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Kürzlich berichtete CNN, dass die neueste Entdeckung zeigt, dass die dicken sauren Wolken der Venus „Phosphin, ein Gas, das Leben auf der Erde bedeutet“, in der Atmosphäre der Venus ebenfalls entdeckt wurden. Sowohl Phosphin als auch Ammoniak gelten als Marker für Leben auf Exoplaneten, und die Entdeckung löste Spekulationen über die Existenz von Leben auf der Venus aus.

Sind wir also allein im Universum?

Der folgende Inhalt ist ein Auszug aus „Die ultimative Frage der Astronomie: Wer sind wir, woher kommen wir und wohin werden wir gehen“, der gegenüber dem Originaltext gekürzt und geändert wurde. Die im Artikel verwendeten Abbildungen stammen aus diesem Buch. Veröffentlichung mit Genehmigung des Herausgebers.

„Die ultimative Frage in der Astronomie: Wer sind wir, woher kommen wir und wohin gehen wir?“, [US] Neil deGrasse Tyson [US] James Tryfield, Fu Lei, Hu Fanghao und Wang Übersetzt von Ke Chao, Juli 2023 Ausgabe von Jiangsu Phoenix Science and Technology Press.

Wer Fragen wie „Was ist Leben“ und „Sind wir allein?“ beantworten möchte, wird zwangsläufig durch sein eigenes Wissen eingeschränkt: Die einzige große Kategorie des Lebens, die wir kennen oder bisher untersucht haben, existiert nur auf der Erde. Aber Leben auf Exoplaneten könnte anders aussehen und funktionieren als alles, was jemals zuvor beobachtet wurde, und um die Suche nach Leben dort fortzusetzen, müssen wir unsere kurzsichtigen Tendenzen anerkennen.

Vor langer Zeit, vor dem Aufkommen der DNA-Sequenzierung und anderer Biotechnologien, teilten wir das Leben in zwei Kategorien ein: Pflanzen und Tiere. Doch später erfuhren wir, dass die Vielfalt ein- und mehrzelliger Organismen auf diesem Planeten atemberaubend ist. Dennoch haben alle bekannten Lebensformen auf der Erde, darunter Tiere, Pflanzen, Protisten, Pilze, Archaeen und Bakterien, eine gemeinsame chemische Grundstruktur, das heißt, sie sind alle um Kohlenstoffatome als Rückgrat herum aufgebaut. Daher ist es verständlich, dass die Menschen denken, dass alle Lebewesen auf diese Weise strukturiert sein müssen – dass alles Leben auf Kohlenstoff basiert, genau wie die Lebensformen in unserer Welt.

In Hollywood-Science-Fiction-Filmen erscheinen Außerirdische meist in humanoiden Formen, was eine Tendenz zur Selbstbezogenheit zeigt. Warum müssen Außerirdische wie Menschen Zähne, Schultern und Finger haben? Und warum müssen Außerirdische auf der Erde wie Pflanzen oder Tiere aussehen? Wenn sich die Außerirdischen im Universum noch stärker von uns unterscheiden als wir von E. coli, wie könnte dann außerirdisches Leben aussehen?

Sind wir allein? Die menschliche Natur treibt uns dazu, nach oben zu schauen und nachzudenken.

Zwei Wege der Lebensentwicklung, die sich von unseren unterscheiden

Lassen Sie uns gemeinsam zwei Wege der Lebensentwicklung erkunden, die sich von unseren unterscheiden.

Leben kann auf anderen Atomen als Kohlenstoffatomen basieren. Ein unter Science-Fiction-Autoren beliebtes Beispiel ist Leben auf Siliziumbasis.

Silizium ist eine attraktive Alternative zu Kohlenstoff, da seine elektronische Struktur dem Kohlenstoff ähnelt.

Da es sich im Periodensystem direkt unterhalb von Kohlenstoff befindet, kann es sich auch chemisch an vier verschiedene Atome binden, was eine nützliche Eigenschaft für den Aufbau komplexer Moleküle wie DNA ist. Aber Siliziumbindungen sind tendenziell stärker als Kohlenstoffbindungen, wodurch es weniger wahrscheinlich ist, dass sich komplexe Moleküle und damit komplexes Leben bilden.

