Drake-Gleichung: Wie viele außerirdische Zivilisationen gibt es?

Es gibt gute Nachrichten für die Suche nach außerirdischem Leben: Mehr als 300 Millionen Welten mit erdähnlichen Bedingungen sind über die Milchstraße verstreut. Eine Analyse kommt zu dem Schluss, dass etwa die Hälfte der sonnenähnlichen Sterne Gesteinsplaneten in habitablen Zonen beherbergen, auf denen sich flüssiges Wasser sammeln oder über die Planetenoberflächen fließen könnte.

„Das ist das wissenschaftliche Ergebnis, auf das wir alle gewartet haben“, sagt Natalie Batalha, eine Astronomin von der University of California, Santa Cruz, die an der neuen Studie gearbeitet hat.

Das Ergebnis, das zur Veröffentlichung im „Astronomical Journal“ angenommen wurde, bestimmt eine entscheidende Zahl in der Drake-Gleichung genauer. Die Gleichung, die 1961 von meinem Vater Frank Drake aufgestellt wurde, bildet einen Rahmen für die Berechnung der Anzahl nachweisbarer Zivilisationen in der Milchstraße. Nun sind die ersten Variablen in der Formel bekannt, darunter die Rate, mit der sonnenähnliche Sterne entstehen, der Anteil der Sterne mit Planeten und die Anzahl der bewohnbaren Welten pro Sternsystem.

Bewohnbare Planeten?

Die Zahl der sonnenähnlichen Sterne mit erdähnlichen Welten „hätte einer von tausend oder einer von einer Million sein können – das wusste niemand wirklich“, sagt Seth Shostak. Der Astronom am SETI-Institut (Search for Extraterrestrial Intelligence) war an der neuen Studie nicht beteiligt.

Die Astronomen schätzten die Anzahl dieser Planeten anhand von Daten des NASA-Weltraumteleskops Kepler, das auf Planetensuche ist. Neun Jahre lang starrte Kepler in die Sterne und beobachtete das kurze Flackern, das entsteht, wenn umlaufende Planeten einen Teil des Lichts ihres Sterns überdecken. Bis zum Ende seiner Mission im Jahr 2018 hatte Kepler etwa 2.800 Exoplaneten entdeckt – viele von ihnen sind aber nicht mit den Welten vergleichbar, die unsere Sonne umkreisen.

Aber Keplers primäres Ziel war es immer, festzustellen, wie häufig erdähnliche Planeten sind. Die Berechnung erforderte die Hilfe des ESA-Raumschiffs Gaia, das Sterne in der gesamten Galaxie beobachtet. Mit diesen Beobachtungen konnten die Wissenschaftler schließlich feststellen, dass es in der Milchstraße Hunderte Millionen erdgroßer Planeten gibt, die um sonnenähnliche Sterne kreisen. Das nächstgelegene dieser Systeme ist wahrscheinlich nur 20 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt.

Eine Gleichung, sieben Variablen

Die Drake-Gleichung verwendet sieben Variablen, um die Anzahl der nachweisbaren Zivilisationen in der Milchstraße zu schätzen. Sie berücksichtigt Faktoren wie den Anteil der sonnenähnlichen Sterne mit Planetensystemen und die Anzahl der bewohnbaren Planeten in jedem dieser Systeme. Zusätzlich betrachtet sie, wie oft sich Leben auf Welten mit den richtigen Bedingungen entwickelt und wie oft diese Lebensformen letztendlich nachweisbare Technologien entwickeln. In ihrer ursprünglichen Form geht die Gleichung davon aus, dass sich technologisch hochentwickelte Außerirdische auf Planeten entwickeln würden, die sonnenähnliche Sterne umkreisen.

