Gibt es in unserer Milchstraße lebensfreundliche Erden in Hülle und Fülle? Oder ist unsere Erde eine absolute Rarität? Tatsächlich ist sich die Forschung in dieser durchaus sehr komplizierten Frage bis heute nicht wirklich einig – selbst unter Berücksichtigung vieler heutzutage bekannter erdähnlicher Exoplaneten.

Besonders spannend in dieser Hinsicht ist selbstverständlich die Frage, wie denn die Bedingungen aussehen müssten, um Leben auf einem Planeten zu ermöglichen – primitives oder gar intelligentes Leben? Sind solche Bedingungen stabil, oder womöglich äußerst fragil? Und natürlich, wie oft solche Bedingungen generell in unserem Universum geboten werden …

Die habitable Zone eines Sterns

Jeder Stern besitzt eine sogenannte habitable Zone – eine Zone, innerhalb derer Leben entstehen könnte, außerhalb derer die Bedingungen aber definitiv lebensfeindlich sind. Genauer definiert man die habitable Zone eines Sterns als den Abstandsbereich, in dem sich ein Planet von seinem Heimatstern befinden muss, damit Wasser dauerhaft in flüssiger Form vorliegen kann – als notwendige Voraussetzung für Leben, welches wir kennen. In unserem Sonnensystem beispielsweise befinden sich die Erde und der Mars innerhalb der habitablen Zone, der Mars allerdings bereits am alleräußersten Rand. Abb. 1 verdeutlicht die habitable Zone (grüner Bereich) unseres eigenen Sonnensystems.

Besonders interessant ist deshalb die Suche nach Supererden (Gesteinsplaneten) in der habitablen Zone eines Sterns. Denn diese könnten nach dem Stand der heutigen Forschung potentiell gute Bedingungen für Leben, so wie wir es kennen, bieten.

Bei dem Begriff der habitablen Zone muss man jedoch ein wenig Acht geben. Ein Planet, der sich in der habitablen Zone eines Sterns aufhält, muss noch lange keine habitablen Bedingungen bieten. Hat er beispielweise eine viel zu dünne Atmosphäre, so könnte er insgesamt immer noch viel zu kalt sein, um Leben dauerhaft zu ermöglichen, eine viel zu dichte Atmosphäre wiederum – etwa wie bei der Venus – könnte einen extrem starken Treibhauseffekt verursachen und den Planeten so viel zu heiß für potentielles Leben machen. Viele weitere Effekte, auf die wir weiter unten eingehen werden, spielen bei der Habitabilität ebenso eine wichtige Rolle.

Es gibt eine einfache Faustregel, die zumindest eine grobe Orientierung für die habitable Zone eines Sterns in Abhängigkeit von seiner Leuchtkraft liefert. Ist \(L\) die Leuchtkraft des Sterns, so ist der „goldene“ Abstand \(d\) – also der ideale Abstand für lebensfreundliche Temperaturen – proportional zu \(d \sim \sqrt{L}\) (Abb. 2). Ist also ein Stern genau viermal so leuchtstark wie unsere Sonne, dann befindet sich die habitable Zone etwa im doppelten Abstand wie die habitable Zone unserer Sonne und damit etwa in einem Abstand von 300 Mio. km.

Doch wie bereits erwähnt spielt nicht nur der Abstand alleine eine Rolle, um lebensfreundliche Bedingungen auf einem Planeten zu bieten, auch die Beschaffenheit des Sterns selbst ist von großer Bedeutung.

Große Heimatsterne – Rote und Blaue Riesen

Große Sterne sind wie Rockstars – sie leben wild, aber nicht lange (Abb. 3). Genauso neigen große Sterne wie etwa Rote oder Blaue Riesen dazu, ihren Treibstoff viel zu schnell zu verbrennen und verhindern aufgrund ihrer sehr kurzen Lebensdauer eine längerfristige Entwicklung von Lebensformen.

Beispielsweise wird das Alter von Beteigeuze (knapp 20 Sonnenmassen, ca. 800 Sonnenradien) auf etwa 8 bis 8,5 Millionen Jahre geschätzt – für einen Stern ein mehr als junges Alter. Allerdings wird Beteigeuze vermutlich in den nächsten 100.000 Jahren als Supernova enden.

