Bedingungen für Habitable Zonen

Nur bei gemäßigten Temperaturen kann es flüssiges Wasser geben. Flüssiges Wasser ist die Voraussetzung für Leben, so wie wir es kennen.

Befände sich die Erde näher an der Sonne, wäre es viel zu heiß, und das Wasser würde verdampfen. Wäre die Erde weiter von der Sonne entfernt, würde das Wasser zu Eis gefrieren.

In unserem Sonnensystem liegt nur die Erde innerhalb der grünen Zone. Venus und Mars liegen an ihrem inneren bzw. äußeren Rand.

Vor langer Zeit gab es wahrscheinlich auch flüssiges Wasser auf Mars und Venus, heute nicht mehr. Für die Entstehung und Entwicklung von Leben müssen viele günstige Bedingungen zusammentreffen, allein in der Grünen Zone zu liegen genügt nicht.

Mehr zur Entstehung von Leben gibt es auf der Seite 'Leben'.

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Unterschiedliche Bedingungen auf Venus, Erde und Mars

Die heiße trockene Venus

Bei Venus hat wahrscheinlich der heftige Vulkanismus dafür gesorgt, dass sich kein Wasser auf Venus halten konnte. Wohl über Jahrmillionen hinweg kamen Gase und heiße Lava aus ihrem Inneren, die nach und nach alles Wasser der Venus verdampfen ließen.

Um Venus herum entwickelte sich eine dichte Atmosphäre und eine stets geschlossene Wolkendecke. Das sorgt für einen enormen Treibhauseffekt. Venus kann ihre Wärme nicht an den Weltraum abgeben. Sie heizte sich in den letzten Millionen Jahren immer stärker auf. Heute ist sie sogar heißer als Merkur, der sonnennächste Planet!

Ohne den heftigen Vulkanismus wären die Temperaturen auf Venus für die Entwicklung von Leben günstig gewesen. Vielleicht hätten wir dann Venusianer als Nachbarn gehabt ...

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Der kalte trockene Mars

Auf Mars gibt es viele Oberflächenstrukturen, die aussehen, als seien sie vor einiger Zeit von flüssigem Wasser geformt worden. Außerdem wird unter dem Marsboden noch heute Wasser vermutet.

Leider ist der Mars zu klein, um Wasser an der Oberfläche und die Luft der Atmosphäre dauerhaft festhalten zu können. Seine Schwerkraft reicht dafür nicht aus, er ist ja nur ein Drittel so groß wie die Erde.

Ständig verliert er Teile seiner oberen Luftschichten ans Weltall, seine Atmosphäre ist ziemlich dünn. Wasser, das an die Oberfläche tritt, verdampft sofort wegen des geringen Drucks und verflüchtigt sich als Wasserdampf. Die dünne Luft kann die Wärme der Sonne kaum speichern.

Zwar kann es auf dem Mars auch mal +20° Grad werden, meist liegt seine Temperatur aber weit unter Null. Und Vulkanausbrüche scheint es seit Jahrmillionen nicht mehr gegeben zu haben.

Wäre der Mars größer, um eine dickere Luftschicht festhalten zu können, und hätte er Vulkanismus, der Wärme aus dem Planeteninneren an die Oberfläche brächte, dann

... hätten wir jetzt vielleicht Marsianer als Nachbarn ...

Aber Vorsicht: Günstige Lebensbedingungen bedeuten noch lange nicht, dass sich automatisch auch intelligentes Leben entwickelt! Unsere Nachbarn auf Venus und Mars hätten auch einfach Mikroben und Einzeller sein können, und mit denen kann man sich ja leider nicht unterhalten...

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Habitable Zonen anderer Sterne

Die Grüne Zone gilt genauso auch bei anderen Sternen. Auf der Suche nach Außerirdischen sollten wir also nach Planeten suchen, die in der Lebenszone ihres Sterns liegen. Außerhalb davon ist es sicher auch Außerirdischen zu heiß oder zu kalt ...

Wo genau der Bereich verläuft, in dem Wasser flüssig ist, hängt von der Masse und der Energieabstrahlung des Sterns ab.

Bei kleineren schwachen Sternen ist die Grüne Zone schmal und nahe bei dem Stern.

Bei großen aktiven Sternen ist der Bereich viel breiter und auch weiter vom Stern entfernt, denn in seiner Nähe ist es zu heiß. Dies alles muss bedacht werden, wenn wir uns auf die Suche nach bewohnten Welten begeben wollen.

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Habitable Zone einer Galaxie

Es gibt noch ein weiteres Kriterium, das wir bei unserer Suche beachten sollten: auch Galaxien haben eine habitable (bewohnbare) Zone.

Direkt im Bereich des Zentrums einer Galaxie wird sich höchstwahrscheinlich kein Leben herausbilden können. Hier geht es viel zu turbulent zu. Viele Sterne drängen sich zusammen. Wenn einer von ihnen am Ende seines Daseins angekommen ist und explodiert, wird er seine Umgebung und damit viele andere Sterne mit Röntgen- und Gammastrahlung bombardieren.