„Wenn Astronomen darüber sprechen, diese Planeten zu finden, sprechen sie eigentlich immer über die Drake-Gleichung“, sagt Jason Wright. Der Astronom an der Pennsylvania State University erforscht potenziell bewohnbare Planeten, wirkte aber nicht an der neuen Studie mit. „Das haben wir alle im Hinterkopf, wenn wir diese Berechnung durchführen.“

Galerie: Die spektakulärsten Astronomie-Fotos 2018

Es dauerte mehr als ein halbes Jahrhundert, bis Wissenschaftler anfingen, die Anzahl der Planeten zu bestimmen, auf denen Leben möglich ist. Noch 1961 war Astronomen kein anderer Planet außerhalb des Sonnensystems bekannt. Obwohl Theorien zur Planetenbildung nahelegten, dass reichlich Exoplaneten im Universum vorhanden sein sollten, gab es keine Beobachtungen, die ihre Existenz belegten. In den letzten zehn Jahren wurde jedoch klar, dass Planeten extrem häufig sind – in der Milchstraße sogar häufiger als Sterne. Im Durchschnitt wird fast jeder Stern von mindestens einem Planeten umkreist.

Diese Erkenntnis war „ein wirklich großer Schritt vorwärts“, sagt Wright. „Das hat uns gezeigt, dass es viele Orte gibt, an denen Leben, wie wir es kennen, möglicherweise entstanden sein könnte.“ Aber der nächste Faktor in der Drake-Gleichung – die Anzahl der bewohnbaren Welten pro Planetensystem – war schwieriger zu berechnen, sagt Batalha.

Viele Welten wie die Erde

Kepler entdeckt weit entfernte Welten, indem es nach kurzen Verdunkelungsphasen im Licht sucht, die entstehen, wenn Planeten vor ihren Sternen vorbeiziehen und kurzzeitig einen Bruchteil des Sternenlichts blockieren. Je nachdem, wie viel Sternenlicht blockiert wird und wie oft, können Wissenschaftler herausfinden, wie groß ein Planet ist und wie lange er dafür benötigt, seinen Stern zu umkreisen. Mit diesem Ansatz entdeckte Kepler Tausende von Exoplaneten aller Größen und Umlaufbahnen. Aber die eigentliche Suche der Wissenschaftler galt dem Bruchteil der Planeten wie der Erde: Gesteinsplaneten mit gemäßigten Temperaturen, die sonnenähnliche Sterne umkreisen.

Erste Schätzungen legten nahe, dass vielleicht 20 Prozent der sonnenähnlichen Sterne eine Welt beherbergten, die diese Kriterien erfüllte. Heute wissen wir, dass die Zahl näher bei 50 Prozent liegt, wenn nicht sogar darüber.

„Sie ist höher, als ich dachte. Ich habe der Öffentlichkeit immer gesagt, einer von vier oder fünf Planeten – dieses Ergebnis ist eine angenehme Überraschung“, sagt Batalha. „Jeder zweite sonnenähnliche Stern hat im Durchschnitt wahrscheinlich einen potenziell bewohnbaren Planeten.“

Die Berechnung der Häufigkeit dieser Planeten war mit unvorhergesehenen Herausforderungen verbunden. Die Sterne, die Kepler beobachtete, waren aktiver als erwartet. Sie erzeugten Signale, die die Signaturen von umlaufenden Planeten imitieren oder verwischen konnten. Auch das Weltraumteleskop war kompliziert und bedurfte periodischer Manöver, die die Beobachtungen erschwerten – insbesondere nachdem einige wichtige Teile versagten, die dabei halfen, seinen Blick stabil zu halten.

Um zu ihrer Schlussfolgerung zu gelangen, kombinierten Batalha und ihre Kollegen Daten von Kepler und Gaia, die eine Milliarde Sterne in unserer galaktischen Nachbarschaft verfolgten und beschrieben. Sie identifizierten Planeten über Kepler, die zwischen 0,5 und 1,5 Erdradien groß und wahrscheinlich eher Gesteins- als Gasplaneten sind. Über Gaia ermittelten sie dann die Temperaturen und Größen der Sterne, die diese Planeten umkreisen.

Anstatt die potenzielle Bewohnbarkeit eines Planeten nur anhand der Entfernung zu einem Stern zu beurteilen, berechnete das Team, wie viel Energie auf jeder dieser Welten ankommt. Auf Basis dessen wählte es die Planeten aus, auf denen die Temperaturen das Vorhandensein von flüssigem Wasser auf der Oberfläche ermöglichen würden.

Galerie: Astrobiologie - Gibt es Leben im All?

