SETI

SETI - mein Vorschlag zur Erweiterung der Green-Bank-Gleichung

 

Sind wir allein im Weltall?

SETI (Search for extraterrestrical intelligence) erlangt insbesondere auf Grund aktueller astronomische Entdeckungen als wissenschaftliche Forschungsdiziplin und kulturelle Fragestellung in der heutigen Zeit neue Bedeutung. Ist die Menschheit allein im Weltall? Falls nicht - wie wird ein möglicher Erstkontakt ablaufen? Welche Folgen wird er für unsere Zivilisation oder gar für jeden einzelnen von uns haben? Wie weit sind die anderen von uns entfernt? Warum haben wir ET noch nicht entdeckt? Oder sind SIE bereits hier?

Um auch nur die erste diese spekulativen Fragen zumindest ansatzweise zu beantworten, ist es hilfreich, von astronomischen Fakten auszugehen. Hierbei gilt als gesichertes Wissen gilt, dass unsere Sonne mit ihrem Alter von knapp 5 Milliarden Jahren mindestens zur zweiten oder gar dritten Generation von Sternen in unserer Galaxis gehört. Folglich hat der komplexe Prozeß der Sternentstehung und damit auch der Bildung von Planeten (als Voraussetzung für das Leben) schon mindestens einmal vor der Existenz unseres Sonnensystems und der Existenz unserer Menschheit stattgefunden.

Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit könnte sich demzufolge auch die Entstehung von Leben oder gar Intelligenz auf diesen alten Planeten bereits mehrfach ereignet haben. Der Entwicklungsstand dieser ältesten Völker der Galaxis sollte demnach - wenn es sie denn wirklich gibt - eine schier unvorstellbar hohe technische, soziale und kulturelle Stufe erreicht haben.

Die Ausbreitung dieser alten Völker in alle Regionen der Galaxis wäre wahrscheinlich, denn sie hätten Millionen Jahre Zeit gehabt, ihren Planeten in großen Generationsraumschiffen zu verlassen, auf diese Weise neue Kolonien zu gründen oder die Galaxis mittels automatischer Sonden oder gar einer Art von Cyberavataren zu kolonisieren. Auch wenn dies fantastisch erscheint - aber die interstellaren Abgründe mit ihren gewaltigen Entfernungen stellen kein grundsätzliches Hindernis dar, wenn genügend Zeit zur Verfügung steht. Hochrechnungen belegen, dass sich auf solche Weise die gesamte Galaxis in nur wenigen 100 Millionen Jahren kolonisieren ließe (für uns ein unvorstellbar langer Zeitraum - aber für kosmische Maßstäbe bei einem Alter der Galaxis von 8 Milliarden Jahren nur eine kurze Episode...).

Folglich sind SIE entweder nirgends - oder überall. Da Letzteres auf Grund astronomischer Entdeckungen von zahlreichen extrasolaren Planeten (Vorausetzungen für Leben) in den vergangenen Jahren immer wahrscheinlicher wurde, ist die Frage nach der Zahl der bewohnten Planeten und der Entfernung bis zur nächsten "technisch begabten" Zivilisation interessant. Es zeichnet sich jedoch mit fortschreitender astronomischer Beobachtungstechnik und neuen Entdeckungen langsam ab, daß SIE zwar durchaus überall in der Galaxis verteilt sein könnten, aber nicht so zahlreich, wie man noch vor Jahren annahm. Hier spielen neue astronomische Fakten eine Rolle, die man bisher noch nicht kannte.

 

Wieviele bewohnte Planeten gibt es?

