In letzter Zeit mehren sich die Meldungen, dass erdähnliche Planeten in anderen Sonnensystemen gefunden wurden. Das nährt die Hoffnung, dass wir nicht allein im Kosmos sind. Es könnte sogar sein, dass es in unserer Galaxis nur so von intelligentem Leben wimmelt. Aber wenn das so sein sollte, stellt sich sofort die Frage, warum wir noch keinen Kontakt zu den Außerirdischen bekommen haben. Eine etwas nähere Betrachtung zeigt aber, dass wir uns da keine zu großen Hoffnungen machen sollten.
Das Fermi-Paradoxon
Solange wir noch keinen Kontakt zu Außerirdischen haben, können wir nur Wahrscheinlichkeitsabschätzungen über ihre Existenz machen. In unserer Galaxis gibt es zweihundert bis vierhundert Milliarden Sterne. Nach neueren Erkenntnissen aus den Messungen, die mit dem Weltraum-Teleskop Kepler gewonnen wurden, hat ein erheblicher Anteil der Sterne auch Planeten. Der amerikanische Astrophysiker Frank Drake hat 1961 bei einer Konferenz in Green Bank die nach ihm benannte Drake-Gleichung vorgestellt, bei der die einzelnen Faktoren berücksichtigt werden, die notwendig sind für die Entwicklung intelligenten Lebens. Daraus kann dann die Anzahl N der außerirdischen Zivilisationen, die in der Lage und Willens sind mit uns Kontakt aufzunehmen, abgeschätzt werden.
dabei ist:
R* die Entstehungsrate von Sternen in unserer Galaxis. Nach derzeitiger Kenntnis liegt sie bei etwa zwanzig pro Jahr. Allerdings sind nur etwa vier davon unserer Sonne ähnlich. Nur solche kommen für außerirdische Zivilisationen in Frage.
fp ist der Anteil an Sternen mit Planetensystemen. Er wird auf etwa 50% geschätzt.
ne ist die Zahl der Planeten pro Stern mit Planetensystem, die in der habitablen Zone, d.h. in einem für biologisches Leben günstigen Abstand zum Zentralgestirn steht. Sie kann grob mit Zwei abgeschätzt werden, allerdings mit einem großen Unsicherheitsfaktor.
fl ist der Anteil der Planeten in der habitablen Zone auf denen sich biologisches Leben entwickelt hat. Dieser Wert ist weitestgehend unbekannt. Er dürfte aber unter ein Promille liegen, denn es ist eine ganze Reihe von Eigenschaften notwendig um Leben zu ermöglichen. So sollte es sich um Gesteinsplaneten handeln, die etwa die Größe der Erde und flüssiges Wasser an der Oberfläche haben. Eine weitere Bedingung ist, dass sich die ionisierende Strahlung des Zentralgestirns auf der Planetenoberfläche in Grenzen hält. Insgesamt dürfte es damit bestenfalls bis zu hundert Millionen Planeten in unserer Galaxis mit biologischem Leben geben.
fi ist der Anteil von Planeten mit biologischen Leben auf dem sich im Laufe seiner Existenz intelligentes Leben entwickelt. Auch dieser Wert ist völlig unbekannt. Bei der Entwicklung der Intelligenz auf der Erde hat eine Reihe von Zufällen eine erhebliche Rolle gespielt. Die Entwicklung von intelligentem biologischem Leben bedarf extremer Voraussetzungen, die auf anderen Planeten wahrscheinlich nur selten erfüllt werden. Dagegen dürften einfachste Lebewesen, wie Bakterien und Einzeller recht häufig anzutreffen sein. Eher optimistische Schätzungen liegen bei einem Prozent für diesen Faktor.
fc ist der Anteil von Zivilisationen, die Interesse an einer interstellaren Kommunikation haben. Solange die Außerirdischen ähnlich gestrickt sind wie wir, dürften die meisten wohl auch ein Interesse an einem Kontakt haben, d.h. wie vermuten mal, dass der Wert in der Nähe von Eins liegt.
L ist die mittlere Lebenserwartung einer Zivilisation. Hier gibt es ebenfalls eine große Bandbreite. Sie reicht von einigen Tausend bis zu mehreren Milliarden Jahre.