Ein zweiter Weg zur Entwicklung von Leben, der sich von dem unterscheidet, was wir wissen, besteht darin, dass Leben in einer flüssigen Umgebung entstanden sein könnte, die nicht aus Wasser besteht. Wir kennen mindestens einen Ort, an dem es Seen gibt, die nicht aus Wasser bestehen: Saturns größter Mond Titan, der der einzige bekannte Planet im Sonnensystem ist, auf dessen Oberfläche sich eine fließende Flüssigkeit befindet. Wie bereits erwähnt, erstrecken sich in einer Umgebung von minus 180 Grad Celsius auf der Oberfläche des Titans Seen aus flüssigem Methan und Ethan bis zu seinen Polen. Zum Vergleich: Die kälteste auf der Erde gemessene Temperatur (gemessen in der Antarktis) beträgt minus 89 Grad Celsius.

Im Gegensatz zu Titans extrem kalter Umgebung können wir uns auch einen Exoplaneten vorstellen, dessen Oberfläche mit geschmolzenem Gestein bedeckt ist und in sengenden Öfen Leben gedeiht. Wir wissen einfach nicht, welche komplexen chemischen Reaktionen bei solch extremen Temperaturen ablaufen, und es könnte sein, dass dort etwas völlig Unerwartetes darauf wartet, entdeckt zu werden.

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten 55 Cancri e. Er umkreist seinen Mutterstern sehr nahe und ist gezeitengebunden, so dass die gesamte dem Mutterstern zugewandte Oberfläche wahrscheinlich mit kochendem Magma bedeckt ist.

Bisher haben wir das Leben nur auf der Grundlage chemischer Reaktionen betrachtet, die wir chemische Präferenzen nennen. Einfallsreiche Wissenschaftler haben jedoch über die komplexen Strukturen völlig unterschiedlicher Lebensformen spekuliert, etwa über die Wechselwirkung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern oder die elektrostatischen Kräfte zwischen Staubkörnern in interstellaren Wolken. Wie würde diese Lebensform aussehen? Wenn wir sie überhaupt mit unseren abgestumpften menschlichen Sinnen wahrnehmen können, könnten sie für alle außer den aufgeschlossensten Denkern unverständlich sein.

Die überraschende Bandbreite möglicher Lebensformen auf unzähligen Exoplaneten im gesamten Universum liefert uns überzeugende Beweise dafür, dass Leben, ob intelligent oder nicht, nicht nur auf der Erde existiert und ohne es nicht existieren kann, obwohl Lebensformen auf der Erde aus einer Reihe von Formen hervorgegangen sind unwahrscheinliche, seltene Ereignisse.

Es besteht kein Zweifel, dass wir Menschen uns nicht gerne als allein betrachten. Vor langer Zeit haben wir Wesen am Himmel arrangiert – Götter, Dämonen, Außerirdische … Unsere Fantasie ist grenzenlos.

Der Glanz der Sonne als potenzieller Lebensraum für Leben schwindet

Erst im 20. Jahrhundert verfügten wir über die Technologie, um mithilfe der Wissenschaft unsere Überzeugungen über anderes Leben zu testen. Im 18. Jahrhundert glaubten einige Astronomen, dass die Sonne kohlenstoffbasiertes Leben beherbergen könnte. Natürlich leben diese Wesen nicht auf der heißen Oberfläche der Sonne, sondern im festen Inneren der Sonne, wo sie ihrer Meinung nach existieren müssen. Manche stellten sich sogar vor, dass man, wenn man sein Teleskop in die richtige Richtung richtete, durch die Sonnenflecken hindurch auf ein bewohntes Dorf unten sehen könnte. Schließlich beherrschten und verstanden wir zu diesem Zeitpunkt die Thermodynamik, einen Teilbereich der Physik, noch nicht. Die Thermodynamik sagt uns, dass die Hitze, die von einem kochenden Äußeren erzeugt wird, jedes Dorf im Inneren verdampfen lässt.