Diese Zahlen kann man mit ein wenig Rechenarbeit wissenschaftlich abschätzen. Die Astronomie bedient sich dabei der aus den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts stammenden Green-Bank-Gleichung. Sie wird im Rahmen dieses Artikels an neue Erkenntnisse angepaßt. Ursprünglich berechnete man die Zahl n der möglichen Zivilisationen in unserem Sternensystem (Galaxis), die zur Aufnahme einer Funkverbindung oder zur Raumfahrt imstande sind, wie folgt:

n = N x P x E x B x I x T

Hierbei bedeuten:

  • N: Zahl der Sterne in unserer Galaxis; Sie ist ganz gut bekannt: mindestens 200 Milliarden
  • P: der Anteil jener Sterne von N, die Planeten besitzen; hier beginnt das Abschätzen, denn wir kennen gerade wenig mehr als 2000 extrasolarer Planeten. Da aber etwa die Hälfte aller Sterne in Doppel und Mehrfachsystemen ("Doppelsterne") vorkommt, scheiden diese vermutlich für stabile Planetenbahnen aus - verbleibt die andere Hälfte. Falls sich bei ihnen nahezu überall Planetensysteme gebildet haben sollten, können wir problemlos P=0,4 setzen.
  • E: ist der Anteil der Planeten, auf denen die Bedingungen für die Entstehung von Leben geeignet sind; Hier haben wir als Modell nur unser Sonnensystem zur Verfügung, in dem auf 2 bis maximal 7 Himmelskörpern lebensfreundliche Bedingungen herrschen bzw. geherrscht haben (Venus?, Erde, Mars, die Jupitermond Europa und Ganymed?, die Saturnmond Titan und Enceladus?). Allen bisher entdeckten extrasolaren Planeten ist gemeinsam, dass sie bis auf wenige Ausnahmen Riesenplaneten von jupiterartiger Natur sind, die Ihre Sonnen zumeist auch noch in zu geringen Abständen umkreisen. Auch wenn die hohe Zahl extrasolarer jupiterartiger Riesenplaneten zur Zeit noch eine Folge unserer Beobachtungstechnik ist (selbst größe oder weltraumgestützte Teleskope netdecken zuerst die Giganten), zählt zu den entscheidenden Kriterien vermutlich der geeignete Sonnenabstand - und dort sind erdartige Planeten aus Stabilitäts- und Beobaachtungsgründen bisher rar. Deshalb setzen wir in vorsichtiger Weise E=0,1
  • B: ist die Wahrscheinlichkeit, das unter geeigneten Bedingungen auch wirklich Leben entsteht; da das bei Erde und auf Grund von Analysen aus den letzten Jahren anscheinend auch beim Mars der Fall war und sogar in unterirdischen Ozeanen auf Jupiter- und Saturnmonden möglich erscheint, sind wir optimistisch und gehen davon aus, das Leben in der Regel entsteht, wenn geeignete Bedingungen da sind. Also setzen wir B=0,7
  • I: kennzeichnet die Wahrscheinlichkeit, daß sich das Leben zur intelligenten Form entwickelt und eine technische Zivilisation hervorbringt; Auf der Erde hat es das, auf dem Mars offensichtlich nicht - also 50% Wahrscheinlichkeit? Wir sind vorsichtiger und setzen nur I=0,2
  • T: die technische Lebensdauer einer Zivilisation (in Bezug zum Alter der Galaxis von etwa 8...10 Milliarden Jahren; wir benötigen ja nur die Zahl der Zivilisationen, die neben uns gleichzeitig existieren; alle ausgestorbenen und zukünftigen sind hier uninteressant); An diesem Punkt scheiden sich die Geister. Die Menschheit hat gerade einmal 200 Jahre industriell-technische Existenzdauer hinter sich und dafür mindestens 100000 Jahre Entwicklung gebraucht. Und wie lange wird es unsere Zivilisation noch geben? Zwar ist die Gefahr der Selbstvernichtung durch einen globalen atomaren Vernichtungsschlag gesunken, aber dafür tauchen am Horizont andere ernsthafte Probleme ökologischer und sozialer Art auf: wirtschaftliche Verhältnisse, die sich bislang auf eine extensive Ausschlachtung der Ressourcen unseres Planeten gründen - Klimagipfel mit lächerlichen Ergebnissen - Weltwirtschaftsgipfel nur für die reichen Länder des Nordens - ein verfeindeter gewaltbereiter egoistischer Planet mit mindestens 70 militärischen Krisenherden ... Werden wir die Jahrtausende überdauern? Können wir T = 100000 Jahre setzen?

