SWR2 Wissen: Aula

SÜDWESTRUNDFUNK
SWR2 AULA – Manuskriptdienst
(Ausschnittweise Wiederholung, Erstausstrahlung in gesamter Länge: 12.12.2010,
SWR Fernsehen, Tele-Akademie)
E.T. bitte melden
Sind wir allein im Universum?
Autor und Sprecher: Professor Willy Benz *
Redaktion: Ralf Caspary
Sendung: Donnerstag, 2. Juni 2011, 8.30 Uhr, SWR 2
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Ansage:
Mit dem Thema: „E.T. bitte melden - Sind wir allein im Universum?“
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Die Wissenschaftler, genauer: die Astrophysiker sind fieberhaft auf der Suche nach
erdähnlichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Denn wenn auf diesen
Planeten ähnliche, also lebensfreundliche Umstände wie auf Mutter Erde gelten,
dann ist es wahrscheinlich, dass dort auch Leben vorkommt – das müssen ja nicht
immer kleine grüne hochintelligente Marsmännchen sein.
Diese Forschungsrichtung erzeugt beim Laien regelmäßig Faszination, es könnte
sein, dass wir nicht alleine im Universum sein. Das Wörtchen "könnte" muss man in
dem Satz dick unterstreichen, es könnte so sein, ja, aber, die Forschung ist längst
noch nicht so weit: Es ist äußerst schwierig, erstens: einen erdähnlichen Planeten
überhaupt zu finden, zweitens: herauszufinden, ob dort die Bedingungen für die
Entstehung von Leben gut sind.
Diese Schwierigkeiten erläutert der Astrophysiker Willy Benz, Direktor des
Physikalischen Instituts der Uni Bern, in einem öffentlich gehaltenen Vortrag.
Willy Benz:
Ein Lichtjahr ist die Distanz, die das Licht in einem Jahr zurück legt. Und das Licht
legt 300.000 km pro Sekunde zurück. Das heißt, wenn jemand die Sonne abstellen
würde, würde man es hier erst acht Minuten später merken. Aber acht Minuten sind
nicht so furchtbar lang. Jupiter dagegen ist 40 Lichtminuten von der Sonne entfernt,
der weiteste Planet Neptun vier Lichtstunden. Der erste Stern, auf den man treffen
würde, ist ein paar Lichtjahre von der Erde entfernt, und der erste Exo-Planet – der
erste Planet außerhalb des Sonnensystems – ist zwischen zehn und 20 Lichtjahre
entfernt.
Nehmen wir an, wir möchten diesen Planeten besuchen und wir starten einen
Satelliten am 5. September 1977 – wo wäre der heute? Es handelt sich bei meinem
Beispiel um Voyager 1, der jetzt knapp bis zum Rand des Sonnensystems
gekommen ist, nachdem er 32 Jahre unterwegs war. Jetzt können Sie sich mal
überlegen, wie lange es dauert, bis er zum ersten Exo-Planet kommt. Er würde
10.000 Mal länger brauchen. Also man hat es mit sehr großen Entfernungen zu tun,
man kann solche Planeten wohl niemals besuchen, man kann sie nur durchs
Teleskop beobachten.
Wie kann man nun Informationen über diese Planeten bekommen? Einmal indem
man deren Licht analysiert oder bestimmte physikalische Gesetzmäßigkeiten
zugrunde legt. Das geht dann so: Das einzige, was wir machen können, ist, dass wir
das Licht der Planeten analysieren. Die Gravitation sagt uns, wenn zwei Körper sich
umeinander drehen, dann drehen sie sich eigentlich um das Massenzentrum des
Systems. Das heißt, wenn ein Stern einen Planeten hat, dann bewegt sich der Planet
um den Stern, aber der Stern bewegt sich auch um den Planeten. Und den Stern
sieht man, der hat ja seine eigene Leuchtkraft. Und aus der Bewegung des Sternes
kann man auf die Präsenz des Planeten schließen. Übrigens stehen dahinter Keplers
Gesetze, die kann man hier ganz gut brauchen, um diese Rechnung zu machen.
Es gibt aber noch eine andere Methode, wie man Planeten indirekt sehen kann, das
sind die „Transits“. Wenn Sie einen Planeten haben, der gerade vor dem Stern
SWR2 AULA vom 02.06.2011
E.T. bitte melden – Sind wir allein im Universum?
