Das Allen Telescope Array in Nordkalifornien ist für astronomische Beobachtungen und die gleichzeitige Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) bestimmt.(Bildnachweis: Seth Shostak/SETI Institute)
Das Universum sollte entweder voll von Leben sein oder kaum Leben beherbergen, so eine neue Studie, die die Drake-Gleichung mit Hilfe probabilistischer Logik überarbeitet.
Ein gängiges Axiom bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) ist, dass, wenn wir technologisch fortgeschrittene Außerirdische entdecken, es wahrscheinlich viele, viele Fälle von außerirdischem Leben gibt und nicht nur zwei Fälle (uns und die neue Entdeckung).
In einer neuen Arbeit beschreiben die Astronomen David Kipping von der Columbia University in New York und Geraint Lewis von der University of Sydney, wie diese Logik funktioniert, die auf einer Wahrscheinlichkeitsverteilung beruht, die erstmals 1932 von dem Biologen und Mathematiker J. B. S. Haldane eingeführt wurde. Stellen wir uns einen Haufen erdähnlicher Exoplaneten vor, die alle ähnliche Merkmale aufweisen. Angesichts ihrer geringen Unterschiede würden wir erwarten, dass entweder auf allen oder auf keinem von ihnen Leben entsteht; es gibt keinen offensichtlichen Grund, warum zum Beispiel die Hälfte dieser nahezu identischen Planeten Leben beherbergen sollte und die andere Hälfte nicht.
Die U-förmige Wahrscheinlichkeitsverteilung der Haldane-Priorität. Die wahrscheinlichsten Szenarien sind entweder ein Universum mit wenig oder keinem anderen Leben oder ein überfülltes Universum mit ETI überall. (Bildnachweis: David Kipping/Geraint Lewis)
Wir können dann die verschiedenen Ergebnisse in einem U-förmigen Diagramm darstellen, wobei die Wahrscheinlichkeit auf der y-Achse und der Anteil der Planeten mit Leben auf der x-Achse liegt. Die beiden Zacken der U-Form entsprechen keinem oder sehr wenigen Planeten mit Leben und vielen Planeten mit Leben. Das Tal der U-Form, das einer geringen Wahrscheinlichkeit entspricht, stellt die Hälfte der Planeten mit Leben dar.
Kipping und Lewis haben Haldanes Logik auf die berühmte Drake-Gleichung zurückgeführt. Die Drake-Gleichung wurde von dem Astronomen Frank Drake im Vorfeld der allerersten SETI-Konferenz am Green Bank Observatory im Jahr 1961 entwickelt, um dem Workshop eine Agenda zu geben, und hat sich in der Folge verselbständigt, indem sie zur Schätzung der Anzahl technologischer Lebensformen in der Milchstraßengalaxie verwendet wird.
Die Drake-Gleichung lautet N = R* x fp x ne x fl x fi x fc x L, wobei N die Anzahl der Zivilisationen, R* die Sternentstehungsrate, fp der Anteil der Sterne mit Planeten, ne die Anzahl der potenziell bewohnbaren Planeten, fl der Anteil der potenziell bewohnbaren Planeten, auf denen sich Leben entwickelt, fi der Anteil, der „intelligentes“ Leben entwickelt, fc der Anteil, der kommunikatives Leben hat, und L die durchschnittliche Lebensdauer der Zivilisationen ist.
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Astronomen kennen die Sternentstehungsrate (weniger als 10 Sonnenmassen pro Jahr in unserer Galaxie) und den Anteil der Sterne, die Planeten haben (fast jeder Stern hat Planeten), sehr gut. Die Anzahl der potenziell bewohnbaren Planeten ist weniger gut bekannt, aber die Astronomen erfahren jeden Tag mehr über sie, da sie mit dem James-Webb-Weltraumteleskop exoplanetare Atmosphären untersuchen und diese Welten charakterisieren. Die Werte der anderen vier Terme sind nach wie vor ein völliges Rätsel, was jeden Versuch, die Drake-Gleichung anzuwenden, unbefriedigend macht, weil so viel davon reine Spekulation ist.
Kipping und Lewis weisen jedoch darauf hin, dass die ersten sechs Terme der Drake-Gleichung die „Geburt“ dessen beschreiben, was sie als extraterrestrische technologische Instanziierungen oder ETI bezeichnen. Auf diese Weise beziehen sie sich auf technologisches außerirdisches Leben und umgehen Begriffe wie „Zivilisationen“, „Spezies“ und „Intelligenz“, die sich nicht nur als problematisch erwiesen haben (wie definieren wir z. B. Intelligenz?), sondern bei der Beschreibung außerirdischen Lebens auch ungenau sein können. Der letzte Begriff, L, bezieht sich auf den „Tod“ bzw. das Verschwinden von ETI.
Die Aufteilung der Terme der Drake-Gleichung auf diese Weise hat es Kipping und Lewis ermöglicht, die Formel zu vereinfachen, so dass sie lautet Die zeitlich gemittelte Anzahl von ETIs in der Galaxie ist gleich der Geburtsrate von ETIs multipliziert mit ihrer Sterberate.
