Ein Schritt zur Lösung des Fermi-Paradoxons

«Fragen Sie sich nicht auch manchmal, wo die anderen sind?» Diese Frage des Physikers Enrico Fermi aus der Mitte des 20. Jahrhunderts beleuchtet die Tatsache, dass in der Milchstrasse genau null ausserirdische Zivilisationen gefunden wurden, obwohl es in unserer Galaxie nach einigen Berechnungen von kommunizierendem Leben wimmeln müsste.

Zwei Forscher, einer davon ETH Professor Taras Gerya vom Institut für Geophysik, vermuten nun, dass Plattentektonik, Kontinente und Ozeane für die Entstehung von intelligentem Leben auf einem Gesteinsplaneten von entscheidender Bedeutung sind, und schätzen ab, wie verbreitet diese Merkmale sein könnten. Das Team vermutet, dass das Fehlen an Beweisen für komplexes ausserirdisches Leben darauf zurückzuführen ist, dass es nur wenige Planeten mit langlebiger Plattentektonik und einer Mischung aus wasserreichen und trockenen Umgebungen gibt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Ein Rahmenwerk für intelligentes Leben

1961 schlug Frank Drake, ein amerikanischer Astronom, der damals am National Radio Astronomy Observatory in Green Bank, W.Va. arbeitete, eine Gleichung vor, um die Anzahl ausserirdischer Zivilisationen in der Milchstrasse abzuschätzen, die in der Lage sind, elektromagnetische Signale wie Radiowellen auszusenden. Diese Gleichung bestand aus sieben Termen, darunter der Anteil der Sterne mit Planetensystemen und die durchschnittliche Zeit, die eine Zivilisation benötigt, um ihre Anwesenheit im Weltraum zu signalisieren. Dieser Ausdruck, der auch heute noch verwendet wird, wurde als Drake-Gleichung bekannt. (Drake starb 2022).

«Es gibt uns einen Rahmen für das Verständnis aller planetaren und astrophysikalischen Prozesse, die zu einer Zivilisation führen können», sagt Michael Wong, ein Planetenforscher an der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., der nicht an der Forschung beteiligt war.

Drake selbst schätzte, dass vielleicht 10.000 kommunizierende ausserirdische Zivilisationen in der Milchstrasse existieren könnten. Die Schätzungen anderer, die dieselbe Gleichung verwenden, gehen jedoch weit auseinander. Einige Wissenschaftler glauben, dass es nur eine einzige kommunizierende Zivilisation in der Milchstrasse gibt - uns. Andere glauben, dass es da draussen Millionen von Menschen geben könnte.

Diese Diskrepanzen sind laut Wong zu erwarten, da die Wissenschaftler die Werte nicht aller in die Drake-Gleichung eingehenden Terme genau kennen. «Einige der Terme kennen wir dank der Fortschritte in der Astronomie und Astrophysik. Bei anderen Termen haben wir buchstäblich keine Ahnung, welchen numerischen Wert sie haben sollten.»

Die Erdwissenschaften ins Spiel bringen

Ein Forscherteam hat nun vorgeschlagen, einen der Terme der Drake-Gleichung durch zwei Begriffe aus den Erdwissenschaften zu ersetzen. Plattentektonik und das Vorhandensein von Ozeanen und Kontinenten seien entscheidend für die Entwicklung komplexen Lebens, und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Planet diese Eigenschaften aufweist, sollte in die Drake-Gleichung aufgenommen werden. Dies würde die Anzahl der vorhergesagten kommunizierenden Lebensformen in der Milchstrasse um mehrere Grössenordnungen verringern und wäre ein Schritt zur Lösung des so genannten Fermi-Paradoxons, demzufolge bisher keine ausserirdischen Zivilisationen gefunden wurden. In ihrer ursprünglichen Fassung enthielt die Drake-Gleichung einen Term namens f_i, der den Anteil der lebensfreundlichen Planeten angibt, auf denen sich intelligentes Leben entwickelt hat. Drake nahm ursprünglich an, dass f_i gleich 1 ist, d.h. dass 100 % der Planeten, auf denen sich Leben entwickelt hat, auch intelligentes Leben beherbergen.