Für Lebewesen ist diese Strahlung tödlich. Wird ein Planet, auf dem sich gerade Leben entwickelt, davon getroffen, bedeutet das wahrscheinlich das Aus. Zumindest wirft das die Entwicklung des Lebens wieder stark zurück. Kosmische Katastrophen in der Nähe bewohnter Welten wirken sich also sehr ungünstig auf den Verlauf der Evolution aus.

Da ist es schon besser, man erblickt in einer ruhigen Ecke der Galaxis das Licht der Welt. Da passiert zwar nicht viel, spektakuläre Explosionen bleiben aus, dafür aber kann sich das Leben in aller Ruhe entwickeln. Auf der Erde hat es schließlich auch einige Milliarden Jahre bis zur Herausbildung höher entwickelter Wesen gedauert. In den mittleren bis äußeren Bereichen einer Galaxis ist die Entstehung und Weiterentwicklung von Leben also am wahrscheinlichsten.

Ganz im Außenbereich einer Galaxis wird die Entstehung von Leben kaum möglich sein, denn es benötigt ja auch eine Heimat. Die Entstehung von Planeten und Monden am Rande der Galaxien ist nicht möglich, da dort zu wenig Metalle und feste Stoffe zur Verfügung stehen. Es bilden sich Sterne ohne Planeten.

Wasser - die Fakten

• chemische Formel: H₂O
• 3 Aggregatzustände möglich:
  -> fest (Eis)
  -> flüssig (Wasser)
  -> gasförmig (Wasserdampf)
• Phasenübergänge:
  bei 0°C (fest <> flüssig) und
  bei 100°C (flüssig <> gasförmig)
• Anomalie: Wasser hat seine größte Dichte bei 4°C

• Die Erde ist zu 2/3 mit Wasser bedeckt
• Der Mensch besteht zu 70% aus Wasser, andere Lebewesen sogar bis zu 90%
• Sehr wahrscheinlich hat das Leben seinen Ursprung im Wasser genommen

• Das meiste Wasser ist zu salzig zum Trinken
• Gesamtwassermenge: 1,386 Mrd. km3, davon 96,5% Salzwasser, 3,5% Süßwasser
• Als Trinkwasser nutzbar sind nur 0,003% der gesamten Wassermenge der Erde!
• Das meiste Trinkwasser ist in den Polkappen (Nordpol und Südpol) gebunden (als Eis und Schnee)
• Ein weiterer großer Teil des Süßwassers ist als Eis in Gletschern und in Dauerfrostböden gebunden
• Wasser gibt es als Grundwasser, in Meeren, Seen, Flüssen, im Boden, in der Atmosphäre und als Bestandteil von Lebewesen

Um Verluste durch Verdunsten (schwitzen) und Ausscheidung zu ersetzen, sollte man täglich 2-3 Liter Wasser zu sich nehmen. Schon 15% Wasserverlust beeinträchtigen die Lebensfunktionen des Menschen so stark, dass er daran sterben kann.

Die Ozeane sind gigantische Energiespeicher

Das Wasser hat eine weitere ganz wichtige Funktion hier auf der Erde. Es stabilisiert die Temperaturen der Atmosphäre. Die Weltmeere speichern Sonnenenergie und bilden so ein natürliches Wärmereservoir.

Die Wärme, die das Wasser aufnimmt, wird in der Nacht und an kalten Tagen ganz langsam wieder an die Atmosphäre abgegeben. Daher kühlt die Erde nicht so rasch aus, wenn die Sonne an wolkigen Tagen und in den Nächten nicht wärmen kann. So herrschen auf der Erde global gesehen gemäßigte Temperaturen.

Welche Wirkung die Sonne hat und was passiert, wenn sie untergegangen ist, kann man in der Wüste - fernab der Ozeane - jeden Tag feststellen: Tagsüber ist es unerträglich heiß, doch sobald die Sonne untergegangen ist, fallen die Temperaturen, und es wird empfindlich kalt. Dementsprechend gibt es in Wüstengegenden nicht viele Organismen. Das fehlende Wasser und die extrem schwankenden Temperaturen machen es dem Leben schwer, sich dort zu behaupten.

Der Wasserkreislauf

Da das Wasser bei den Temperaturen, die auf der Erde herrschen, alle drei Aggregatzustände annehmen kann, erfüllt es noch eine ganz wichtige Funktion: den Wasserkreislauf.

Bei Sonneneinstrahlung erwärmen sich die Wasserflächen, ein Teil des Wassers verdunstet und gelangt als Wasserdampf in die Atmosphäre. Dort steigt der Wasserdampf auf und bildet Wolken.

Die Wolken wiederum werden von Luftströmungen (Winden) weitergetragen. Das Wasser wird also transportiert und gelangt dann als Regen oder Schnee in angrenzende oder weiter entfernt liegende Gegenden.

Das Wasser ist nun wieder am Boden angekommen, sickert in den Boden ein oder sammelt sich in Rinnsalen, die zu Bächen und später zu Flüssen werden. Diese fließen wiederum in immer tiefer liegende Landflächen, bis sie dann irgendwann auf ein Meer oder einen Ozean treffen und sich mit dessen Wasser vermischen. Somit ist der Wasserkreislauf geschlossen.