Zum Vergleich: Auf der Erde sank die Temperatur erst nach über 600 Millionen Jahren unter 100°C.

Es folgt daraus also, dass große Sterne sich somit keinesfalls für die Entstehung von Leben eignen – selbst in sehr primitiver Form. Ihre Lebensspanne reicht in vielen Fällen vermutlich nicht einmal aus, um Planeten zu bilden und sie abkühlen zu lassen.

Kleine Heimatsterne – Rote Zwerge

Kleine Sterne, typischerweise Rote Zwerge (Abb. 4), besitzen eine deutlich längere Lebensdauer als größere Sterne. Aufgrund ihrer extrem langsamen Treibstoffverbrennung, die durch niedrigere Temperaturen und Druckverhältnisse im Inneren bedingt ist, ergeben Berechnungen,dass ihre Lebensdauer im Bereich von Billionen von Jahren anzusiedeln ist, was (nach heutigem Wissensstand) mehr als dem 100-fachen Alter des Universums entspricht.

Diese überaus lange Lebensdauer macht sie zunächst einmal zu idealen Kandidaten für Heimatsterne, die habitable Planeten beherbergen können. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Masse bzw. Gravitation liegt die habitable Zone deutlich näher am Stern als etwa im Fall unserer Sonne.

Neuere Modelle ergeben allerdings, dass ihre Eignung für lebensfreundliche Planeten deutlich unterhalb der bisherigen Annahmen liegt. Eines der Gründe für eine potentielle Lebensfeindlichkeit ist die starke radioaktive Strahlung des Sterns, der die Exoplaneten in der habitablen Zone aufgrund ihrer großen Nähe zum Stern ausgesetzt sind.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass Exoplaneten, die in der habitablen Zone eines Roten Zwergs liegen, eine gebundene Rotation entwickeln. Der Planet zeigt also stets mit derselben Seite zum Stern. Die sternzugewandte Seite wird deshalb viel zu heiß, die sternabgewandte Seite viel zu kalt. Dies macht beide Seiten des Planeten lebensfeindlich.Theoretisch bestünde noch in der Zwischenzone („Twilight zone“) – einer Zone der ewigen Dämmerung – eine gewisse Chance auf Leben. Da diese aber aufgrund der äußerst großen Temperatur- und Druckdifferenzen auf beiden Seiten von enorm starken Winden geprägt ist (falls der Planet eine Atmosphäre besitzt), dürfte auch in dieser kein Leben (so wie wir es kennen) existieren.

Welche Sterntypen eignen sich also für potentielles Leben?

Die obige Diskussion ergab, dass sowohl große als auch kleine Sterne praktisch vollständig ausscheiden, wenn es um eine langfristige Entwicklung und Aufrechterhaltung von Leben auf einem ihrer Planeten geht.

Es wird deshalb zurzeit die Vermutung geäußert, dass gerade die sonnenähnlichen Sterne die günstigsten Bedingungen für Leben (auf Kohlenstoffbasis) bieten (Abb. 5).

Dies dürfte ein weiterer versteckter Hinweis darauf sein, dass es kein Zufall ist, dass unser Heimatstern gerade so beschaffen ist, wie er ist – und eben nicht beliebig sein kann.

Die Atmosphäre eines Exoplaneten – Woher kennen wir ihre Zusammensetzung?

Selbst wenn ein Exoplanet in der habitablen Zone liegt, wissen wir noch nichts über seine tatsächliche Atmosphäre. Hier kommt die Spektroskopie ins Spiel – eine Methode, mit der sich die chemische Zusammensetzung von Atmosphären aus der Ferne bestimmen lässt. Am einfachsten lässt sich dieses Prinzip am Prismenspektrometer erklären.

Ein Prisma bricht das einfallende Licht, und Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird unterschiedlich stark gebrochen – rötliches Licht wird schwächer gebrochen, bläuliches stärker. Dadurch werden die einzelnen Komponenten sichtbar gemacht (Abb. 6).