„Das Schöne an unserem Ansatz ist, dass er völlig allgemein ist“, so Kipping gegenüber kosmischeweiten.de. Das bedeutet, dass wir uns keine Gedanken über die Terme der Drake-Gleichung machen müssen, die wir nicht kennen.
„Wir gehen nicht von einem bestimmten Mechanismus oder einer bestimmten Art der Geburt aus“, so Kipping weiter. „Die Geburten könnten durch spontane Emergenz, Panspermie, Imperiumsbildung oder was auch immer erfolgen – es gibt einfach eine Geburtenrate.“
Kipping und Lewis gehen von einer so genannten stationären Drake-Gleichung aus, bei der die Geburten- und Sterberaten in einem Gleichgewicht, das unweigerlich erreicht wird, sobald genügend Zeit verstrichen ist, ungefähr gleich hoch sind. Die beiden Astronomen setzen dies dann in Beziehung zu Haldanes Prior (ein „Prior“ ist die Bezeichnung für eine Art von Wahrscheinlichkeitsverteilung, wie z. B. die U-förmige Kurve), und zwar über ein Merkmal, das als Besetzungsanteil F bezeichnet wird. Im Beispiel des Exoplaneten, das weiter oben in diesem Artikel erwähnt wurde, würde ein hoher Wert von F – nahe bei 1 – bedeuten, dass jeder Planet Leben hat, und ein niedriger Wert – nahe bei oder gleich 0 – würde bedeuten, dass es auf keinem Planeten Leben gibt.
Das Problem der SETI-Wissenschaftler ist, dass F aufgrund der bisherigen Beobachtungen wahrscheinlich nicht nahe bei 1 liegt; andernfalls hätten wir schon längst bemerkt, dass wir nicht allein sind, wenn man davon ausgeht, dass intelligente Außerirdische sich geschickt über die Galaxie ausbreiten, Megastrukturen wie Dyson-Schwärme bauen und Funksignale aussenden. Das heißt, wenn wir wirklich nicht allein im Universum sind, dann muss der Besetzungsgrad näher bei 0,5 liegen, was ihn in das unwahrscheinliche Tal der U-förmigen Kurve bringt. Auf der Grundlage dieser U-Form ist es wahrscheinlich, dass wir relativ allein sind – dass technologisches Leben anderswo im Universum selten ist.
„Das sind Instanzen von Leben, die erstens durch die Signale, die sie erzeugen, und zweitens durch ihre Kolonisierung, wo sie durch Megastrukturen sichtbar werden, offensichtlich werden“, so Lewis gegenüber kosmischeweiten.de. „Wenn eine solche ETI im Leben der Milchstraße entstanden wäre, dann könnten sie in 10 bis 100 Millionen Jahren die gesamte Galaxie kolonisiert haben, und auch nach ihrem Untergang wären ihre Trümmer noch lange Zeit vorhanden. Die Tatsache, dass wir dort draußen nichts sehen, bedeutet, dass sie, falls sie existierten, vor langer Zeit verschwunden sind und ihre Signaturen zerfallen sind, und wir sind wieder bei unserer ursprünglichen Prämisse – ETIs scheinen in Zeit und Raum selten zu sein.“
Doch Kipping und Lewis plädieren nicht dafür, SETI aufzugeben. Wenn wir das Fehlen von Beweisen für einen Moment ignorieren, sagt die Drake-Gleichung im stationären Zustand ein überfülltes Universum als ebenso wahrscheinlich voraus wie eines, in dem wir einsam sind. In einem überfüllten Universum muss der Besetzungsgrad nahe bei 1 liegen, und vielleicht ist dies unter bestimmten Umständen noch möglich. Vielleicht bleibt die ETI in ihrer eigenen Region, und unser Sonnensystem befindet sich zufällig in einer Region, in die sich noch niemand ausgebreitet hat. Das würde bedeuten, dass die Außerirdischen ziemlich weit weg sind und unsere Strategie, nach ihnen in der Nähe von Sternen zu suchen, die falsche ist. Diese bewohnten Regionen könnten in anderen Galaxien deutlicher zu erkennen sein. „Ich würde auf jeden Fall für extragalaktisches SETI plädieren“, sagt Kipping.
Oder vielleicht sind interstellare Reisen und der Bau von Megastrukturen zu schwierig, oder vielleicht sind sie von einer ETI, die eine sparsamere, weniger koloniale Existenz führt, gar nicht erwünscht. Und was die fehlende Entdeckung von Radio- oder optischen Signalen angeht, so hatte SETI bisher kaum die Ressourcen, um besonders umfassend zu suchen, und wir könnten leicht ein Signal übersehen haben.
Es ist auch möglich, dass es viel komplexes Leben gibt, aber dass die Entwicklung von technologischem Leben selten ist.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Geburten- und Sterberaten von ETI noch nicht einen Gleichgewichtszustand erreicht haben, was bedeutet, dass noch Zeit für neue ETI bleibt, um auf der Bildfläche zu erscheinen und den Besetzungsanteil zu erhöhen. Angesichts des Alters des Universums und der endlichen Lebensdauer einer ETI erscheint dies jedoch unwahrscheinlich.
Die Forschungsarbeit ist derzeit als Vorabdruck verfügbar und wurde beim International Journal of Astrobiology zur begutachteten Veröffentlichung eingereicht.
