Weltenbauartikel: Die wissenschaftlichen Grenzen der Welt Teil 1

Viele Schreiber meinen: Ich erfinde eine eigene Welt. Da ist an Vegetation und an Übergängen alles möglich. Und jede Form von Klima und Klimazonen und Vegetationszonen. Aber nein. Es ist sehr eng daran gekoppelt, wie es überhaupt dazu kommt, dass es Leben gibt. Die Formeln und Regeln, die Wissenschaftler dafür gefunden haben, unter welchen Bedingungen es außerirdisches – menschenähnliches – Leben auf anderen Planeten geben kann, können dabei helfen, plausible und von Menschen bewohnbare Welten zu schaffen.
Mit der Problematik der Lebensentstehung ist auch die Problematik des Lebensraums und der Übergänge zwischen Lebensräumen verbunden, weshalb innerhalb dieses Artikels auf beide Themen eingegangen werden muss.

Der Stand der Wissenschaft

Handelt es sich um einen Planeten, auf dem Menschen leben können, kann man davon ausgehen, dass der Planet mitsamt seinem Sonnensystem mehr oder weniger diese Bedingungen erfüllt:

1. Die richtige Position innerhalb der Galaxie:

Ein Planet, auf dem Leben möglich ist, wird nicht direkt in der Mitte z.B. einer Spiralgalaxie liegen, denn dort ist es zu heiß, da sich die Gaswolken dort konzentrieren. Kein Leben ist möglich.
Er wird sich aber auch nicht zu weit außen befinden, denn an den Rändern einer Galaxie gibt es zu wenige schwere Elemente, um einen Eisenkern zu schaffen.
Schwere Elemente aber sind die Grundvoraussetzung für Plattentektonik auf einem Planeten und Vulkanismus ist einer der Wegbereiter dafür, dass irgendwann organisches Leben auf einem Planeten zustande kommt. Metallische Kerne allgemein sind mitverantwortlich für den Magnetismus eines Planeten.
Die Wahrscheinlichkeit, in einer Kugel- oder Streigalaxie Leben vorzufinden, ist nach dem derzeitigen Stand der Wissenschaft dagegen gering, sodass der selbsterdachte Planet mit großer Wahrscheinlichkeit in einer Spiralgalaxie wie unserer Milchstraße liegen muss.

2. Die richtige Größe des Planeten und seine Entfernung zur Sonne

Der Planet muss weit genug von der Sonne entfernt sein, damit auf ihm keine Temperaturen wie auf dem Merkur oder der Venus herrschen – und nah dran genug, dass es nicht so eisig ist wie auf dem Pluto. Also die perfekte Menge an Sonnenlicht. Die Oberflächenwärme muss ausreichen, um lebenswichtige Prozesse anzukurbeln und zu kalt sein, um jedes Wasser auf dem Planeten verdampfen zu lassen. Allerdings können auch Gezeitenkräfte einen Planeten erwärmen, sodass die notwendige Entfernung von der Sonne größer wird. Dies ist beispielsweise bei den Jupitermonden der Fall, da die hohe Anziehungskraft des Jupiters weitaus größeren Einfluss auf die Gewässer nehmen kann als der vergleichsweise kleine Mond. Wer seine Welt auf dem Mond eines Gasriesen möchte, kann also eine größere Entfernung zur Sonne wählen, ohne darum unplausibel zu werden.
Außerdem muss der Planet groß genug, um dauerhaft eine Atmosphäre an sich binden zu können. Ist der Planet zu klein, pustet der Sonnenwind die Atmosphäre ins Weltall und jedes Leben auf der Planetenoberfläche wird durch aggressive Faktoren wie kosmische Strahlung unmöglich gemacht. Dies ist beispielsweise der Grund dafür, dass der Mars nur noch eine schwache Kohlendioxidatmosphäre hat – ein Großteil der Marsatmosphäre wurde vom Sonnenwind abgetragen.
Außerdem kühlt der Planetenkern größerer Planeten langsamer bis kaum aus, sodass die Plattentektonik nicht zum Erliegen kommt und der Planet aktiv bleibt. Die Vorgänge unterhalb der Planetenkruste aber erzeugen ein Magnetfeld, welches den hochaggressiven Sonnenwind ablenken kann – ein weiterer Faktor, der Leben ermöglicht. Die Sonnenwinde selbst, die um den Planeten herumgelenkt werden, lenken widerum die ebenfalls tödliche kosmische Strahlung ab.
Nicht zuletzt hängt die Schwerkraft auf dem Planeten von seiner Größe und seinem Gewicht ab. Damit Menschen entstehen können, muss diese annähernd so groß sein, wie auf der Erde. Eine höhere Schwerkraft würde mutmaßlich gedrungenere und kleinwüchsigere Lebensformen hervorbringen, eine niedrigere Schwerkraft die Lebewesen wachsen lassen.