Wenn man mit den abgeschätzten Werten kalkuliert, ergab sich eine Zahl von mindestens 14000 mit intelligenten Wesen bevölkerten Planeten nur in unserer Galaxis. Andere pessimistische Schätzungen gehen von nur ein bis zwei Zivilisationen, optimistischere Rechenbeispiele von mehreren Millionen technischer Zivilisationen in unserer Galaxis aus.

Erst in den letzen Jahren jedoch gewann die Astronomie dank verbesserter Beobachtungstechniken eine Reihe von neuen Erkenntnissen, die auch für die Zahl der möglichen Zivilisationen von Bedeutung sind und die deshalb auch in die schon betagte Green-Bank-Gleichung einfliessen müssen. Die Rede ist von den hypothetischen Monden der neuentdeckten extrasolaren Planeten, von den täglich auftretenden Gammastrahlungsausbrüchen und den offensichtlich gar nicht so seltenen Impakten von Asteroiden und Kometen auf großen Planeten und Satelliten. Ferner könnten auch nahe Supernovae eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen. Ich schlage deshalb vor, die

Green-Bank-Gleichung um folgende 4 Faktoren zu erweitern:

  • S: Zahl der für die Entwicklung von Leben geeigneter Satelliten um Planeten: planetare Satelliten sind sicher ein weiterer bedeutender Faktor, den man hinzuziehen sollte und der durchaus die Chancen für das intelligente Leben im Weltraum verändern wird. Extrapoliert man zB. die über 30 Monde unseres Saturns auf die neuentdeckten Sonnensysteme, kann man durchaus auch in der Nähe von Planeten Leben erwarten, die selbst keine Bedingungen auf ihrer Oberfläche dafür ausbilden können - nämlich auf einigen ihrer hypothetischen großen Satelliten. So könnten sogar bei Sternen mit jupiterartigen Riesenplaneten wie 70Virginis oder 47UrsaMajoris große Monde dieser Riesenplaneten lebensfreundliche Bedingungen aufweisen, weil ihre Planeten den Stern im nach unseren Maßstäben richtigen Abstand umkreisen, obwohl auf diesen Planetengiganten auf Grund ihrer physikalischen Beschaffenkeit selbst kein Leben möglich sein wird. Was die Anzahl geeigneter Monde mit lebensfreundlichen Bedingungen angeht, können wir allerdings nur mutmaßen. Ein Durchschnittswert von 2 Monden pro vorhandenem Planet erscheint legitim (demnach ist S größer 1, denn die Anzahl der Monde vergrößert den Wert E - Anteil der Planeten mit lebensfreundlichen Bedingungen); Maßstab ist hierbei unser eigenes System mit über 80 Satelliten, von denen hypothetisch die Jupitermonde Europa, Kallisto und Ganymed in ihren inneren Ozeanen oder der Saturnmond Titan in seinen Methanseen Bedingungen für das Leben bieten könnten sowie das bisherige Mittel aus den neuentdeckten Sonnensystemen mit meist mindestens einem Planeten in geeignetem Sonnenabstand - insgesamt führen also die noch unentdeckten, aber mit hoher Wahrscheinlichkeit vorhandenen Satelliten extrasolarer Planeten zu einer Vergrößerung der Zahl möglicher Zivilisationen in unserer Galaxis; Vorschlag: S=2
  • KG: Katastrophenfaktor Gammastrahlungsausbrüche: Gamma-Eruptionen, auch als Gammay-Ray-Bursts (RB) bezeichnet, wurden erst Ende des letzten Jahrtausends entdeckt und stellen eine erhebliche Gefahr für jedwedes Leben im All dar - auch für uns; durchschnittlich wird pro Tag etwa ein Gammay-Ray-Burst durch satellitengestützte Gammateleskope nachgewiesen, verteilt über die gesamte Himmelsphäre. Die Natur dieses Phänomens ist wie seine Ursache noch nicht geklärt - es könnte sich bespielsweise um Begeleiterscheinungen gigantischer Supernovaexplosionen oder Zusammenstöße von Neutronensterne handeln. Obwohl GRBs ausnahmslos extragalaktischen Ursprungs zu sein scheinen und bisher somit also weit außerhalb unseres Sternensystems stattfanden, ist jedoch fakt, daß ein Gammastrahlenblitz, der in unserer galaktischen Nähe mit Abständen bis zu einigen tausend Parsec auftreten würde, auf Grund seiner hohen Strahlungsleistung aus tödlicher Gammastrahlung die vollständige Vernichtung unserer Zivilisation und allen Lebens auf der Erde zur Folge hätte. Wie wirkten sich die Gammay-Ray-Bursts