Wie bereits dargestellt, sind einige der Faktoren nach wie vor extrem unsicher und ungenau, so dass es eine sehr große Bandbreite der Abschätzung gibt. Sie reicht von einer Zivilisation in unserer Galaxis bis zu etwa Hunderttausend. Ein realistischer Wert dürfte aber eher in der Größenordnung von Hundert liegen. Da die Gesamtzahl der Galaxien im von uns sichtbaren Teil des Universums etwa hundert Milliarden beträgt, ergäbe selbst die pessimistische Abschätzung immer noch eine riesige Menge von Zivilisationen. Allerdings ist ihre Entfernung zu uns so groß, dass wir wohl nie die Chance haben, mit ihnen in Kontakt zu treten. Wir sollten uns daher in der folgenden Diskussion auf unsere eigene Galaxis beschränken.
Falls es in unserer Galaxis nur so wimmelt von intelligentem Leben, stellt sich automatisch die Frage, warum noch keine außerirdische Zivilisation Kontakt zu uns aufgenommen hat. Dieser Widerspruch wurde erstmals von dem Physiker Enrico Fermi 1950 aufgezeigt. Das nach ihm benannte Fermi-Paradoxon kann folgendermaßen zusammengefasst werden: "Der weit verbreitete Glaube, es gäbe in unserem Universum viele technologisch fortschrittliche Zivilisationen, in Kombination mit unseren Beobachtungen, die das Gegenteil nahe legen, ist paradox und deutet darauf hin, dass entweder unser Verständnis oder unsere Beobachtungen fehlerhaft oder unvollständig sind." Der Hauptgrund, dass wir das Paradoxon als solches empfinden, liegt aber wohl eher daran, dass wir an das Problem mit zu viel Wunschdenken und Naivität herangehen.
Es gibt bereits einige Forschungsprojekte, bei denen systematisch nach extraterrestrischen künstlich erzeugten Radiosignalen gesucht wird. Bisher ohne Erfolg. Wenn man allerdings etwas nachrechnet, merkt man schnell, dass die Wahrscheinlichkeit der Kontaktaufnahme recht gering ist, denn es müssten eine ganze Reihe von Voraussetzungen erfüllt sein. Nehmen wir einmal an, dass wir über eine sehr fortgeschrittene Empfangstechnik verfügen mit Radioantennen von einigen Quadratkilometern Empfangsfläche und Empfängern, die einen großen Frequenzbereich abdecken. Dazu bräuchten wir dann noch Großrechenanlagen, die mit den empfangenen Daten alle Himmelsrichtungen und Frequenzen absuchen. Selbst dann hätten wir nur eine Chance ein Signal zu empfangen, wenn eine außerirdische Zivilisation einen energiereichen Sendestrahl genau in unsere Richtung sendet. Gehen wir einmal von den derzeit verfügbaren Technologien aus, d.h. Sende- und Empfangsantenne jeweils etwa 1km Durchmesser, Wellenlänge 21cm, Sendeleistung 100kW, Bandbreite 100Hz. Dann läge die Reichweite bei etwa hundert Lichtjahren. Mit erheblich größeren Sendeleistungen und noch größeren Antennen könnte man die Reichweite auf einige hundert Lichtjahre vergrößern. Auch das ist angesichts der Größe unserer Galaxis (ca. hunderttausend Lichtjahre) und der maximalen Abschätzung existierender Zivilisationen von Hunderttausend immer noch recht wenig, denn der mittlere Abstand der Zivilisationen läge gerade in der Größenordnung von einigen hundert Lichtjahren. Immerhin wären damit die Chancen größer als Null. Wenn man sich einigermaßen sicher ist, einen ersten Kontakt gefunden zu haben, ist die weitere Kommunikation dann einfacher, weil man sich auf die entsprechende Position am Himmel und die Sendefrequenz konzentrieren kann. Es gibt Überlegungen, dass bestimmte Frequenzen eine größere Wahrscheinlichkeit haben, benutzt zu werden. So bietet sich z.B. die Spektrallinie des neutralen Wasserstoffs bei einer Wellenlänge von 21cm an, weil Radioastronomen ohnehin bei dieser Frequenz intensiv beobachten. In diesem Zusammenhang überhaupt von Kommunikation zu sprechen ist allerdings schon etwas abgehoben, denn bei einer Entfernung von z.B. eintausend Lichtjahren könnten wir frühestens in zweitausend Jahren mit einer Antwort rechnen.