3. Die Atmosphäre selbst muss passen

Im Laufe der „Lebenszeit“ eines Planeten durchläuft seine Atmosphäre vier mehr oder weniger stark voneinander abgegrenzte Phasen: Uratmosphäre, Erste Atmosphäre, Zweite Atmosphäre und Dritte Atmosphäre.
Die Uratmosphäre der meisten Planeten hat wenig mit der Atmosphäre zu tun, die später Leben ermöglicht. Bei der Uratmosphäre der Erde handelte es sich beispielsweise mutmaßlich um ein Gemisch aus Wasserstoff und Helium, dem Methan und Edelgase in geringen Konzentrationen beigemischt war. Diese ging verloren, da die Erdanziehung zur Entstehungszeit der Erde noch gering war und der junge Planet sich rasch erwärmte. Außerdem schlugen permanent Meteoriten ein und schmolzen die Erdkruste wiederholt auf. Der aufkommende Sonnenwind fegte die Reste der Atmosphäre endgültig in den Weltraum.
Als die Meteoriteneinschläge weniger zahlreich wurden, konnte die Erde abkühlen, sodass die Teilchen um die Erdoberfläche herum nicht mehr aufgrund der hohen Temperaturen in den Weltraum gelangten. Dadurch konnte sich eine erste wirkliche Atmosphäre bilden. Ein weiterer Faktor war der rege Vulkanismus, der zahlreiche Gase auswarf und somit die Entstehung einer Atmosphäre förderte. In dieser Zeit entstand auch die Schichtung zwischen Erdkruste, Erdmantel, äußerem und inneren Erdkern. Diese Vorgänge bewirkten, dass überwiegend Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Schwefeldioxid freigesetzt wurde. Aber auch Wasserdampf gelangte in die Erste Atmosphäre und machte immerhin 10 % davon aus. Gewässer existierten noch nicht.
Die Zweite Atmosphäre entstand, als die Ede so weit abkühlte, dass flüssige Niederschläge möglich wurden. Daraus resultierte ein vier Jahrzehntausende andauernder Dauerregen, der den jungen Planeten de facto unter Wasser setzte. Die damals noch nahezu ungebremste UV-Strahlung zerlegte viele Moleküle, sodass sich die Atmosphäre überwiegend aus Kohlendioxid und Stickstoff zusammensetzte. Erste Bakterien entstanden und bildeten zusätzlichen Stickstoff und Methan. Überwiegend bestand die Zweite Atmosphäre am Ende ihrer Entwicklung aus Stickstoff und einem geringen Anteil Kohlenstoffdioxid, der größte Teil dieses Gases war jedoch im Wasser gelöst.
Die heutige Erdatmosphäre ist weitestgehend mit der Dritten Atmosphäre identisch. Ihre Entstehung verdankt sie den Algen – innerhalb von Jahrmillionen reichterte sich der Sauerstoff im Urozean an, bis er zu entweichen begann und erstmalig in der Atmosphäre vorkam. Gleichzeitig sank der Anteil an Kohlenstoffdioxid, da Algen diesen in ihrem Stoffwechsel banden. So konnten vor anderthalb Millionen die ersten Lebewesen entstehen, die Sauerstoff verbrauchten. Die Sauerstoffkonzentration bedingte auch die Bildung von Ozon, welches die Erde von der UV-Strahlung abschirmen konnte. War diese in der Frühphase dringent notwendig, um lebensermöglichende Vorgänge erst anzutreiben, wäre sie für das frisch entstandene Leben besonders auf dem Lande ungefiltert zu schädlich.
Wer also einen Planeten schaffen will, auf dem ein ähnliches Leben herrschen soll wie auf der Erde, muss dies bei der Konzipierung der Welt und ihrer Geschichte beachten. Natürlich steht es jedem Weltenbastler frei, den Stoffwechsel seiner Geschöpfe eher auf Stickstoff- als auf Sauerstoffverwertung umzustellen oder andere Experimente zu vollführen – der Bastler muss aber bedenken, dass dabei unmöglich Menschen rauskommen können. Denn die brauchen nun mal Sauerstoff.