in der Entwicklung der Galaxis aus? Da unsere Galaxis einen ungefähren Radius von "nur" 9,5 Kiloparsec (bzw. 30000 Lichtjahren) besitzt, hätte ein galaktischer GRB mit seiner über tausende Lichtjahre reichenden Auswirkung auf Grund seiner unvorstellbaren Strahlungsleistung die Vernichtung von mindestens einem Zehntel allen Lebens in unserer Galaxis (unserem Sternesystem) zur Folge. Die Kernfrage ist also, wie oft tritt ein GRB in unserer Galaxis auf? Darüber kann man nur grobe Schätzungen an Hand des Verhältnisses Zahl der Galaxien im bekannten Weltraum zur Zahl der beobachteten GRBs durchführen - bei der hypothetischen Anzahl von mindestens 100 Milliarden Galaxien und einem GRB pro Tag ergibt sich statischtisch ein Wert von knapp 300 Millionen Jahren, in denen ein GRB einmal die Galaxis aufsucht und etwa 10% ihres Raumes den Tod bringt; diese Zahl korreliert übrigens recht gut mit einem Phänomen, das in der Entwicklung des Lebens ebenfalls erst in den letzten Jahren aufgedeckt wurde - dem großen Artensterben am Ende einiger Epochen der Erdzeitalter (zB. am Ende des Perms). Alle diese Zahlen sind natürlich mindestens um eine Größenordnung variabel und für die Abschätzung des Faktors KG erhält man bei einem vermuteten Alter der Galaxis von maximal 10 Milliarden Jahren nur einen ungefähren statistischen Mittelwert von KG=0,1
  • KI: Katastrophenfaktor Killerimpakte: Impakte (Einschläge) von großen Asteroiden und Kometen sind auf Planeten und ihren Monden häufiger als bisher angenommen; neuen Forschungen entsprechend ergibt sich für unseren eigenen Planeten eine Wahrscheinlichkeit von einem Killer-Impakt pro 30...50 Millionen Jahre (dh. übrigens, dass wir statistisch betrachtet nach dem Dinosaurierimpakt vor 65 Millionen Jahren längst wieder dran wären...). Als Folge von Killer-Impakten (Einschlag von Asteroiden ab einem Kilometer und Kometen ab 10 Kilometer Durchmesser) entstehen neben den gewaltigen Erdbeben und globalen Feuersbrünsten auch bis zu mehrere Kilometer (!) hohe Flutwellen und ein sich anschließender Jahrzehnte oder Jahrhunderte andauernder Impaktwinter mit Dunkelheit, Kälte und Tod (ähnlich dem nuklearen Winter, der nach einem Atomwaffeneinsatz zu erwarten ist) - man muss auf Grund dieses Szenarios nicht weiter erklären, daß eine solche Katastrophe den Tod allen höheren Lebens auf einem Planeten bedeutet. Eine solche globale Katastrophe wurde letztmalig für den Impakt am Ende der Kreidezeit nachgewiesen, als ein etwa 10km großer Asteroid an der Küste Mittelamerikas (Yucatan) einschlug und in Folge neben den Dinosauriern auch etwa 80% der restlichen Arten des Lebens auf unserer Erde vernichtete. Impakte sind also ein Evolutionsfaktor und ihre Häufigkeit bestimmt die Zahl n wesentlich mit. Zur Abschätzung des Faktors KI verallgemeinern wir grob die Wahrscheinlichkeit von einem Killerimpakt aller 50 Millionen Jahre für unsere Erde auf alle hypothetischen lebenstragenden Planeten und gehen davon aus, dass dabei nur in der Hälfte aller Fälle das höhere Leben vernichtet wird. Höheres Leben benötigte zur Entwicklung auf der Erde etwa eine Milliarde Jahre - Rückschläge durch Artenaussterben infolge des Einschlags von Killern aus dem All eingeschlossen. Dies bedeutet jedoch, daß sich das Leben auf der Erde inklusive der Hervorbringung seiner Krönung (unserer Zivilisation) vermutlich 20 mal schneller hätte entwickeln können und ohne Impakte die Erde längst von "klugen Trilobitennachfahren" oder "intelligenten Dinosauriern" bevölkert wäre. Wenn KI also tatsächlich das Tempo der Evolution verlangsamt, ergäbe sich bei einer hypothetischen Evolutionsdauer von einer Milliarde Jahre und bei einem Impakt aller 50 Millionen Jahre ein Schätzwert von KI=0,05; Erst seit wenigen Jahren jedoch wissen wir, daß Impakte trotz ihrer Zerstörungskraft auch positive Folgen für lebenstragende Planeten haben könnten - als Liefernat von neuen Lebenskeimen und als Artenvervielfacher. Wie bitte? So unglaublich das auch klingt - mittlerweile