Man kommt an dieser Stelle zu der Überlegung, ob wir nicht schon hochentwickelte Zivilisationen entdecken können, ohne dass diese gezielt versuchen, mit uns Kontakt aufzunehmen. Von unserer Erde strahlen wir z.B. durch militärische Radaranlagen bereits eine intensive Radiostrahlung ab (Pulsleistung bis zu 1MW!), die in einem Umkreis von bis zu fünfhundert Lichtjahren entdeckt werden könnte. Vielleicht könnten wir also durch Zufall eine solche Strahlung auch von außerirdischen Zivilisationen entdecken.
Der russische Astronom Kardaschow hat 1964 den Vorschlag gemacht, die Entwicklungsstufe außerirdischer Zivilisationen nach ihrem Energieverbrauch in drei verschiedene Kategorien einzuteilen. Typ I nutzt weitestgehend die Energiereserven eines Planeten. Typ II nutzt die Energie des jeweiligen Zentralsterns und Typ III die Energie einer gesamten Galaxie. Während Typ I nur sehr schwer über große Distanzen hinweg zu entdecken wäre, sieht das bei Typ II schon erheblich besser aus. Der britisch-amerikanische Physiker Freeman Dyson hat 1960 darauf hingewiesen, dass außerirdische Superzivilisationen die gesamte Energie eines Sterns nutzbar machen könnten, indem sie eine künstliche Kugelschale (Dyson-Sphäre) um den Stern aufbauen, mit der die gesamte Strahlungsenergie des Sterns aufgenommen wird. Nach Nutzung der Energie wird diese von der Außenseite der Sphäre in Form von Infrarotstrahlung an den Weltraum abgegeben. Solche Zivilisationen wären dann anhand der starken Infrarotstrahlung von der Erde aus nachweisbar, wenn sie nicht allzu weit entfernt wären. Noch viel leichter wären allerdings unvollständige Dyson-Sphären zu erkennen. Sie würden das Zentralgestirn regelmäßig für einen etwas längeren Zeitraum zu einem erheblichen Teil abdecken. Diese könnten sogar über Entfernungen von Tausenden von Lichtjahren entdeckt werden. Während man über die Infrarotstrahlung noch keine konkreten Hinweise gefunden hat, gibt für es für das letztere Phänomen bereits zwei Kandidaten. Es sind dies die Sterne KIC 8462852 und EPIC 204278916. Insbesondere der zweite ist sehr verdächtig. Er wurde mit dem NASA-Weltraumteleskop Kepler 2014 entdeckt. Während einer Beobachtungsperiode von 79 Tagen verdunkelte sich der Stern um bis zu 65% für etwa 25 aufeinanderfolgende Tage. Ein Planet kommt als Erklärung für den Effekt nicht in Frage, weil Planeten das Zentralgestirn in der Regel um nicht mehr als 1% abdunkeln und das auch nur für kurze Zeit. Es gibt aber durchaus eine Reihe von anderen Hypothesen die den Effekt auch natürlich erklären können, wie z.B. größere Staubwolken oder riesige Schwärme von Asteroiden. Es ist abzuwarten, auf welche Weise das Rätsel gelöst wird. Dass es sich tatsächlich um das Werk von Außerirdischen handelt, dürfte aber eher unwahrscheinlich sein und die Idee muss daher als reine Spekulation angesehen werden.