Lichtspektren besitzen oft „charakteristische Muster“, die Aufschlüsse darüber geben, von welchen Elementen das Licht ausgestrahlt wurde bzw. welches Element das Licht durchlaufen hat. Wenn also das Licht, das von einem Stern ausgestrahlt wird, auf diese Weise zerlegt wird, dann wissen wir, woraus sich dieser Stern zusammensetzt – meistens aus Wasserstoff und Helium, in späteren Stadien auch aus schwereren Elementen.

Diese Methode kann aber auch verwendet werden, um die Atmosphäre eines Exoplaneten während eines Transits zu analysieren. Diese Methode wird Transmissionsspektroskopie genannt (Abb. 7).

Mit anderen Worten vergleicht man das Spektrum des Sterns ohne den vorbeiziehenden Exoplaneten mit dem Spektrum des Sterns während des Transits. Der Unterschied – etwa neu hinzugekommene Absorptionslinien – geben dann Aufschluss über das Medium, das das vom Stern ausgesandte Licht zusätzlich passieren muss. In diesem Fall über die Atmosphäre des Exoplaneten.

Diese Methode ist jedoch nicht die einzige Methode, die Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Atmosphäre eines Exoplaneten zulässt. Man kann auch die direkte Emission einer Planetenatmosphäre untersuchen, indem man das Licht des Sterns und des Planeten, das während des größten Teils der Umlaufbahn des Planeten empfangen wird, mit dem Licht des Sterns während einer sekundären Sonnenfinsternis (wenn sich der Exoplanet hinter seinem Stern befindet) vergleichen.

Im Oktober 2013 wurde beispielsweise die Entdeckung von Wolken in der Atmosphäre von Kepler-7b bekannt gegeben, und im Dezember 2013 auch in den Atmosphären von Gliese 436 b und Gliese 1214 b.

Die beiden Gasplaneten WASP-76b und WASP-121b dagegen sorgen gar für ein Rätsel: Sie enthalten hoch in ihrer Atmosphäre das schwere Element Barium, wie hochauflösende Analysen mit dem Very Large Telescope in Chile belegen. Es ist das schwerste Element, das sich bislang in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachweisen ließ. Dabei sollten sich aufgrund ihrer starken Anziehungskraft keine derart schweren Stoffe in der oberen Atmosphäre befinden.

Hinweise auf extraterrestrisches Leben?

Hinweise auf mögliche extraterrestrische biologische Aktivitäten sind bisher kaum ermittelt worden – und wenn, dann nur äußerst Indirekte. Im April 2025 wurde jedoch in den Daten des James Webb Space Telescope, das den Exoplaneten K2-18 b analysierte, Spuren von Dimethylsulfid gefunden, einem Stoff, der auf der Erde nur von Organismen produziert wird und Meeren ihren typischen Geruch verleiht. Auch wurden Spuren von Dimethyldisulfid gefunden, der ebenfalls eine Biosignatur darstellt (https://hycean.group.cam.ac.uk/articles/hints-of-biological-activity-outside-the-solar-system/).

Der Stern K2-18 ist ein Roter Zwerg und K2-18 b ein Exoplanet, der in der habitablen Zone liegt und etwa die 7- bis 10-fache Erdmasse und den 2,7-fachen Erdradius besitzt. Seine Dichte ist jedoch deutlich kleiner als die der Erde, woraus folgt, dass seine Natur womöglich eher der von Uranus und Neptun entspricht als der eines typischen Gesteinsplaneten. Was dieser Fund also insgesamt bedeuten könnte, wird derzeit noch diskutiert.

Die habitable Zone einer Galaxie

Tatsächlich besitzen nicht nur Sterne habitable Zonen, sondern auch ganze Galaxien. Wir wollen im Folgenden etwas eingehender betrachten, welche Bereiche einer Galaxie sich potentiell für Leben – auf Kohlenstoffbasis, wie wir es kennen – eignen.

Wir können eine Galaxie grob in drei Bereiche einteilen: Das Innere (bei Spiralgalaxien im Bulge), der mittlere Bereich und der Randbereich.