wurden in zahlreichen Meteoriden und auf Kometen organische Materialien bis hin zu Aminosäuren nachgewiesen. Nur den Impakten in grauer Vorzeit war es also zu verdanken, daß unsere Erde mit Bausteinen für das Leben überhaupt erst versorgt wurde - und diese Versorgung findet noch heute statt (zB. mit rechtsdrehenden Aminosäuren aus Meteoriden, die in unserer irdischen Natur gar nicht vorkommen!). Dieser kosmische Nachschub an organischem Material führte im Zusammenhang mit der Auslöschung von ganzen Arten durch den Impakt möglicherweise nach dem Impakt auch stets zur Entstehung neuer Arten und damit umgekeht wieder zur Beschleunigung der Evolution. Dies läßt sich belegen, wenn man die Rate der Entstehung neuer Arten von Lebewesen mit der Rate des kosmischen Bombardementes vergleicht: beide Kurven zeigen in den letzten 400 Millionen Jahren wieder deutlich nach oben (ermittelt aus der zu Stein gewordenen Geschichte der Impakte auf dem Mond an Hand der Einlagerungen im Regolit auf der Mondoberfäche). Was bedeutet dies für den Faktor KI? Er muss demnach größer sein als 0,05 - um wieviel größer, können wir jedoch zum gegenwärtigen Zeitpunkt weder berechnen als auch nicht sinnvoll schätzen. Mutmaßlich wäre dies ein realistischer Wert: KI=0,1?
  • KS: Katastrophenfaktor nahe Supernovae: ähnlich den Gammastrahlungsblitzen und den Impakten könnten nahe Supenovae - explodierende Sterne am Ende ihres Fusionszyklusses - erhebliche Auswirkungen auf die Evolution des Lebens auf anderen Planeten haben (mit "nahen Supernovae" sind Sternexplosionen bis zu wenigen Tausend Parsec Abstand gemeint). Supernovae setzen in nur wenigen Stunden so viel UV-, Röntgen- und Gammastrahlung frei, dass im nahen kosmischen Umkreis alles Leben vernichtet bzw. auf Grund der die DNA schädigenden Strahlung extremen spontanen Mutationen unterworfen wird, so daß eine technische Zivilisation ein solches Ereignis kaum überleben wird. Zur Abschätzung von KS bedienen wir uns eines heute leider noch sehr unsicheren Mittelwertes für unsere Galaxis, der eine Supernovaexplosion etwa alle 500 Jahre vorsieht (die letzten solcher Sternexplsionen fanden 1054, 1572 und 1604 statt - alte chinesische und indianische Quellen berichten von ersterer, der Astronom Johannes Kepler beobachtetet letztere zu Lebzeiten). Eine Supernova alle 500 Jahre ins Verhältnis zum Raumihalt der Galaxis von ca. 500 Kubicparsec und zum galaktischem Alter von mindestens 8 Miliarden Jahren gesetzt, ergäbe sich eine absolute Zahl von 16 Millionen Sternexplosionen und somit eine Häufigkeit von einer Supernova pro Raumsektor (Kubicparsec) in 250000 Jahren. Das jedoch bedeutet ebenso eine Verlangsamung der Evolutionsdauer durch Artenaussterben infolge Supernovae und Veränderungen durch Mutationen auf Grund der Supernovastrahlung. Für diesen Katastrophenfaktor gilt jedoch ähnliches wie für KI: Da Mutationen auch sogenannte Positivmutationen sein könnten, welche die Evolution forcieren, bedeutet eine Supernova eventuell für höhere Lebewesen das Aus - gleichzeitig eröffnen die Mutationen jedoch anderen konkurrierenden Arten vielleicht das Überleben und Weiterentwickeln. Leider ist unter diesen zahlreichen Fragezeichen die Abschätzung von KS heute noch fast unmöglich. Unter Berücksichtigung einer hypothetischen Evolutionsdauer von etwa eine Milliarde Jahre hätte sich das Leben theoretisch und statistisch gesehen zwar 4000 mal schneller entwickeln können, wenn KS also das Tempo der Evolution tatsächlich um den Faktor 0,00025 verlangsamt - wenn aber solche Strahlungsausbrüche und die ihr folgenden Mutationen die Evolution sogar beschleunigten, um wieviel größer ist dann KS? Wir wissen es nicht, denn die Auswirkungen von Supernovastrahlung auf die irdische DNA konnten bisher in keiner Weise untersucht werden. Somit zeigt sich, daß die Abschätzung für KS wohl eher zu theoretisch werden kann und deshalb letztlich alle Werte von 0,0001 bis 100 möglich sind. Bedienen wir uns eines Mittelwertes von KS=0,5?