Wenn wir aber trotz aller Anstrengungen auch in ferner Zukunft keinen Kontakt bekommen, so gäbe es dafür verschiedene Erklärungen. Die einfachste wäre, dass es tatsächlich nur uns als einzige Zivilisation in unserer Galaxis gibt. Gerade für die Entwicklung des Lebens könnte es bei der Erde so viel zusammenpassende Zufälligkeiten gegeben haben, dass die Wahrscheinlichkeit insgesamt so gering ist, dass es im statistischen Mittel höchstens eine Zivilisation pro Galaxie gibt. Eine weitere Möglichkeit wäre, dass der Abstand von Zivilisationen im Mittel so groß ist, dass aus technischen Gründen eine Kommunikation nicht möglich oder zu aufwändig wäre. Es könnte auch sein, dass es in unserer Umgebung derzeit nur relativ junge Zivilisationen gibt, die unseren technischen Stand noch nicht erreicht haben. Andere Argumente sind, dass die mittlere Lebensdauer einer Zivilisation sehr kurz ist, weil sich Zivilisationen nach einer gewissen Zeit selbst vernichten, oder weil es z.B. durch Gammastrahlenausbrüche von Sternen häufig zur Vernichtung von Zivilisationen kommt. Letzteres dürfte insbesondere für die dichteren Regionen unserer Galaxis zutreffen d.h. für das Zentrum und die Spiralarme. Unser Sonnensystem liegt in einer dünneren Region zwischen zwei Spiralarmen und ist deswegen weniger gefährdet.
In letzter Zeit ist eine weitere Erklärungsvariante hinzugekommen. Wenn die Möglichkeit der technologischen Singularität etwas ist, was in aller Regel in Zivilisationen ab einem bestimmten Grad des technologischen Fortschritts eintritt, dann müssten wir davon ausgehen, dass nahezu alle Zivilisation, die technisch in der Lage sind, mit uns Kontakt aufzunehmen, diesen Zustand bereits erreicht haben, d.h. wir haben es grundsätzlich mit superintelligenten Maschinen zu tun. Was könnten diese dann noch von uns lernen bzw. profitieren? Wahrscheinlich nichts. Für sie würde eine Kontaktaufnahme mit uns keinen allzu großen Sinn machen, es sei denn sie entwickeln genauso viel Neugier wie wir Menschen.
Invasion der Aliens?
Es gibt einige Wissenschaftler, darunter der berühmte Astrophysiker Stephen Hawking, die davor warnen, Kontakt mit Außerirdischen aufzunehmen, weil diese uns gegenüber womöglich feindlich gesonnen wären und eine Invasion der Erde in Angriff nehmen könnten. Diese Idee ist bereits in einer ganzen Reihe von Science-Fiction-Filmen thematisiert worden. Bei Licht besehen ist dies aber eine etwas naive Vorstellung. Hier werden lediglich die Eroberungsfeldzüge des Mittelalters auf die Zukunft projiziert. So wundert es dann auch nicht, dass z.B. bei der Filmserie "Krieg der Sterne" mit Schwertern gekämpft wird.
Die Eroberung unseres Planeten um dessen wertvolle Rohmaterialien wie z.B. Gold und Platin mitzunehmen wäre so ziemlich das Ineffektivste, was man machen kann. Der Aufwand, diese Materialien aus dem Schwerefeld der Erde wieder in den interstellaren Raum zu bekommen, ist viel zu groß. Viel sinnvoller wäre das Ausbeuten von Asteroiden, zumal es einige gibt, die wertvolle Materialien in hoher Konzentration auf ihrer Oberfläche haben. Genaugenommen gibt es aber nur eine wirklich unverzichtbare Ressource, die jede Art von Zivilisation für ihre Existenz braucht und das ist die Energie. Diese ist aber in Form von leuchtenden Sternen massenhaft verfügbar. Besiedelte Planeten braucht man dazu nicht.
Dennoch ist ein Motiv durchaus denkbar und es trifft auch auf unsere eigenen Zivilisation zu. Jeder Stern hat nur eine begrenzte Lebensdauer. Wenn eine Zivilisation auf der Basis biologischer Lebewesen weiter existieren möchte, wird sie irgendwann gezwungen sein, sich nach einer neuen Heimat umzusehen. Wenn überhaupt, so werden wir es daher kaum mit Eroberern zu tun bekommen, sondern eher mit einer kleineren Zahl von Flüchtlingen.
