationen, was zu neuen Sterngenerationen und einer konstanten, andauernden Sternentstehung führen wird. Etwa eine von 1000 Galaxien hat vor 10 Milliarden Jahren oder mehr aufgehört, neue Sterne zu bilden. Als ihr externer Treibstoff verbraucht ist, was nach einer katastrophalen großen galaktischen Fusion passieren könnte, endet die Sternentstehung abrupt. Ohne die Bildung neuer Sterne beenden die massereicheren, blaueren einfach ihr Leben, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht, und lassen die kühleren, roteren 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 neue Sternentstehung 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 lauten:

  • bilden sie sterne schnell,
  • 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 für die unbestimmte Zukunft anhält.

Dies könnte uns in etwas mehr als einer Milliarde Jahren zu Sternen und Planeten mit sonnenähnlichen schweren Elementen führen, wo die Sternentstehung mit der Zeit endet. Das Universum ist nur ein Schatten unter zwei Milliarden Jahren alt.

Arp 116, dominiert vom riesigen elliptischen Messier 60. Ohne große Gaspopulationen, die neue Sterne bilden, werden die Sterne, die bereits in der Galaxie existieren, irgendwann ausbrennen und nicht viel hinterlassen, was den Himmel erhellen kann. Die metallreichen elliptischen Galaxien, denen am schnellsten der Treibstoff ausgeht, könnten die besten Orte sein, um nach den ersten bewohnbaren Planeten im Universum zu suchen. (NASA / ESA-HUBBLE-SPACE-TELESKOP)

Es ist eine extrem schnelle, optimistische Schätzung, aber es gibt heutzutage im Universum zwei Billionen Galaxien. Galaxien, die kosmische Seltsamkeiten und statistische Ausreißer wie diese sind, sind also mit Sicherheit vorhanden. Die einzigen Fragen, die noch offen sind, sind die nach Häufigkeit, Wahrscheinlichkeit und Zeitrahmen. Das Leben kann im Universum entstehen, bevor die Milliarden-Jahres-Schwelle erreicht ist, aber eine anhaltende, kontinuierlich bewohnbare Welt ist eine viel größere Leistung als das Leben, das nur entsteht.

Mit der Zeit ist das Universum weniger als zwei Milliarden Jahre alt - nur 13–14% seines gegenwärtigen Alters - wir sollten Galaxien mit sonnenähnlichen Sternen, erdähnlichen Planeten und nichts haben, was das Entstehen oder die Existenz 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 ist der, den die Wissenschaft selbst noch nicht zu tun weiß: von den richtigen Bedingungen und Zutaten für das Leben zu tatsächlichen, lebenden Organismen.

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