Was ein Planet braucht, um Leben aufrechtzuerhalten

"Die Venus ist zu heiß, der Mars ist zu kalt, und die Erde ist genau richtig," sagt Planetenforscher Dave Brain. Warum? In diesem witzigen TED-Talk erkundet Dave Brain die faszinierende akademische Forschung zu den Voraussetzungen eines Planeten, Leben zu beherbergen und warum die Menschheit vielleicht gerade zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist, was die Zeitschiene für lebenserhaltende Planeten anbelangt.

Ich bin wirklich froh, hier zu sein.

Ich bin froh, dass Sie hier sind,

denn es wäre sonst ein wenig seltsam.

Ich bin froh, dass wir alle hier sind.

Mit "hier", meine ich nicht hier

oder hier,

sondern hier.

Ich meine die Erde.

Mit "wir", meine ich nicht uns hier
in diesem Zuhörerraum,

sondern das Leben allgemein,

alles Leben auf der Erde --

(Lachen)

von Viel- zu Einzellern,

von Schimmel über Pilze

bis hin zu fliegenden Bären.

(Lachen)

Das Interessante ist,

die Erde ist der einzige,
uns bekannte Ort mit Leben --

8,7 Millionen Arten.

Wir suchten anderswo,

vielleicht nicht so ernsthaft wie möglich,

aber wir suchten und fanden nichts.

Die Erde ist der einzige
uns bekannte Ort mit Leben.

Ist die Erde etwas Besonderes?

Die Antwort auf diese Frage
wollte ich wissen,

seit ich ein kleines Kind war.

Ich vermute, dass es 80 %
von den Zuhörern hier genauso ging.

Um zu begreifen,

ob es Planeten in oder jenseits
unseres Sonnensystems gibt,

die sich für Leben eignen,

muss man erst verstehen,
was für das Leben nötig ist.

Es zeigt sich,
bei allen 8,7 Millionen Arten,

dass Leben nur drei Dinge benötigt.

Einerseits benötigt alles Leben
auf der Erde Energie.

Komplexe Lebensformen wie wir
beziehen unsere Energie von der Sonne,

aber Leben tief unter der Erde

kann seine Energie
aus chemischen Reaktionen erhalten.

Es gibt etliche Energiequellen
auf allen Planeten.

Andererseits benötigt alles Leben
Nahrung oder Nährstoffe.

Das scheint etwas viel verlangt,

besonders wenn man
eine saftige Tomate will.

(Lachen)

Allerdings leitet alles Leben
auf der Erde seine Nährstoffe

aus nur 6 chemischen Elementen ab

und diese Elemente kann man
auf jedem planetaren Körper

in unserem Sonnensystem finden.

Die Sache in der Mitte
ist am schwierigsten zu erlangen.

Nicht Elche, sondern Wasser.

(Lachen)

Obwohl Elche auch ziemlich cool wären.

(Lachen)

Nicht gefrorenes Wasser
und keines in gasförmigem Zustand,

sondern flüssiges Wasser.

Das braucht jegliches Leben zum Überleben.

Viele Himmelskörper im Sonnensystem
besitzen kein flüssiges Wasser.

Also hat man dort nicht gesucht.

Andere Objekte des Sonnensystems

haben vielleicht viel zu viel
flüssiges Wasser, sogar mehr als die Erde,

aber es ist unter einer
Eisschicht gefangen.

Es ist so schwierig, daran zu kommen.

Es ist sogar schwierig herauszufinden,
ob es dort irgendwelches Leben gibt.

Damit bleiben ein paar Objekte übrig,

über die man nachdenken sollte.

Vereinfachen wir das Problem.

Betrachten wir nur flüssiges Wasser
auf der Oberfläche eines Planeten.

Es gibt nur drei Himmelskörper
in unserem Sonnensystem,

an die man in puncto flüssiges Wasser
auf der Oberfläche denkt.

In der Reihenfolge ihres Abstands
zur Sonne sind das: Venus, Erde und Mars.

Man braucht eine Atmosphäre
damit Wasser flüssig ist.

Man muss sehr sorgsam
mit dieser Atmosphäre umgehen.

Bei zu viel Atmosphäre,
die zu dicht oder zu warm ist,

ist es zu heiß wie auf der Venus

und das Wasser ist nicht flüssig.