Interstellare Raumfahrt
Abgesehen von der Kontaktaufnahme über elektromagnetische Strahlung (Funkwellen oder Licht) stellt sich damit die Frage, ob Außerirdische überhaupt in der Lage wären, uns einen Besuch abzustatten. Umgekehrt wäre auch zu diskutieren, ob wir selbst in ferner Zukunft nicht darauf angewiesen sind, uns einen anderen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu suchen. So wird in etwa sieben Milliarden Jahren wird der Brennstoff unserer Sonne, der Wasserstoff, weitgehend verbraucht sein. Die Sonne wird dann nicht einfach erlöschen, sondern sich langsam aufblähen, bevor sie in sich zusammenfällt und zu einem so genannten weißen Zwerg wird. Beim Aufblähen werden die äußeren Schichten der Sonnenatmosphäre bis in die Umlaufbahn der Erde reichen und diese dann durch die Reibung abbremsen, so dass sie anschließend in die Sonne stürzt und verglüht. Aber bereits in etwa einer Milliarde Jahren wird die Leuchtkraft der Sonne so weit angestiegen sein, dass die gesamte Biosphäre auf der Erde ausgelöscht wird, d.h. alles organische Leben wird verschwinden. Unsere Nachkommen müssen sich also früher oder später eine neue Heimat suchen. Hierfür ist die Verfügbarkeit der interstellaren Raumfahrt Voraussetzung.
Gehen wir einmal davon aus, dass wir es bis dahin nicht geschafft haben oder, aus welchen Gründen auch immer, es abgelehnt haben, künstliche Intelligenz mit eigenem Bewusstsein zu entwickeln und dass die Menschen selbst weitgehend unverändert geblieben sind. Wir wären dann gezwungen, einen erdähnlichen Planeten in möglichst geringer Entfernung zu finden, um dort unsere Zivilisation weiterführen zu können. Zur Gründung einer neuen Siedlung müssten wir eine Gruppe von Menschen zunächst dorthin auf die Reise schicken. Der nächste bekannte Stern ist Alpha Centauri mit einem Abstand von 4,5 Lichtjahren zur Erde. Selbst das aber wäre eine nahezu unüberwindliche Entfernung.
Im Gegensatz zu vielen Science-Fiction-Filmen ist das Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit nach unserem heutigen Kenntnisstand der Physik leider nicht möglich. Obwohl die Existenz von so genannten Wurmlöchern ernsthaft diskutiert wird, sind Ideen, mit Hilfe dieser exotischen Dinge dennoch die Grenze der Lichtgeschwindigkeit zu überwinden, reine Spekulation. Selbst wenn eine zukünftige, vervollständigte Physik dies im Prinzip zulassen würde, wären die konkreten Anforderungen zur Realisierung viel zu extrem. Einige Physiker halten z.B. den so genannten Warp-Antrieb für grundsätzlich mit der Physik vereinbar, was allerdings dabei meistens übersehen wird, ist, dass man dazu eine riesige Menge negativer Energie von der Größenordnung der Masse eines Sternes bräuchte. Es ist im Gegenteil sogar so, dass selbst Geschwindigkeiten von etwa 1% der Lichtgeschwindigkeit, Technologien erfordern, die noch weit außerhalb unserer derzeitigen Möglichkeiten liegen. Das Hauptproblem ist dabei, dass das Raumschiff ja auch wieder am Ziel abgebremst werden muss. Unsere heutigen Raumsonden erreichen gerade mal Geschwindigkeiten, die knapp über der Fluchtgeschwindigkeit der Erde von 11,2 km/s liegen. Das ist nur 1/26000 der Lichtgeschwindigkeit! Daraus ergibt sich, dass eine interstellare Reise zu einem Nachbarstern mindestens einige hundert, wenn nicht gar Tausende Jahre dauern würde. Wir müssten also entweder die Passagiere "einfrieren" oder aber so genannte Generationenschiffe bauen, in denen eine Gruppe von Menschen über mehrere Generationen hinweg lebt. Ein zusätzliches Problem ist die Abschirmung der kosmischen Strahlung. Sie erfordert Wände mit der Dicke von mehreren Metern. Insgesamt dürfte damit die Besiedlung des Weltraums mit intelligentem Leben in Form des Menschen äußerst schwierig bis unmöglich sein.