Sobald das Team eine Stichprobengröße von bekannten Gesteinsplaneten mit gemäßigten Temperaturen hatte, die sonnenähnliche Sterne umkreisen, konnte es abschätzen, wie viele davon in der gesamten Galaxie existieren. Sie berechneten, dass zwischen 37 und 60 Prozent der sonnenähnlichen Sterne in der Milchstraße eine gemäßigte, erdgroße Welt beherbergen sollten. Mit einer großzügigeren Berechnung der benötigten Energie für gemäßigte Temperaturen fanden sie heraus, dass 58 bis 88 Prozent der sonnenähnlichen Sterne von einer solchen Welt umkreist werden könnten.

Natürlich entscheiden viele Faktoren darüber, ob ein Planet in der bewohnbaren Zone wirklich lebensfreundlich ist. Eigenschaften wie Magnetfelder, Atmosphäre, Wassergehalt und Plattentektonik spielen alle eine Rolle – aber diese sind auf kleinen, weit entfernten Welten nur schwer zu beobachten.

Dennoch „hilft diese Studie wirklich dabei, sich ein Bild davon zu machen, wie viele Orte des Lebens es genau geben könnte“, sagt Wright. „Und sie berechnen unsere wahrscheinlichste Entfernung zum nächstgelegenen solchen Planeten. Wie sich rausstellt, befindet er sich in unserer kosmischen Nachbarschaft.“ Die nächstgelegene solche Welt liegt wahrscheinlich innerhalb von 20 Lichtjahren, und vier sollten innerhalb von 33 Lichtjahren liegen.

Wie viele bewohnbare Welten sind tatsächlich bewohnt?

Nun, da die Astronomen ein gutes Gespür dafür haben, wie viele erdähnliche Planeten in der Galaxie verstreut sind, können sie die Variablen der Drake-Gleichung weiter durcharbeiten. Viele der verbleibenden Faktoren werden schwer zu bestimmen sein. Einer davon ist die entscheidende Frage, wie oft Außerirdische Technologien entwickeln, die wir entdecken könnten, und wie lange solche Zivilisationen nachweisbar sind.

Eine weitere offene Frage ist, ob Wissenschaftler auch Sterne einbeziehen sollten, die nicht sonnenähnlich sind. Denn auch um kleinere, kühlere Sterne wurden mehrere erdgroße Welten gefunden. Und womöglich sollten wir auch nicht nur Planeten in Betracht ziehen: Auch wenn viele der von Kepler entdeckten Planeten Gasriesen sind, „könnten sie Waldmonde wie Endor in ‚Star Wars‘ haben“, sagt Wright. „Oder auch wie Pandora in ‚Avatar‘, schätze ich.“

Die Astronomen sind verlockend nahe dran, den nächsten Faktor in der Gleichung herauszufinden: den Anteil der bewohnbaren Welten, auf denen sich Leben entwickelt. Während wir unser Sonnensystem weiter erforschen, stellen wir fest, dass die Liste der bewohnbaren Nischen unerwartet lang und vielfältig ist. Welten wie der Mars oder der Jupiter-Eismond Europa könnten mikrobielles Leben beherbergen. Selbst die giftigen Wolken über der Venus galten für ein paar Monate als möglicher Ort des Lebens.

„Wenn [Leben] sich mehr als einmal im selben Sonnensystem entwickelt hat, kommt man recht schnell auf diese Zahl [in der Gleichung]“, so Wright.

Schon ein einziges Beispiel für Leben jenseits der Erde würde zeigen, dass die Biologie kein kosmischer Zufall ist, sondern eher ein wahrscheinliches Ergebnis, wenn die richtigen Zutaten vorhanden sind. Und in Anbetracht der Menge an bewohnbaren Immobilien im Kosmos sagen viele Astronomen, dass Leben im Grunde eine Unvermeidbarkeit ist.

Aber die Berechnung der letzten Variablen in der Drake-Gleichung – ist die Erde die Heimat der einzigen technologisch versierten Organismen der Galaxie? – wird ein Rätsel bleiben, bis wir, wie mein Vater es ausdrückt, das Raunen außerirdischer Welten vernommen haben.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.