Aber bei zu wenig Atmosphäre
die zu dünn und zu kalt ist,

endet man wie der zu kalte Mars.

Also die Venus ist zu heiß,
der Mars zu kalt

und die Erde ist genau richtig.

Durch die Bilder hinter mir
kann man ohne Weiteres erkennen,

wo in unserem Sonnensystem
Leben existieren kann.

Es ist ein Problem
nach dem Goldlöckchen-Prinzip

und so einfach, dass es
ein Kind verstehen kann.

Allerdings möchte ich Sie an zwei Aspekte
der Goldlöckchen-Geschichte erinnern,

über die wir vielleicht
nicht so oft nachdenken,

hier aber wirklich wichtig sind.

Nummer eins:

Wenn die Schüssel
der Bärenmutter zu kalt ist,

als Goldlöckchen den Raum betritt,

bedeutet das, dass sie schon immer
zu kalt gewesen ist?

Könnte sie zu einem anderen Zeitpunkt
genau richtig gewesen sein?

Als Goldlöckchen den Raum betritt,
bedingt es die Antwort,

die von der Geschichte geliefert wird.

Das gleiche gilt für Planeten.

Sie sind nicht statisch. Sie wandeln sich.

Sie ändern sich.
Sie entwickeln sich weiter.

Atmosphären tun das Gleiche.

Ich gebe Ihnen ein Beispiel.

Das hier ist eines
meiner Lieblingsfotos vom Mars.

Es hat nicht die höchste Auflösung,
es ist nicht besonders reizvoll

und es ist nicht das aktuellste,

aber das Foto zeigt

in die Planetenoberfläche
gegrabene Flussbetten;

Flussbette, in denen sich flüssiges Wasser
seinen Weg gebahnt hat,

und die hunderte, tausende

oder zehntausende Jahre
zur Bildung brauchten.

Auf dem heutige Mars geht das nicht mehr.

Die Atmosphäre des Mars
ist jetzt zu dünn und zu kalt,

um Wasser flüssig zu halten.

Dieses eine Foto zeigt Ihnen:
die Atmosphäre des Mars veränderte sich.

Sie änderte sich sehr deutlich.

Der Ausgangspunkt dieser Änderung
war ein bewohnbarer Zustand,

denn die drei Voraussetzungen für Leben
waren vor langer Zeit vorhanden.

Wohin verschwand die Atmosphäre,

die Wasser gestattet,
an der Oberfläche flüssig zu sein?

Ein Gedanke ist:
sie verflüchtete sich ins All.

Atmosphärenteilchen
erhalten genug Energie,

um sich aus der Schwerkraft
des Planeten zu befreien,

verflüchtigen sich ohne Wiederkehr
in den Weltraum.

Das passiert allen Himmelskörpern
mit einer Atmosphäre.

Kometen haben Schweife,

die unglaublich sichtbar mahnen,
wie Atmosphären sich verflüchtigen.

Aber auch die Venus hat eine Atmosphäre,

die sich genauso wie beim Mars
und der Erde mit der Zeit verflüchtigt.

Es ist nur eine Frage des Ausmaßes
und der Größenordnung.

Wir möchten herausfinden,
wie viel sich mit der Zeit verflüchtigte,

um diesen Übergang erklären zu können.

Wie erhalten Atmosphärenteilchen
genug Energie für ihr Entweichen?

Es gibt zwei Wege,
wenn man es etwas vereinfacht.

Nummer eins: Sonnenlicht.

Von der Sonne abgegebenes Licht

kann von Atmosphärenteilchen
absorbiert werden

und die Teilchen erwärmen.

Ja, ich tanze gerade, aber sie --

(Lachen)

Oh mein Gott, wie nicht mal
auf meiner Hochzeit.

(Lachen)

Sie erhalten genug Energie,
um sich zu verflüchtigen

und aus der Schwerkraft des Planeten
zu befreien, nur durch Erwärmung.

Sonnenwinde sind die zweite Möglichkeit,
woraus sie Energie beziehen können.

Das sind von der Sonnenoberfläche
ausgespuckte Teilchen, Masse, Substanz,

die mit 400 Kilometern pro Sekunde
und bei Sonnenstürmen manchmal schneller

durch das Sonnensystem fliegen.

Sie rasen durch interplanetaren Raum

auf Planeten und deren Atmosphären zu

und liefern vielleicht auch Energie

für die Verflüchtigung
der Atmosphärenteilchen.

