Das Leben im Universum
Claudius Gros
Institut für theoretische Physik
Goethe-Universität Frankfurt a.M.
Übersicht
Kurze Vorbemerkungen
- Das Leben im Hier und Jetzt
- Das Fermi Paradox
Das Leben auf der Erde
- Die Erde im Kosmos
- Die großen Ereignisse und Fragen
- Woher kommt das Wasser?
- Woher kommen die Kontinente?
- Die große Oxidation
- Schneeball-Erde
- Die kambrische Explosion
Das Leben im Kosmos
- Die Elemente des Lebens
- Ein Universum von Exo-Planeten
- Das Genesis Projekt
Sind wir alleine?
|
[Wikipedia]
100 000 | Lichtjahre Durchmesser |
1 000 | Lichtjahre dick |
| |
100-400 | Milliarden Sterne |
??-??? | Milliarden Planeten |
einmal rund herum in 250
Millionen Jahren
|
Intelligentes Leben in der Milchstraße
Das Fermi Paradox
- zwei Dinge passierten 1950
- Abfallkörbe verschwanden mysteriös aus dem
Central Park
- es wurde ein UFO über New York gesichtet
The New Yorker, 1950
Enrico Fermi
Wo sind sie alle?
Das Leben auf der Erde
- vom Urknall bis zur kambrischen Explosion -
Sind böse Aliens auch Lebewesen?
Science Fiction 1995 TV-Serie
Space: Above and Beyond
Eröffnungssequenz vom Staffel-Finale
One day, before there where days,
everthing, before there was anything.
Was bisher geschah (im Universum)
| Zeitskalen (Milliarden Jahre) |
Evolution |
0.5-4.0 |
geologisch |
4.5 |
kosmisch |
13.7 |
Fiel das Wasser vom Himmel?
3.8-4.4: 'das große Bombardement'
[D. Aiguilar]
Kam das Wasser durch Kometen auf die Erde?
Die Kontinente fielen nicht vom Himmel
am Anfang gab es nur geschmolzen Kruste
- Kontinente mussten erst wachsen
- Plattentektonik + Wasser (+Leben)
ohne Kontinente nur Wasser
- globaler Ozeane wäre 2.9km tief
Exoplaneten?
[Patchett & Clement, 2002]
Wie kam der Sauerstoff in die Atmosphäre?
am Anfang aller Tage
Erdkruste: | $ \ $ 46% $ \ $ | Sauerstoff |
Atmosphäre: | $ \ $ 0% $ \ $ | Sauerstoff (nur Stickstoff) |
damals: 0%
$\ \color{darkGreen} \Longrightarrow \ $
heute: 21%
[lifeadrift]
aller Sauerstoff ist biologischen Ursprungs
Mikroben, Pankton, Pflanzen, . . .
aber
das Leben hat 25 mal mehr Sauerstoff produziert
als heute in der Atmosphäre ist
Die große Oxidierung
vor 2.45 Milliarden Jahren:
starker Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre
kein Eisen mehr da?
Plattentektonik aktiviert?
- Ozeanboden als Kohlenstoffsenke
Folgen:
- Methan (CH4) eliminiert
- Erde wird blau und kalt
- Schneeball-Erde
[A.L. Sessions, Current Biology ‘09]
Schneeball-Erde ('Hoth' - Star Wars)
nach der großen Oxidierung (2.45) wurde es kälter
[climategate]
100-300 Millionen Jahre –
CO2 Anstieg (Vulkane)
Wie lange hat es gedauert, das mit dem Leben?
sehr schnell
einfache Zellen
fast sofort
sehr langsam
4 Milliarden Jahre lang nur im Wasser
Die Kambrische Explosion
545-480: starker Anstieg der Artenvielfalt -
Besiedlung der Kontinente
[Leonard Eisenberg]
Urmünder (Protostomia)
| Plattwürmer, Tintenfische, Muscheln, Schnecken, Hunderfüßler, ...
|
Stachelhäuter (Echinodermata)
| Seesterne, Seeigel, ...
|
Zeitskalen des Lebens
Frage
war die Entwicklung des Lebens auf der Erde
schnell oder langsam?
Antwort
wir wissen es nicht
Das Leben im Universum
- Bausteine des Lebens -
Habitabel - lebensfreundlich
da, wo das Wasser fließt
[Orbiting Frog]
- auf den Abstand
zu Sonne kommt es an!