Aber das ist wahrscheinlich eine grobe Überschätzung, wie neue Arbeiten zeigen. Robert Stern, Erdwissenschaftler an der University of Texas in Dallas, und Taras Gerya schlagen nun vor, dass f_i mindestens 500 Mal kleiner ist. Um zu dieser Schätzung zu gelangen, gingen Stern und Gerya davon aus, dass sich intelligentes Leben nur auf Planeten mit langlebiger Plattentektonik, Kontinenten und Ozeanen entwickeln kann.

Die Plattentektonik ist nach Ansicht der Forscher aus mehreren Gründen entscheidend. Erstens entstehen durch diesen Prozess hohe Berge. Diese Gipfel werden abgetragen, wodurch Sedimente bewegt werden. «Das bringt grosse Mengen an Nährstoffen in die Ozeane und stimuliert das Leben», sagt Stern. Die Plattentektonik forme auch regelmässig neues Terrain und schaffe so einzigartige Nischen für das Leben. «Das ermöglicht verschiedene Wege der Evolution.»

Primitivere Formen der Tektonik, wie die so genannte Single-Lid Tektonik, traten in der Frühzeit der Erde auf. Aber erst vor etwa einer Milliarde Jahren begann die Plattentektonik wahrscheinlich in vollem Umfang. Zur gleichen Zeit erlebte der Planet einen Anstieg an komplexem Leben.

Nass oder trocken? Es braucht beides

Das Vorhandensein von Kontinenten und Ozeanen ist ebenfalls entscheidend für die Entstehung intelligenten Lebens, sagen Stern und Gerya. Auf der Erde entwickelten sich die ersten Lebensformen im Ozean. Eine nasse Umgebung versorgt Organismen buchstäblich mit Nährstoffen und bietet strukturelle Unterstützung für frühe Lebensformen, die keine Skelette haben, sagt Gerya. «Für frühes Leben scheint der Ozean notwendig zu sein.» Aber komplexes Leben, das in der Lage ist, über interstellare Entfernungen zu kommunizieren, benötigt auch trockenes Land. Das liege daran, dass fortschrittliche Technologien wie die Beherrschung des Feuers und die Nutzung von Elektrizität am leichtesten an Land möglich seien, sagte Stern. «Technologische Zivilisationen sind rein im Ozean nicht möglich.»

Stern und Gerya schätzen, dass der Anteil der Planeten mit einer Plattentektonik von mehr als 500 Millionen Jahren multipliziert mit dem Anteil der Planeten mit einer Mischung aus nassen und trockenen Umgebungen nicht grösser als 0,002 ist. Allerdings fliessen viele Annahmen in diese Berechnung ein, sagt Stern. «Diese Zahl ist sehr schwer genau zu bestimmen.»

Es sei sinnvoll, erdwissenschaftliche Konzepte in die Drake-Gleichung einzubeziehen, so Wong. «Es scheint, dass die Existenz von Ozeanen, Kontinenten und Plattentektonik zumindest für die Evolution des Lebens auf der Erde entscheidend war.» Die von Stern und Gerya vorgeschlagenen Anteile von Planeten mit langlebiger Plattentektonik, Ozeanen und Kontinenten seien jedoch sehr unsicher, sagte er. «Ich weiss ehrlich gesagt nicht, wie man zu diesen Zahlen kommt.»

Doch das könnte sich in Zukunft ändern, sagt Wong. Astronomen untersuchen das Konzept eines Weltraumteleskops, das bewohnbare Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems aufspüren und charakterisieren soll. Ein solches Teleskop, das derzeit als Habitable Worlds Observatory bekannt ist, könnte möglicherweise Ozeane und Landmassen auf extrasolaren Planeten aufspüren. Das wäre ein Durchbruch für die Planetenforschung. «Wir befinden uns in einem Bereich, in dem es an Daten mangelt.»

Dieser aus dem Englischen übersetzte Artikel wurde ursprünglich von Katherine Kornei verfasst. Kornei, K. (2024), A step closer to solving the Fermi paradox, Eos, 105. Published on 24 May 2024.