Habitable Zone

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Als habitable Zone (auch Lebenszone oder Ökosphäre) bezeichnet man i.A. den Abstandsbereich, in dem sich ein Planet von seinem Zentralgestirn aufhalten muss, damit Wasser dauerhaft in flüssiger Form – und damit die Voraussetzungen für Leben wie wir es kennen – auf der Oberfläche existieren kann. Gelegentlich werden auch Bereiche innerhalb von Galaxien in habitable und nicht-habitable Zonen unterteilt.

[Bearbeiten] Stellare habitable Zonen

Primär hängt dieser Bereich von der Temperatur und Leuchtkraft des Sterns ab, um den der Planet kreist. Nur innerhalb eines bestimmten Abstandbereichs ist die Energie, die im Abstand des Planeten ankommt in einem Bereich, so dass die daraus resultierende Oberflächentemperatur flüssiges Wasser erlaubt. Des Weiteren spielt die Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere die Albedo des Planeten eine große Rolle. Moderne Berechnungen berücksichtigen auch die Entwicklung der Planetenatmosphäre wie durch den atmosphärischen und teilweise rein chemischen Treibhauseffekt hervorgerufen.

Da sich sowohl der Stern, als auch der Planet im Laufe der Zeit verändern, ändert sich auch die habitable Zone. Soll sich Leben in einer Form wie unserer auf einem Planeten entwickeln, muss dieser nicht nur im richtigen Abstand dort sein, sondern die Umstände dürfen sich auf entsprechend langen Zeitskalen auch nicht ändern, so dass sich die habitable Zone nicht in einen anderen Abstand verschiebt. Normalerweise nimmt man einen Mindestzeitraum von 4-6 Milliarden Jahren an. Will man den zeitlichen Aspekt hervorheben, spricht man auch von der kontinuierlichen habitablen Zone; meist meint man aber auch in der Kurzform die kontinuierliche.

In unserem Sonnensystem befinden sich höchstens Venus, Erde und Mars innerhalb dieses Gürtels um die Sonne. Auf dem innersten Planeten Merkur wären auch bei anderer Planetenbeschaffenheit die Temperaturen jedoch immer so hoch, dass Wasser verdampfen würde, in der Entfernung des Jupiters würde wiederum kein Planet genug Energie erhalten, um Wasser schmelzen zu lassen. Ob die Erde im Abstand von Venus und Mars noch Leben beherbergen könnte ist in der Forschung nicht klar bzw. ändert sich je nach Modellrechnungen. Venus und Mars selbst haben jedoch deutlich andere Atmosphären als die Erde und die derzeitigen Bedingungen lassen dauerhaftes Leben, wie es der habitablen Zone zugrunde liegt unwahrscheinlich erscheinen.

Des Weiteren geht man davon aus, dass nur um solche Sterne überhaupt habitable Zonen möglich sind, die eine ähnliche Größe wie unsere Sonne haben. Bei wesentlich größeren Sternen ist die Lebensdauer zu kurz, als dass eine habitable Zone mindestens vier Milliarden Jahre andauern kann (z.B. leben Sterne mit dem 3-4 fachen der Sonnenmasse schon nur etwa eine Milliarde Jahre). Bei zu kleinen Sternen dagegen läge die Zone ausreichender Energie so nahe an dem Stern, dass ein anderer Effekt auftreten würde: Planeten in diesem Bereich werden in ihrer Bewegung synchronisiert, d. h. mit der Zeit drehen sie bei einem Umlauf um das Zentralgestirn diesem immer dieselbe Seite zu (so wie der Mond beim Umlauf um die Erde). Dadurch wäre eine Seite ständig überhitzt, die andere unterkühlt und das Klima von heftigsten Stürmen gekennzeichnet.

Das Konzept der habitablen Zone macht nur eingeschränkte Annahmen, unter welchen Bedingungen Leben entstehen kann. Die Hauptvoraussetzung ist flüssiges Wasser. Die Bindung an Kohlenstoffbiologie ist nur in den verfeinerten Modellen, und auch nur teilweise, vorausgesetzt, wenn Rückkopplungen zwischen Entwicklungen auf dem Planeten und seiner Atmosphäre berücksichtigt werden. Problematisch ist jedoch, dass das klassische Konzept der habitablen Zone auf rein atmosphärischen Annahmen basiert. Kaum berücksichtigt werden bisher mögliche Lebensräume, die zwar genügend Energie erhalten, aber nicht atmosphärisch sind. Dies gilt insbesondere für den Jupiter-Mond Europa, der durch die Gezeitenreibung so viel Energie aufnehmen könnte, dass unter der festen Mondberfläche flüssiges Wasser existieren könnte, oder für mögliche untermarsianische Seen auf dem Mars, über die spekuliert wird.

[Bearbeiten] Galaktische habitable Zonen

Inzwischen werden auch Untersuchungen angestellt, wo in einer Galaxie Leben nach unseren Vorstellungen möglich ist. Das Hauptkriterium hierzu ist die Sterndichte in der jeweiligen Region einer Galaxie. Befindet sich ein Stern mit einem Planeten zu dicht an einer Supernovaexplosion, wird dadurch die Atmosphäre des Planeten zu sehr gestört, als dass sich Leben dauerhaft entwickeln könnte. Daher wird davon ausgegangen, dass der mittlere Abstand eine bestimmte Mindestgröße haben muss. Des Weiteren müssen auch genügend Elemente in einer Region einer Galaxie vorhanden sein, damit Leben entstehen kann. Die meisten Elemente schwerer als Lithium entstehen jedoch erst im Laufe der Zeit durch Kernfusionsprozesse, die im Inneren der Sterne ablaufen, und beim Tod der Sterne ins interstellare Medium abgegeben werden und erst dann sich in Planeten sammeln können.

Für Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße in etwa dem Alter der Milchstraße bedeutet das, dass die galaktische habitable Zone einen Ring um das Zentrum der Milchstraße bildet. Innerhalb ist die Sterndichte zu hoch, außerhalb ist die Dichte zu gering, als dass genug Sterne schon genug schwere Elemente produziert haben. Im Laufe der Zeit vergrößert sich der Bereich jedoch nach außen.