Das Galaxienzentrum: In der Nähe des Galaxienzentrums geht es sehr turbulent zu. Es tummeln sich viel zu viele Sterne auf kleinem Raum, was tendenziell für eine deutlich höhere Strahlenbelastung spricht. Außerdem ist in dieser Gegend die Wahrscheinlichkeit einer Supernova deutlich höher als in „ruhigeren Ecken“ (in der sich auch unsere Sonne befindet), weswegen Leben, das sich gerade herausbildet, mit hoher Wahrscheinlichkeit wieder vernichtet wird.

Tatsächlich kann eine Supernova das Leben in einem Radius von mehreren Dutzend Lichtjahren auslöschen. In unserer terrestrischen Vergangenheit fanden die Archäologen bereits Nachweise für mehrere Massensterben, das letzte davon fand vor 252 Millionen Jahren statt und vernichtete etwa drei Viertel aller Landlebewesen und sogar 95 Prozent des Lebens im Ozean innerhalb weniger tausend Jahre. Für einige dieser Massensterben wird als Ursache eine mögliche Supernova oder ein Gammablitz in Betracht gezogen (bisher allerdings unbewiesen).

Forschende schreiben in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, dass Supernovae vermutlich für zwei der fünf großen Artensterben verantwortlich sein könnten. Eines davon fand vor 370 Millionen Jahren statt (Kellwasser-Ereignis), bei dem drei Viertel aller Fisch- und Korallenarten ausgestorben sind. Das andere ereignete sich vor fast 450 Millionen Jahren (ordovizisches Massenaussterben), bei dem ein Großteil aller Lebewesen ausgestorben ist. In dieser Zeit existierte das Leben nur im Meer.

Die äußeren Bereiche: In den äußeren Bereichen einer Galaxie wird die Entstehung von Leben ebenfalls kaum möglich sein. In dieser Gegend existieren zu wenig schwere Elemente und insbesondere Metalle, was eine Planeten- und Mondbildung praktisch unmöglich macht. Es bilden sich somit einfach Sterne ohne Planeten.

Es wird außerdem allgemein angenommen, dass die Entwicklung von komplexem Leben ebenfalls schwerere Elemente (wie etwa Eisen) benötigt.

Der Randbereich einer Galaxie scheidet bei Habitabilität also ebenfalls fast vollständig aus.

Insgesamt lässt sich die habitable Zone einer typischen Galaxie etwa wie in Abb. 8 darstellen.

Da unsere Milchstraße einen Radius von etwa 50.000 – 60.000 Lichtjahren besitzt und wir uns vom Zentrum in einem Abstand von etwa 26.000 Lichtjahren befinden, sehen wir erneut, dass der Ort unserer galaktischen Heimat vermutlich gar kein Zufall ist.

An dieser Stelle muss jedoch auf einen kleinen Unterschied zwischen einer habitablen Zone eines Sterns und einer Galaxie hingewiesen werden. Während bei einem Stern aufgrund extremer physikalischer Bedingungen das Leben (so wie wir es kennen) außerhalb der habitablen Zone definitiv nicht existieren kann, ist bei einer Galaxie lediglich die Wahrscheinlichkeit für Leben außerhalb der habitablen Zone deutlich gesenkt. Mit etwas Glück kann sich in den nicht-habitablen Bereichen – beispielsweise in einer vom Zentrum weit entfernten Ecke – trotzdem Leben bilden, wenn dort vorher etwa eine Supernova explodierte und unter anderem schwere Elemente freigab, die später wieder zu einem sonnenähnlichen Stern mit einem Planetensystem kondensierten.

Alles in allem sehen wir viele deutliche Hinweise darauf, dass die Beschaffenheit unserer eigenen Welt in vielen Aspekten wahrscheinlich gar kein Zufall ist, sondern in der Feinjustierung vieler wichtiger Parameter begründet liegt. Das macht sie auf der einen Seite sehr selten. Auf der anderen Seite enthält die habitable Zone unserer Milchstraße vermutlich etliche Milliarden Exoplaneten, von denen einige – rein statistisch – wohl vergleichbare Kriterien wie unsere eigene Erde erfüllen.

Es wird also höchste Zeit, unsere Anstrengungen auf der Suche nach einer zweiten idyllischen Heimat deutlich zu intensivieren … Oder könnte es sein, dass unser Blick auf Habitabilität noch zu eingeschränkt ist?