Daran bin ich interessiert,

weil es sich auf Bewohnbarkeit bezieht.

Ich erwähnte, dass es zwei Aspekte
der Goldlöckchen-Geschichte gibt,

auf die ich Sie aufmerksam machen
und erinnern will.

Der zweite Aspekt
ist ein bisschen schwieriger.

Wenn die Schüssel
des Bärenvaters zu heiß ist,

und die Schüssel der Bärenmutter zu kalt,

müsste die Schüssel des Bärenkindes
nicht noch kälter sein,

wenn man der Tendenz folgt?

Was Sie Ihr ganzes Leben akzeptierten,

ist bei näherer Betrachtung
vielleicht nicht so einfach.

Natürlich bestimmt der Abstand eines
Planeten von der Sonne seine Temperatur.

Das beeinflusst die Bewohnbarkeit.

Vielleicht gibt es noch
andere Aspekte zu beachten?

Vielleicht sind es die Schüsseln selbst,

die den Ausgang der Geschichte
mitbestimmen, was genau richtig ist.

Ich könnte Ihnen vieles

über unterschiedliche Eigenschaften
dieser drei Planeten erzählen,

die sich vielleicht
auf die Bewohnbarkeit auswirken,

aber aus Egoismus im Hinblick
auf meine eigene Forschung

und weil ich hier die Fernbedienung halte

und nicht Sie --

(Lachen)

möchte ich kurz
über Magnetfelder sprechen.

Die Erde hat eines.
Venus und Mars haben keines.

Magnetfelder werden tief im Planeteninnern

durch sich heftig bewegendes
elektrisch leitendes Material erzeugt,

das dieses große alte,
die Erde umgebende Magnetfeld aufbaut.

Wenn man einen Kompass hat,
weiß man, wo Norden ist.

Die Venus und der Mars haben das nicht.

Dort ist man mit einem Kompass --

Herzlichen Glückwunsch -- verloren.

(Lachen)

Wirkt sich das auf die Bewohnbarkeit aus?

Wie könnte es?

Viele Wissenschaftler glauben,

dass die Magnetfelder der Planeten
als Atmosphären-Schutzschilde dienen,

die Teilchen der Solarwinde vom Planeten
mit kraftfeldartiger Wirkung ablenken,

die mit der elektrischen Ladung
dieser Teilchen zu tun hat.

Ich halte es stattdessen

eher für einen Niesschutz,
wie bei Salatbars, aber für Planeten.

(Lachen)

Meine Kollegen, die das später sehen,
werden feststellen,

dass erstmals in der Geschichte
unserer Wissenschaftsgemeinde

Sonnenwinde mit Rotz gleichgesetzt wurden.

(Lachen)

Okay, die Wirkung ist also,

dass die Erde vielleicht
seit Milliarden von Jahren

wegen eines Magnetfeldes geschützt wurde.

Die Atmosphäre konnte nicht entfliehen.

Andererseits war der Mars
ohne Magnetfeld ungeschützt.

Über Milliarden von Jahren

baute sich genug Atmosphäre ab,

was für den Übergang
von einem bewohnbaren Planeten

zu dem heutigen Planeten
verantwortlich war.

Andere Wissenschaftler glauben,

dass Magnetfelder vielleicht mehr
wie Schiffssegel funktionieren

und es den Planeten ermöglicht,

mehr Energie von den Sonnenwinden
einzufangen als ohne.

Die Segel sammeln vielleicht
die Energie aus Sonnenwinden.

Die Magnetfelder sammeln vielleicht
Energie vom Sonnenwind,

was sogar mehr Verflüchtigung
der Atmosphäre zulässt.

Diese Vorstellung muss überprüft werden,

aber die Wirkung und wie es funktioniert,

scheint offensichtlich.

Denn man weiß,

dass Energie aus Sonnenwinden
in unsere Atmosphäre

hier auf der Erde deponiert wird.

Diese Energie wird
an Magnetfeldlinien entlang

zu den Polarregionen hinab geleitet,

was sehr schöne Polarlichter ergibt.

Wenn Sie sie schon mal erlebt haben,
sie sind großartig

Wir wissen, dass die Energie eindringt.

Wir bemühen uns zu messen,
wie viele Partikel entkommen

und ob das Magnetfeld,
das irgendwie beeinflusst.