Ganz nebenbei verändert das Wasser das Antlitz der Erde. Wo es niederfällt, kann etwas wachsen. In den Regenwäldern, wo es am häufigsten regnet, finden wir auch den größten Artenreichtum an Pflanzen und Tieren. Wo es fast nie regnet, breiten sich karge Steppen und sandige Wüsten aus, in denen das Leben rar ist.

Zudem sorgt das Wasser für eine Umverteilung von Erde und Gestein. Denn auf seinem langen Weg aus den Bergen über Flusswege hin zu den Ozeanen nimmt es viel festes Material mit und lagert es an anderer Stelle wieder ab. Das ist ein Teil der Bodenerosion, durch die die Oberfläche der Erde ständig verändert wird. Auf Himmelskörpern ohne Wasserkreislauf, wie z.B. dem Mond bleibt die Oberfläche viele Milliarden Jahre erhalten und verändert sich nicht.

Die Einschlagkrater von Asteroiden sind auf dem Mond über Jahrmillionen erhalten geblieben. Auf der Erde dagegen verschwinden solche Narben mit der Zeit. Wir können davon ausgehen, dass die Erde von mindestens ebenso vielen Körpern aus dem All getroffen wurde wie der Mond. Von den allermeisten Kratern allerdings ist nichts mehr vorhanden.

Wasser gibt es nicht nur auf der Erde

Die Erde ist nicht der einzige Ort, an dem Wasser vorkommt. Bei der Suche nach Leben im Sonnensystem sind wir inzwischen auf etliche Himmelskörper gestoßen, die ein Wasserreservoir besitzen.

Merkur und Venus sind zu heiß. Dort wurde kein Wasser gefunden. Falls sie in früheren Zeiten Seen und Flüsse besaßen, ist das Wasser längst verdampft und hat sich in den Weltraum verflüchtigt.

Mars ist zwar staubtrocken, doch betrachtet man seine Oberflächenstrukturen genauer, stößt man auf Spuren, die von großen Wassermassen geprägt wurden. Doch wo ist das ganze Wasser geblieben?

Da der Mars eine geringere Schwerkraft (oder Anziehungskraft) hat als die Erde, kann er kleichte Stoffe wie Gase nicht so gut festhalten. Wahrscheinlich ist das Wasser aus der Frühzeit des Mars verdunstet und dann in den Weltraum entschwunden.

Ein großer Teil des Wassers könnte auch versickert sein und noch als Grundwasser vorhanden sein. Unter dem Marsboden werden große Wasserreservoirs vermutet. Endgültige Gewissheit könnten künftige Marsmissionen bringen.

Nicht ausgeschlossen ist außerdem der Fund von primitivem Leben im Marsgrundwasser. Es ist durchaus möglich, dass darin Bakterien und andere primitive Lebensformen enthalten sind.

Die Gasplaneten enthalten kein Wasser, dafür aber werden sie von zahlreichen Eismonden umkreist. Unter ihnen gibt es einige Kandidaten, bei denen unter dem dicken Eispanzer ein Ozean aus flüssigem Wasser vermutet wird. Die Eismonde (z.B. Jupitermond Europa) sind ein lohnendes Ziel für künftige Raumfahrtmissionen.

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Kometen bestehen zum Teil aus Eis. Gelangen sie auf ihrer Bahn in die Nähe der Sonne, beginnt das Eis zu tauen und auszugasen. Es bildet sich der berühmte Kometenschweif, der viele Millionen Kilometer lang werden kann.

Messungen haben ergeben, dass ein Kometenschweif Wasserdampf enthält. Stürzt ein Komet auf einen anderen Himmelskörper, ist das wie eine Wasserlieferung.

Es wird vermutet, dass die vielen Einschläge von Kometen in der Anfangszeit der Erde dazu beigetragen haben, dass sich nach und nach so viel Wasser auf der Erdoberfläche ansammeln konnte, wie es heute noch in Form von Ozeanen vorhanden ist. Zudem ist es möglich, dass Kometen zusammen mit dem Wasser auch Lebenskeime auf die Erde brachten.

Der Kuipergürtel könnte ein großes Wassereservoir im Sonnensystem darstellen, allerdings in gefrorener Form. So weit von der Sonne entfernt ist möglicherweise vorhandenes Wasser seit Jahrmilliarden tiefgefroren. Es taute nie und konnte sich so auch nicht ins Weltall verflüchtigen. Aus dem Kuipergürtel stammen viele Kometen, deshalb die Vermutung mit dem Eisvorrat.

So wirklich erforscht ist der Kuipergürtel bislang nicht, aber wir haben noch einen Trumpf im Ärmel. Derzeit ist die Raumsonde New Horizons auf dem Weg in die Außenbereiche des Sonnensystems. Sie wird im Jahr 2015 den Zwergplaneten Pluto untersuchen und dann weiter hinein in den Kuipergürtel fliegen. Erstmals werden wir dann dessen Himmelskörper aus nächster Nähe fotografieren und untersuchen können.