Die betagte Green-Bank-Gleichung hätte nach Erweiterung um die oben beschriebenen neuen Faktoren folgenden Gestalt:

n = N x P x E x B x I x T x S x KG x KI x KS
n = 200Exp9 x 0,4 x 0,1 x 0,7 x 0,2 x 100Exp3/8Exp9 x 2 x 0,1 x 0,1 x 0,5
n = 140

Rechnet man unter Einbeziehung aller neuen Faktoren, sinkt n erheblich. Es ergibt sich in unserer Galaxis eine Zahl von lediglich
140 Planeten,
die heute von intelligenten Wesen bevölkerten sind.

Variiert man S und die 3 Katastrophenfaktoren um eine Größenordnung nach oben (das Leben kann Glück haben...) oder unten (das Leben ist einsam...), erhält man für pessimistische Schätzungen keine (was unserer Existenz widerspricht) und für optimistische Rechenbeispiele bis zu über einer Million technische Zivilisationen in unserer Galaxis. Da ich beim Abschätzen von Wahrscheinlichkeiten eher zu den Optimisten gehöre, halte ich einen Wert von einigen tausend bewohnten Planeten für nicht unrealistisch. Wesentlich mehr als 1,4 Millionen Zivilisationen - das zeigt unsere Wahscheinlichkeitrechnung - werden es aber keinesfalls sein.

Sicher? Einen ganz entscheidenden Faktor können wir in unserer Gleichung leider nicht berücksichtigen: den der möglichen Kolonisierung der Galaxis durch alte Völker, deren Nachkommen und automatisierte sich selbst replizierende Sonden. Niemand weiß, ob Leben und dessen intelligente Formen das Bestreben haben, das All zu besiedeln und zu kolonisieren. Wenn ja, wären unsere 140 denkbaren Zivilisationen jedoch völlig ausreichend, um in lediglich etwas mehr als 100 Millionen Jahren alle bewohnbaren Planeten und Monde der Galaxis zu kolonisieren, und zwar auch ohne Science-Fiction-Technologie wie Warp oder Wurmlöcher. Dafür genügen langsam fliegende Generationsraumschiffe, welche zwar einige Hundertausend Jahre unterwegs sein werden, doch diese geringe Geschwindigkeit ist für eine Besiedlung der Galaxis nach dem sogenannten Schneeballprinzip (Kolonien gründen neue Kolonien) innerhalb "kurzer kosmischer Zeiträume" realistisch. Falls dies bereits alte Völker in den Milliarden Jahren vor unserer Existenz getan haben, zeigen auch diese Überlegungen: die Galaxis müsste wohl eher voll sein von extrasolaren bewohnten Planeten mit technisch weit entwickelten Zivilisationen.