Ich habe Ihnen ein Problem dargestellt,

habe aber noch keine Lösung dafür.

Wir haben keine Lösung.

Aber wir arbeiten daran.
Wie wir das machen?

Wir haben Raumsonden
zu allen drei Planeten geschickt.

Manche bewegen sich auf einer Umlaufbahn

wie die Raumsonde MAVEN,
die derzeit den Mars umkreist.

Mit der ich befasst bin
und die von hier aus,

der University of Colorado, gelenkt wird.

Sie wurde entworfen,

um den Atmosphärenverlust zu messen.

Wir haben ähnliche Messungen
von der Venus und der Erde.

Sobald wir alle Meßergebnisse haben,

können wir alle miteinander kombinieren
und verstehen, wie alle drei Planeten

mit dem Weltraum, mit ihrer Umgebung
in Wechselwirkung stehen.

Wir können bestimmen,

ob Magnetfelder für die Bewohnbarkeit
wichtig sind oder nicht.

Warum sollte Sie sich
für die Antwort interessieren?

Mich interessiert es zutiefst ...

und auch finanziell, aber zutiefst.

(Lachen)

Erstens wird uns die Antwort
auf diese Frage

mehr über die drei Planeten
Venus, Erde und Mars beibringen.

Nicht nur wie ihre Wechselwirkung
mit ihrer Umgebung heute ist,

sondern wie sie vor Milliarden
von Jahren waren.

Ob sie vor langer Zeit
bewohnbar waren oder nicht.

Es wird uns etwas
über Atmosphären lehren,

die uns umgeben und uns vertraut sind.

Außerdem kann man das,
was man durch diese Planeten erfährt,

auf Atmosphären überall anwenden,

einschließlich der Planeten, die man
jetzt um andere Sterne beobachtet.

Zum Beispiel hat die Raumsonde "Kepler",

die in Boulder gebaut und gesteuert wurde,

einen briefmarkengroßen Himmelsabschnitt
bis jetzt ein paar Jahre beobachtet.

Es wurden tausende Planeten

in einem briefmarkengroßen Abschnitt
des Himmels gefunden,

von dem wir glauben, dass er sich nicht
von jedem anderen Abschnitt unterscheidet.

20 Jahre führten uns

von der Kenntnis von 0 Planeten
außerhalb unseres Sonnensystems

zu mittlerweise so vielen,

dass wir nicht wissen,
welchen wir zuerst untersuchen sollen.

Wir sind für jede Hilfe dankbar.

Tatsächlich glaubt man nun aufgrund
der Beobachtungen der "Kepler"-Sonde

und ähnlicher Beobachtungen,

dass von den 200 Milliarden Sternen
in der Milchstraße allein,

durchschnittlich jeder Stern
zumindest einen Planeten hat.

Zudem legen Schätzungen nahe,

dass es zwischen 40 und 100 Milliarden
von diesen Planeten gibt,

die man als bewohnbar definieren würde --

nur in unserer Galaxie.

Wir haben Beobachtungen dieser Planeten,

aber wir wissen noch nicht,
welche bewohnbar sind.

Es ist ein wenig so, wie wenn man
auf einem roten Punkt gefangen ist --

(Lachen)

auf einer Bühne.

Man weiß, dass es da draußen
andere Welten gibt

und man will verzweifelt,
mehr über sie erfahren,

will sie befragen und herausfinden,
ob vielleicht nur einer oder zwei davon

ein bisschen wie man selbst ist.

Man kann das nicht tun.
Man kann dort nicht hin -- noch nicht.

Also muss man die Werkzeuge einsetzen,

die man um sich herum für die Venus,
die Erde und den Mars entwickelt hat.

Man muss sie auf diese
und andere Situationen anwenden

und hoffen, dass man vernünftige
Schlussfolgerungen aus den Daten zieht.

Dass man die besten Kandidaten
als bewohnbare Planeten bestimmen kann

und diejenigen, die keine sind.

Zum Schluss, zumindest für jetzt:

Das ist unser roter Punkt, genau hier.

Das ist der einzige Planet,
von dessen Bewohnbarkeit man weiß,

obwohl man sehr bald
von weiteren erfahren wird.

Aber bis jetzt ist das
der einzige bewohnbare Planet.

Das ist unser roter Punkt.

Ich bin sehr froh, dass wir hier sind.

Danke.

(Applaus)