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vorbeigeht, dann verringert sich die Helligkeit dieses Sterns ein wenig. Der
Helligkeitsunterschied, wenn etwa der Jupiter vor der Sonne vorbeigeht, beträgt
knapp ein Prozent. Das kann man von der Erde aus beobachten. Wenn die Erde
oder die Venus vor der Sonne vorbeigeht, gibt es ein Hundertstel von einem Prozent
Helligkeitsunterschied, das kann man nicht mehr von der Erde aus betrachten, dazu
muss man ins Weltall und das Ganze mit einem Satelliten beobachten. Es sind
heutzutage zwei Satelliten oben, die genau das machen: Das ist „Corot“, ein
europäischer Satellit, und der amerikanische Satellit „Kepler“.
Es gibt bestimmte Planeten-Entstehungsmodelle, die behaupten, dass sehr viele
erdähnliche Planeten existieren würden. Wenn das stimmt, muss man sagen: Was
wir bis heute „gesehen“ haben, ist nur die Spitze des Eisbergs, die große Menge der
erdähnlichen Planeten haben wir noch nicht einmal gefunden. Die Tatsache, dass wir
sie heute noch nicht sehen, ist ein Problem der Instrumente. Es gibt viele
Wissenschaftler-Gruppen auf der ganzen Welt, die versuchen, neue kluge
Instrumente zu entwickeln, um die Planeten entdecken zu können, aber das braucht
seine Zeit. Es ist prinzipiell eben enorm schwierig, einen erdähnlichen Planeten zu
finden.
Jetzt stellt sich die Frage, wie man nach Leben im Weltall überhaupt sucht. Zuerst
müsste man definieren, was Leben eigentlich ist, denn wenn man etwas sucht, von
dem man nicht weiß, was es ist, ist das etwas schwierig. Allerdings ist es auch
schwierig, eine Definition von Leben zu finden. Man kann sagen: Ein Lebewesen ist
ein System, das Information beinhaltet, es kann sich selber reproduzieren und es
entwickelt sich durch zufällige Mutationen und durch eine natürliche Selektion à la
Darwin. Das Problem mit dieser Definition: Die beinhaltet auch die Spezies der
Computerviren – und das ist nicht unbedingt das, was wir unter Leben verstehen.
Man kann versuchen, von der Astronomie her sich etwas genauer zu überlegen, was
Leben sein könnte und wie man es suchen könnte, und unter welchen Bedingungen
es entsteht.
Wegen der Fortpflanzung brauchen wir auf diesem noch unbekannten Planeten eine
Mobilität, die eben dazu dient, dass sich „Mann“ und „Frau“ treffen können, um
Nachkommen zu zeugen. Das Leben benötigt also eine gewisse Mobilität, die wird
ermöglicht durch ein flüssiges Medium: Wasser. Und dann muss man sich
überlegen, was die häufigsten Elemente im Universum sind, aus denen Leben
entstehen könnte: Und das sind Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff und
Stickstoff. Das sind die wichtigsten Elemente, ohne diese gibt es auch kein Wasser.
Die Wissenschaftler suchen immer nach ähnlichem Leben, wie es auf der Erde
existiert. Das kann ein großer Fehler sein, eine Einschränkung der Möglichkeiten.
Man kapriziert sich auf die Erde, weil es hier eben funktioniert hat – wir sind der
Beweis dafür. Also versucht man im All genau das zu finden, was schon einmal
funktioniert hat. Ich bin sicher, wenn Sie eine Wette machen müssten, wo es um
etwas richtig Wichtiges geht, würden Sie genau so verfahren und sich auf das
Schon-Bekannte konzentrieren. Wir haben also ein Beispiel – die Erde und das
Leben auf der Erde – ,und wir Forscher fragen nach den Bedingungen, die erfüllt
sein müssen, damit auf einem Planeten Leben entstehen kann.
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Ein Planet braucht ein Magnetfeld, damit er vor den Teilchen der Sonne, dem
Sonnenwind, einigermaßen geschützt wird. Der Planet muss geologisch aktiv sein,
damit man ein Recycling von Stoffen hat, so dass zum Beispiel CO2 abgebaut
werden kann. Man braucht sicherlich eine Atmosphäre, die uns schützt und auch
erlaubt, dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Planeten existieren kann. Man
braucht – und jetzt wird es etwas spekulativer – ein stabiles Klima. Das wird möglich,
wenn die Achse des Planeten stabil ist. Man ist sich ziemlich sicher, dass die
Rotationsachse der Erde stabilisiert wird durch die Präsenz des Mondes. Die
Gezeitenkräfte zwischen Erde und Mond bewirken, dass die Rotationsachse der
Erde sich nicht wild hin und her bewegt. Die Rotationsachse des Mars ist viel
unruhiger, Mars hat nur kleine Monde, die das nicht bewirken können, und das
verursacht auf Mars große Klimaveränderungen über kurze Zeitskalen, das muss
man dann noch genau erforschen.