4. Ein Mond muss her!

Im Falle der Erde beeinflusst die Schwerkraft des Mondes und in weitaus geringerem Umfang die Sonne die Gezeiten. Die so entstehenden Flutberge zeigen auf einer Seite in Richtung des Himmelskörpers und auf der gegenüberliegenden Seite eines Planeten von ihm weg. Da ein Planet in der Regel jedoch um sich selbst rotiert, während er um eine Sonne rotiert und widerum von einem Mond umlaufen wird, wirken diese Kräfte nicht permanent auf der gleichen Stelle, sondern laufen quasi mit. Dies ist neben Wind einer der Beweggründe für Meeresströmungen, die für eine Durchmischung der Ozeane sorgen. Wären Ozeane statisch, könnte in ihnen kein Leben entstehen.
Außerdem werden durch die Gezeitenkräfte auch Vorgänge im Planetenmantel angekurbelt, wodurch der Magnetismus gefördert wird. Warum der so wichtig ist, steht bereits oben.
Da die meisten erdähnlichen Planeten außerdem an den Polen einen kleinere Radius besitzen als um den Äquator herum, benötigen sie einen stabilsierenden Faktor, damit sich die Planetenachse nicht beständig um sich selbst dreht und damit das Klima so oft wechseln würde, dass Leben unmöglich wäre oder dessen Entstehung zumindest deutlich erschwärt wäre. Menschen würden unter diesen Bedingungen nicht leben können.
Die auf die Erde einwirkenden Kräfte versuchen, diese Achse aufzurichten – dadurch bleibt sie im notwendigen Rahmen stabil.

5. Ein jupitergroßer Gasplanet muss her

Die Schwerkraft jupitergroßer Planeten ermöglicht die Entstehung kleinerer Gesteinsplaneten wie der Erde überhaupt erst.
Außerdem schützt sie diese, indem sie Asteroiden und kosmische Kleinkörper einfängt oder in einen kosmischen Gürtel in den Außenzonen der Galaxie verbannt, denn sonst würde die Erde etwa alle 100.000 Jahre von einem größeren Asteroiden getroffen und Leben wäre unmöglich.
Welche weiteren Auswirkungen der Jupiter hat, ist derzeit unbekannt.

6. Die Planetenachse muss schief sein

Warum? Sonst gäbe es keine Jahreszeiten, da das Sonnenlicht bei einer geraden Planetenachse immer dieselben Stellen stark oder schwach beleuchten würde. Die ganze Welt wäre sozusagen in Polartag und Polarnacht eingeteilt. Das würde es aber erschweren, dauerhaftes, intelligentes Leben zu fördern. Nur sehr zähe und größtenteils primitive Organismen wie Einzeller könnten unter solchen Umständen langfristig überleben.

Am Mittwoch folgt Teil 2 und das weltenbauerische Fazit aus diesen Erkenntnissen.

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