Mit der Zeit verblasste der Glanz der Sonne als potenzieller Lebensraum für Leben, aber es tauchten andere seltsame Ideen auf. Beispielsweise veröffentlichte der Engländer Thomas Dick 1837 ein Buch mit einem übertriebenen Titel: „Celestial Landscapes“ oder „The Miracles Revealed by the Planetary Systems, Explaining the Perfection of God and the Diversity of the World“. In diesem Buch behauptet er, dass wir Menschen finden könnten, die in den Ringen des Saturn leben.

In dem Roman „Der erste Mensch auf dem Mond“ von Herbert George Wells aus dem Jahr 1901 und dem gleichnamigen Film aus dem Jahr 1964 begegneten Menschen auf dem Mond unter der Oberfläche insektenähnlichen Mondmenschen.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubten viele Menschen noch, dass es Leben auf dem Mond, dem Mars und der Venus gäbe. Beispielsweise erzählte Welles, der vor allem für sein Frühwerk „Krieg der Welten“ bekannte Schriftsteller, 1901 die Geschichte eines britischen Gentlemans, der auf der Suche nach einer atembaren Atmosphäre zum Mond reist und dort auf einen Mann trifft, den er den Selenium Man nennt ( Die Geschichte der Rasse der Seleniten. Dieser Glaube gewann an Autorität, als der berühmte amerikanische Astronom Percival Lowell begann, Bücher über seine Beobachtungen des Mars zu veröffentlichen. Lowell stellte sich den Roten Planeten als Heimat einer sterbenden Zivilisation vor, mit einem Netzwerk von Kanälen, die Wasser von den Polen zum Äquator transportieren – eine weitere verlorene Vorstellung vom Leben auf dem Mars.

Heute wissen wir, dass Leben (höchstwahrscheinlich mikrobielles) am wahrscheinlichsten in den unterirdischen Ozeanen von Monden wie Europa zu finden ist, und es gibt auch schwache Hoffnung in den Grundwasserleitern unter der Oberfläche des Mars.

Wissenschaftler, die das Leben erforschen, müssen mit Hindernissen umgehen, die für ihr Fachgebiet einzigartig sind. Öffentlich feiern wir die Artenvielfalt des Planeten, aber privat beklagen wir, dass alles auf einen einzigen Ursprung, eine einzige Instanz des Lebens zurückgeführt werden kann.

Es gibt mehr als 100 kugelförmige Objekte im Sonnensystem, die mit der Erde verglichen und gegenübergestellt werden können, und die Erde ist nur eines davon. Das ist übrigens der Grund, warum Geologie-Abteilungen an unseren Universitäten so selten geworden sind – sie haben sich zu Abteilungen für Planetenwissenschaften entwickelt.

Biologen haben diesen Luxus jedoch nicht. Jedes Lebewesen auf der Erde verfügt über die gleichen chemischen Abläufe, die von DNA-Molekülen gesteuert werden. Dies macht deutlich, dass wir uns alle aus einer einzigen primitiven Vorläuferzelle entwickelt haben, die vor Milliarden von Jahren in den Ozeanen der Erde entstand.

Warum ist das wichtig? Stellen Sie sich vor, das einzige Wasserlebewesen, das Sie jemals gesehen hätten, wäre ein Goldfisch. Dann würden Sie annehmen, dass alle Wasserlebewesen orangefarbene Wirbeltiere sind, die Süßwasser bevorzugen und sich von Pflanzen und Insekten ernähren. Stellen Sie sich vor, Sie gehen eines Tages zum ersten Mal an den Strand und sehen einen Weißen Hai, dann eine Qualle und dann eine Krabbe. Alles, was Sie über das Leben im Wasser wissen, muss neu bewertet werden, und erst dann wird die Meeres- und Süßwasserbiologie entstehen.

Das vom kalifornischen SETI-Institut betriebene Allen Telescope Array (ATA) führt weiterhin Himmelsdurchmusterungen durch, um nach Anzeichen intelligenten Lebens außerhalb des Sonnensystems zu suchen.

Wie wird sich unsere Sicht auf das Leben verändern?

Wie würde sich unsere Sicht auf das Leben ändern, wenn wir andere Lebensformen entdecken würden?