- kein Leben ohne flüssiges Wasser
Zone des Lebens in der Milchstraße
Elemente des Lebens
$\ $Mensch$\ $ | $\ $ Ca: 1.5%$\ $ |
$\ $P: 1.2%$\ $ | $\ $Ka: 0.2%$\ $ |
$\ $Cl: 0.2% $\ $ | $\ $ Na: 0.1%$\ $ |
$\ $Erde $\ $ | $\ $ Fe: 32%$\ $ |
$\ $O: 30%$\ $ | $\ $Si: 15%$\ $ |
$\ $Mg: 14% $\ $ | |
... gibt es in Hülle und Fülle!
Cocktail des Lebens
Leben braucht
flüssiges Wasser
habitable Zonen + Exoplaneten |
|
schwere Elemente
überall im Kosmos vorhanden
geologische Prozesse + Biosphäre |
|
Zeit
geologische Prozesse + Evolution |
|
Wieviel Zeit braucht Leben?
Das Leben im Universum
- Exoplaneten -
ferne Welten – Exoplaneten
[Spaceart]
[Caltech]
Exoplaneten - wie findet man sie?
Transit, Bedeckung
Radialbewegung
[NASA]
[ESO]
Heiße und kalte Welten
[Kepler/Seti]
Diamanten-Planet 55 Canrci e
[NASA]
41 Lichtjahre Entfernung
- 2100 Grad heiß – 1/3 Diamant?
- Länge des Jahres: 18 Erdtage
- Masse: 8 × Erde
Magma Planet UCF-1.01
33 Lichtjahre Entfernung, Stern: GJ 436
- 600 Grad heiß, Oberfläche aufgeschmolzen?
- Länge des Jahres: 1.4 Erdtage
- Durchmesser: 65% Erde
[NASA]
Kepler-16b (’Tatooine’ - Star Wars)
- zwei Sonnen, A und
B
- 200 Lichtjahre entfernt
- Gasriese
[NASA]
Exoplaneten in der lebensfreundlichen Zone
[NASA/IPL]
Welten wie die Erde?
Studie von 122 Sonnen-ähnlichen Sternen
[Harward et al., Science ‘10; Keck]
|
25-30% aller Sonnen-ähnlicher
Sterne haben Erd-ähnliche Planeten
|
100-300 Milliarden Sterne in der Milchstraße
$\displaystyle
\left.\begin{array}{rl}
20\% & \mbox{wie unsere Sonne} \\
25-30\% & \mbox{haben Gesteinsplaneten}
\end{array}\right\}$
|
4-18 Milliarden Erden?
|
Habitable Welten?
Studie von 102 roten Zwergen
ca. 40% aller roten Zwerge
haben Erd-ähnliche Planeten
in habitablen Zonen
[ESO - HARPS (2012)]
|
Gliese 581 d
|
100-300 Milliarden Sterne in der Milchstraße
$\displaystyle
\left.\begin{array}{rl}
80\% & \mbox{rote Zwerge} \\
40\% & \mbox{haben Gesteinsplaneten}
\end{array}\right\}$
|
30-100 Milliarden Erden?
|
Was wissen wir über Exoplaneten?
- Welten in Überfluss:$\quad$
groß / klein
-
kalt / warm
-
nah / fern
-
(..) / (..)
- Wasser & Elemente universell vorhanden
- Geologie?
-
Habitabel?
-
Wie lange?
[NASA]
Das Leben im Universum
- Das Genesis Projekt -
Einheimisches Leben auf ferne Welten
so unterschiedliche Welten
- habitable Planeten
- primitiven Lebensformen
:: Erde für 2-4 Milliarden Jahre
- höheren Lebensformen
:: Erde seit der kambrischen Explosion
- temporär habitable Planeten
- z.B. 500 Millionen Jahre
⇒ zu wenig für eigenes Leben?
- fast habitable Planeten
- ...
[NASA]
Irdisches Leben auf fernen Welten
irdisches Leben könnte sich auf fernen Welten entfalten
dazu brauchen wir:
» Wissen über Exoplaneten
» ein Genlabor
» viel Zeit
interstellare Raumfahrt ohne Menschen
[Wikipedia]
- machbar / vergleichsweise billig
- Generationenvertrag
[WASP-18b, National Geographic]
Die Frage nach dem warum?
Warum sollten wir uns die Mühe machen,
dem iridischen Leben die Möglichkeit zu geben,
sich auch auf fernen Welten zu entwickeln?
[ESA]