Wenn so viele Dinge wichtig sind, damit sich wie auf der Erde Leben entwickeln
konnte, ist es sehr unwahrscheinlich, dass man so einen erdähnlichen Planeten im
Weltall finden kann, das ist leider so.
Wo könnte sich so ein Planet befinden? Im Sonnensystem zum Beispiel dort, wo sich
die „habitable zone“ befindet, die bewohnbaren Zone, in der flüssiges Wasser
existieren kann. Flüssiges Wasser kann nicht überall vorkommen: Nahe bei der
Sonne ist es zu warm, weit weg ist es zu kalt, dazwischen ist es gut. Unser Planet
muss sich also genau in dieser Zwischenzone befinden, und dann muss das noch
ein Planet mit ausreichend hohem Druck sein, damit flüssiges Wasser existieren
kann.
Man hat flüssiges Wasser im Sonnensystem gesucht, zum Beispiel auf dem Mars.
Mars ist nah genug, mit einer Sonde ist man in sechs Monaten dort, man kann dort
rumfahren mit ferngesteuerten Jeeps und Rovers, man kann Astronauten dorthin
schicken; was man gerne sehen möchte, ist Wasser. Man kann aber Wasser auch
an anderer Stelle finden, an der man es nicht unbedingt vermutet, an einer Stelle, die
vielleicht nicht in der Zwischenzone ist, denn es gibt andere Wärmequellen außer
dem Sonnenlicht, und das sind Gezeitenkräfte, die den Planeten von innen her
aufwärmen können. Typisches Beispiel ist Io, der Mond von Jupiter, wo man Vulkane
gesehen hat. Mit „Voyager“ hat man dort schöne Vulkane beobachtet, und Vulkane
bedeuten: flüssiges Lava. Das bedeutet, dass da eine Energiequelle ist, und die
Energiequelle sind die Gezeitenkräfte, die den Mond ständig deformieren. Es gibt
diese Energie, die durch Reibung im Inneren des Planeten frei wird.
Von der ESA gibt es zum Beispiel zwei Missionen, von denen vor allem die Mission
„Laplace“ den Jupiter-Mond „Europa“ untersuchen soll, weil dieser Mond ein Ort sein
könnte, an dem sich vielleicht Leben in einem unterirdischen Ozean entwickeln
konnte. Das wird schwierig sein zu untersuchen. Man muss zuerst durch die
Eisschicht dringen, die Eisschicht mag je nach Modell von „Europa“ einige 100 km
dick sein. Außerdem ist das Sonnenlicht auf Europa für die Energieversorgung der
Messgeräte nicht ausreichend. Diese Schwierigkeiten machen die ganze Mission fast
nicht realisierbar. Aber sie ist für 2020 geplant, bis dahin werden die Probleme gelöst
werden, hoffentlich.
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Außerhalb des Sonnensystems gibt es also Exo-Planeten, davon gehen wir aus.
Gerne hätten wir Bilder davon, aber wie ich schon sagte, die Technologie, die man
braucht, um solche Bilder zu bekommen, gibt es einfach noch nicht denkbar. Eine
Möglichkeit ist das E-ELT (European Extremely Large Telescope). Sie haben
vielleicht schon von der ESO, der Europäischen Südsternwarte, gehört; die
astronomische Sternwarte in Chile heißt VLT (Very Large Telescope), das größte
astronomische Observatorium ist Paranal, das sind vier 8,5 Meter-Teleskope.
Der Spiegel von E-ELT beträgt 42 Meter im Durchmesser. Das erste Projekt hieß
übrigens „OWL“ (Overwhelmingly Large Telescope), aber das hat man aufgegeben.
Das bestand aus einem 100-Meter-Spiegel, aber das war finanziell einfach nicht zu
machen. Also wurde es reduziert auf 42 Meter Durchmesser, damit will man nun
erdähnliche Planeten finden und analysieren.
Wie kann man diese Planeten analysieren? Es gibt die Weltraum-Missionen, eine
davon heißt „Darwin“, die durch Interferometrie das Licht eines Sterns abschalten
soll. Es ist sehr kompliziert, das zu erklären, man nimmt das Licht des Sternes in der
Lichtachse weg. Übrig bleibt das, was quasi drum herum ist, und das sind die
Planeten, die man dann „sehen“ könnte. Und das ist die Grund-Idee dieser Methode.