Erstens beinhaltet alles Leben auf der Erde chemische Prozesse, bei denen sich Kohlenstoffatome in einer Umgebung aus flüssigem Wasser verbinden. Wie wir im Rest dieses Kapitels sehen werden, geht fast jedes Denken über außerirdisches Leben davon aus, dass diese Eigenschaft in allem Leben vorhanden ist, das wir außerhalb unseres eigenen finden. Dies ist der Standpunkt, der von den zuvor erwähnten Goldfischen abgeleitet wurde.

Für jemanden, der noch nie ein anderes Wasserlebewesen gesehen hat, basiert die Vorstellung außerirdischen Lebens auf einem Goldfisch. Sie können sich vielleicht vorstellen, wie Leben im Wasser existieren könnte, aber um sich eine Garnele, eine Korallenart oder einen 50-Tonnen-Wal vorzustellen und zu finden, sind mehr Informationen, Zeit und vor allem Vorstellungskraft erforderlich. Wenn es Menschen an Informationen mangelt, ist es für sie leicht, Vorurteile oder Vorlieben zu entwickeln. Die Entdeckung des Lebens anderswo kann uns dazu zwingen (oder auch nicht), die Quellen dieser Vorurteile aufzugeben.

·Kohlenstoffpräferenz: Hängt das Leben notwendigerweise von Kohlenstoffatomen ab? Sowohl Science-Fiction-Autoren als auch ernsthafte Wissenschaftler haben über Leben auf der Grundlage von Silizium und anderen Atomen nachgedacht.

·Wasserpräferenz: Ist Wasser die einzige Flüssigkeit, die lebensbildende Prozesse unterstützen kann? Ammoniak und flüssiges Methan gehören zu den anderen Möglichkeiten, und Chemiker haben Schwefelwasserstoff in die engere Auswahl genommen, das Gas, das für den Geruch nach faulen Eiern verantwortlich ist, den wir manchmal in der Nähe heißer Pools riechen.

·Oberflächenpräferenz: Kann sich Leben nur auf der Oberfläche eines Planeten entwickeln? An vielen Orten im Sonnensystem, beispielsweise auf den Monden von Jupiter und Saturn, befindet sich das meiste flüssige Wasser nicht an der Oberfläche, sondern in unterirdischen Ozeanen. Und könnte sich Leben vollständig in der Atmosphäre von Gasriesenplaneten entwickeln und gedeihen?

· Sternpräferenz: Kann sich Leben nur auf Planeten entwickeln, die Sterne umkreisen? Denn Berechnungen zeigen, dass möglicherweise mehr sogenannte Schurkenplaneten die Milchstraße und darüber hinaus umkreisen als Planeten, die Sterne umkreisen. Kann sich Leben entwickeln, ohne auf Sterne als Energiequelle angewiesen zu sein? Könnte radioaktive Hitze im Inneren eines Planeten das Sonnenlicht ersetzen?

· Chemiepräferenz: Wir müssen uns fragen: Muss das Leben auf Chemie basieren? Wenn das Leben einen Energiefluss erfordert, deuten einige theoretische Berechnungen darauf hin, dass die Wechselwirkung von elektrischen und magnetischen Feldern die Komplexität entwickeln könnte, die typischerweise mit lebenden Systemen verbunden ist.

Es liegt auf der Hand, dass das Hinterfragen jeder Präferenz neue und immer unglaublichere Lebensmuster eröffnet. Wo möchten Sie anfangen?

Die vulkanische, leblose Oberfläche der frühen Erde wurde regelmäßig von Kometen und Meteoren bombardiert, die die Grundbestandteile des Lebens von anderen Orten im Sonnensystem mitbrachten.

Wenn Sie planen, ein großes Suchprojekt umzusetzen, ist es hilfreich, genau zu wissen, wonach Sie suchen.

Die Suche nach außerirdischem Leben wird oft mit der Suche nach einer außerirdischen Zivilisation verwechselt. Beginnen wir also mit einem Gedankenexperiment. Wie hätten außerirdische Besucher unseren Planeten zu verschiedenen Zeiten in der Erdgeschichte gesehen?

In den ersten 500 Millionen Jahren war die Erde eine heiße, luftlose Kugel, die im Weltraum schwebte, ohne Leben, geschweige denn intelligentes Leben.