Die besseren Chancen der künstlichen Intelligenz
Viel bessere Möglichkeiten ergeben sich dagegen für die künstliche Intelligenz. Hier ist man nicht mehr auf erdähnliche Planeten angewiesen. Die wichtigste Ressource ist die Energie, und die wird von jedem Stern in Form von elektromagnetischer Strahlung in großen Mengen abgegeben. Kleinere Mengen von Materie zum Aufbau neuer Hardware und Maschinen sind wahrscheinlich auch in der Nähe der meisten Sterne in Form von Planetoiden und Kometen vorhanden. Bei dem Transport von künstlicher Intelligenz kommt man mit relativ geringen Massen aus. Eine solche Raumsonde müsste in der Lage sein, sich selbst zu reproduzieren und auch alle notwendigen anderen Maschinen zu bauen. Der amerikanische Mathematiker John von Neumann hat schon 1953 als erster solche Maschinen beschrieben. Die nach ihm benannten (fiktiven) Von-Neumann-Sonden sind selbstreplizierende Systeme, die aus einem universellen Computer und einer universellen Konstruktionseinheit bestehen. Der Computer kann die Konstruktionseinheit so steuern, dass diese die komplette Hardware kopiert einschließlich des Steuercomputers. Die Entwicklung der modernen 3D-Drucker lässt dies für die Zukunft als durchaus machbar vermuten. Nach Fertigstellung wird die komplette Software auf den neuen Computer kopiert und man hat damit eine identische Kopie des ursprünglichen Systems. Da aber die Konstruktionseinheit universell ist, kann sie auch jede andere Maschine herstellen. Insgesamt könnte also eine Von-Neumann-Sonde am Zielort einen ganzen Maschinenpark herstellen, mit dem die vorhandenen Ressourcen optimal genutzt werden können. Schon jetzt gibt es Technologien für kompakte Speicher, die in der Lage sind, den gesamten Kenntnisstand und die gesamte Geschichte unserer Zivilisation zu speichern. Mit einem solchen Speicher ausgerüstet, hätte die Sonde alle Kenntnisse die sie braucht, um eine neue Kolonie zu gründen. Ein weiterer Transport von Material oder Information wäre nicht nötig. Die Kommunikation der Kolonie zur Erde könnte nach einer gewissen Aufbauphase über Radiowellen oder Laserlicht erfolgen. Die Kolonie könnte dann als neuer Ausgangspunkt für die weitere Kolonisierung des Weltraums genutzt werden.
Auch was die erreichbare Endgeschwindigkeit betrifft, hat man mit unbemannten Sonden große Vorteile. Die eigentliche Nutzlast könnte mit einer hoch entwickelten Nanotechnologie wahrscheinlich auf wenige Kilogramm gebracht werden. Die Beschleunigung könnte dann durch Ionenantrieb oder andere Verfahren wie Massenbeschleuniger oder Lichtantrieb erzeugt werden. Auf diese Weise könnten eventuell sogar Geschwindigkeiten im Prozentbereich der Lichtgeschwindigkeit erreicht werden. Die Kolonisierung unserer gesamten Galaxis, die einem maximalen Durchmesser von hunderttausend Lichtjahren hat, ist damit durchaus in einem Zeitraum von einigen Millionen Jahren denkbar, was eine vergleichsweise kurze Zeitspanne gegenüber der Lebensdauer von sonnenähnlichen Sternen ist. Dennoch bleibt die Frage, ob das Ganze überhaupt einen tieferen Sinn macht und wenn ja, für wen.
Zusammenfassung
Als Bilanz können wir festhalten, dass interstellare Raumfahrt nur mit künstlicher Intelligenz wirklich sinnvoll und effektiv realisierbar ist. Bemannte interstellare Raumschiffe wie sie in unseren heutigen Science-Fiction-Filmen zu bewundern sind, bleiben wohl für immer Fantasie, denn der Transport von biologischen Lebewesen über interstellare Abstände wäre nicht nur extrem aufwändig bis unmöglich, sondern zusätzlich auch noch völlig sinnlos. Um unsere Neugier über andere Planeten mit biologischen Lebewesen zu stillen, reichen automatische Sonden in der beschriebenen Form völlig aus. Davon abgesehen wäre aber eine Kontaktaufnahme mit einer extraterrestrischen Zivilisation mit Radiowellen durchaus denkbar, auch wenn die Chancen dafür äußerst gering sind.
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