Man muss aber sagen, dass diese Methode noch erprobt wird und viele Probleme
aufweist, von einer Milliarde Photonen, die ins Teleskop kommen und die man
messen kann, kommt nur eines vom gesuchten Planeten. Und dieses Teilchen muss
man finden, durchlassen und die anderen stoppen, dann hat man das Licht des
Sterns ausgeschaltet. Das ist der Zweck der Übung.
Dann gibt es noch die NASA-Mission. Die Idee ist, dass man das Licht eines Sterns
nicht interferometrisch abschaltet, sondern so, wie man normalerweise mit einem
Coronagraph die Sonne anschaut, man deckt damit also die Oberfläche des Sterns
ab, um eventuell die Planeten sehen zu können. Das macht man mit zwei Satelliten:
Einer fungiert als Deckel, der andere als Messinstrument. Diese Methode ist
ebenfalls kompliziert, man muss die Satelliten sehr genau positionieren.
Nehmen wir mal an, wir haben den Trick geschafft und können das Licht des Sterns
ausschalten und haben nun den Planeten im Visier. Was machen wir nun? Wie
entscheiden wir, ob Leben auf diesem Planeten existiert? Wir werden keine Bilder
machen können. Wir werden nur einen Lichtpunkt haben. Aber immerhin Photonen
vom Planeten. Dann können wir ein Spektrum machen und nach Biosignaturen
suchen. Das sind Zeichen im Spektrum, im Licht selber, von Leben. Jetzt kann man
sich fragen, was sind Fingerabdrücke von Leben im Licht selber? Man muss ein
chemisches Element finden, das eindeutig mit Leben zusammenhängt. Ein oft
genanntes Beispiel ist Sauerstoff. Sauerstoff ist ein reaktives Gas, das sich sehr
schnell mit etwas anderem verbindet. Wenn man jetzt einen Planeten finden würde,
dessen Atmosphäre wie bei uns zu 30 Prozent aus Sauerstoff besteht, wäre das ein
Beweis, dass es eine Sauerstoffquelle gibt, und diese Sauerstoffquelle wäre
Photosynthese. Das heißt noch nicht, es gibt dort intelligente, funkbereite, grüne
Männchen. Aber es heißt, dass da irgendetwas ist, Bakterien zum Beispiel. Vielleicht
Wasser. Wir haben ja gesagt, dass wir flüssiges Wasser brauchen. Wir möchten
gerne Wasser sehen, Methan oder andere Stoffe.
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Es gibt auch Oberflächen-Biosignaturen, die für uns interessant sind. Das Licht, das
wir bekommen, ist ein reflektiertes Licht des Planeten. Und je nachdem, von welcher
Oberfläche das Licht reflektiert wird, also zum Beispiel von Wasser oder von Land,
sieht das Spektrum anders aus.
Aber auch bei diesen Methoden wird es Schwierigkeiten geben. Vielleicht hat das
Spektrum eine zu niedrige Auflösung, dann sieht man diese Details überhaupt nicht.
Man sieht, dass es CO2 gibt und vielleicht Ozon, aber auch nicht mehr. Und was ist,
wenn man keinen Sauerstoff findet, ist das ein Indiz dafür, dass es kein Leben auf
diesem Planeten gibt? Für lange Zeit gab es keinen Sauerstoff auf der Erde, obwohl
es Leben gab. Wenn man keinen Sauerstoff entdeckt, kann man nicht sagen, dass
es da kein Leben gibt.
Kurzum: Wenn jemand behauptet, er habe Leben auf einem anderen Planeten
entdeckt, muss er das beweisen, bevor man ihm glauben wird. Heute ist es so, dass
man als Astrophysiker nicht gleich an die Presse geht, sondern zuerst überlegt, was
die Entdeckung oder die Beobachtung eigentlich bedeutet, bevor man die Presse
benachrichtigt.
Ich danke Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit, vielen Dank.
*****
* Zum Autor:
Willy Benz, geb. 1955, studierte Physik an der Universität Neuchâtel und erhielt 1984
für seine Doktorarbeit in Astrophysik die Promotion in Naturwissenschaften an der
Universität Genf. Anschließend absolvierte er eine Postdoc-Ausbildung am Los
Alamos National Laboratory (USA) und an der Harvard University und wurde 1987
von der Harvard University zum Assistenzprofessor ernannt. In den Folgejahren
lehrte er an der University of Arizona (USA) und an der Universität Genf. Seit 1997
ist Willy Benz Professor am Physikalischen Institut der Universität Bern, das er seit
2002 als Institutsdirektor leitet. Seit 2003 ist er Mitglied des Space Science Advisory
Comittee der Europäischen Weltraumorganisation ESA und seit 2004 Mitglied des
Schweizerischen Wissenschafts- und Technologierates.
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