In den nächsten etwa drei Milliarden Jahren wird die Erde eine schwebende Welt aus grünem Schleim sein. Schwimmende, relativ einfache Mikroorganismen gewinnen Energie aus Sonnenlicht. Es gibt Leben auf dieser Welt, aber sie besitzen offensichtlich noch nicht das, was wir Intelligenz nennen würden.

Irgendwann in den letzten paar hundert Millionen Jahren hätten außerirdische Besucher komplexere Lebensformen entdeckt. Wann sie die Schwelle zum intelligenten Leben überschreiten können, hängt davon ab, was Ihrer Meinung nach intelligentes Leben ist: Würmer, Fische? Oder ein Dinosaurier, ein Primat oder eine Katze?

Außerirdische Soziologie muss intelligente Lebensformen aus der gesamten Galaxie berücksichtigen, und der kosmische Balken in Star Wars ist ein perfektes Beispiel für außerirdische Soziologie.

Anstatt uns in vagen Debatten über die Definition von Intelligenz zu verlieren, werfen wir einen Blick darauf, wie wir bisher nach Leben auf Exoplaneten gesucht haben, und vergleichen dies mit unserer Suche nach intelligentem Leben.

Wir verwenden grundsätzlichSpektrumLernen Sie, nach dem zu suchen, was Astrobiologen als Biosignaturen bezeichnen, den Molekülen, die von biologischen Organismen in der Planetenatmosphäre produziert werden. Zu diesen Molekülen gehören Sauerstoff aus der Photosynthese und Methan, das von anaeroben Mikroorganismen produziert wird. Allerdings gibt es bei diesem Ansatz ein Problem: Diese Moleküle können auch durch herkömmliche chemische und mineralogische Prozesse hergestellt werden. Wir wissen beispielsweise, dass ultraviolettes Licht der Sonne Wassermoleküle in der Atmosphäre abbauen und Sauerstoffmoleküle erzeugen kann, ohne dass Leben beteiligt ist. Derzeit besteht die einzige Möglichkeit, intelligentes Leben im Universum zu entdecken, darin, nach elektromagnetischen Signalen zu suchen, die absichtlich oder unabsichtlich von Exoplaneten ausgesendet werden. Das bedeutet jedoch, dass wir intelligentes Leben als die Fähigkeit definieren, Radioteleskope zu bauen. Das bedeutet auch, dass, wenn wir unsere eigene Definition von intelligentem Leben verwenden, der lange Zeitraum der Menschheitsgeschichte von der Zeit des Homo habilis vor 2 Millionen Jahren bis zum 19. Jahrhundert für außerirdische Beobachter nicht sichtbar sein wird. Vielzellige Organismen oder komplexes Leben entstanden dieser Berechnung zufolge nur einen kleinen Teil der Geschichte des komplexen Lebens auf der Erde – etwa 0,00001 %.

Stromatolithen sind biologische Sedimentstrukturen, die von primitiven Mikroorganismen gebildet werden, hier in Australien. Obwohl sie heute selten sind, waren die Mikroben, die sie bildeten, vor 3,5 Milliarden Jahren die dominierende Lebensform auf der Erde.

Kann man aufgrund der begrenzten Daten, über die wir verfügen, mit Fug und Recht annehmen, dass es außerhalb der Erde kein intelligentes Leben gibt?

Obwohl wir eine Flotte von Sonden zum Mars geschickt haben und sie die Oberfläche durchstreifen und Daten sammeln lassen, diskutieren Wissenschaftler immer noch darüber, ob Mikroben auf dem Mars existieren. Mit anderen Worten, basierend auf dem, was wir jetzt wissen, könnten wir in einer Galaxie leben, die viele grüne, klebrige Planeten enthält, auf denen vielleicht einige Dinosaurier leben, aber keiner von ihnen sendet uns Funksignale, oder zumindest keine Signale, die wir haben erkennen kann.

Originalautor/Amerikaner] Neil deGrasse Tyson [Amerikaner] James Tryfield

Auszug/He Ye

Herausgeber/Zhang Jin

Einführung Korrekturlesen/Yang Li