Die Entdeckung von Planeten, die weit über unsere Vorstellungskraft hinausgehen, hat die Astronomie in den letzten Jahrzehnten revolutioniert. Besonders faszinierend sind Planeten, deren chemische Zusammensetzung und geologische Eigenschaften radikal anders sind als die der Erde. Ein bemerkenswertes Beispiel ist der Exoplanet 55 Cancri e, der 2012 entdeckt wurde. Dieser Planet befindet sich in einem weit entfernten Doppelsternsystem und hat eine Masse, die mindestens achtmal größer ist als die der Erde. 55 Cancri e ist ein sogenannter "super-Earth", ein Planet, dessen Eigenschaften und Zusammensetzung die gängigen Theorien zur Planetenbildung herausfordern.

Was 55 Cancri e so besonders macht, ist sein hoher Kohlenstoffgehalt. Astronomen, darunter Nikku Madhusudhan von der Yale University, fanden heraus, dass dieser Planet ein kohlenstoffreiches Inneres besitzt, das bis zu einem Drittel seiner gesamten Masse aus Kohlenstoff bestehen könnte. In den Tiefen des Planeten würde der Druck den Kohlenstoff in Diamanten verwandeln, was ihn zu einer Art "Diamantenplanet" macht. Der Spitzer-Weltraumteleskop der NASA entdeckte zudem Temperaturvariationen auf der Oberfläche des Planeten, die auf vulkanische Aktivität und weite Lavaebenen hinweisen. Obwohl die Hubble-Weltraumteleskop keine Hinweise auf Wasserdampf in der Atmosphäre fand, unterstützt dies indirekt die Annahme eines Kohlenstoffüberschusses.

Die Frage, ob 55 Cancri e tatsächlich einen derartigen Kohlenstoffüberschuss aufweist, ist jedoch noch nicht endgültig geklärt. Weitere Messungen und zukünftige Missionen, insbesondere mit dem James Webb Space Telescope (JWST), das Planetenatmosphären präzise spectroskopisch untersuchen kann, werden vermutlich mehr Klarheit bringen. Sicher ist jedoch, dass Planeten mit einem hohen C/O-Verhältnis – wie es in einigen Sternen vorkommt – durchaus existieren könnten. In diesem Zusammenhang stellt sich eine noch tiefere Frage: Was passiert, wenn ein Planet größtenteils aus Metall besteht?

Metallische Planeten sind nicht nur ein faszinierendes Konzept der Science-Fiction, sondern auch ein reales Thema der Planetenforschung. Unsere eigene Erde, die in der Vielzahl von Planeten des Universums fast gewöhnlich erscheint, hat ein reiches Metallvorkommen, das sich im Kern des Planeten konzentriert. Das Eisen und andere Metalle, die im Erdkern vorhanden sind, sind Überreste von supernova-Explosionen und der Verschmelzung von Neutronensternen. Solche Metalle finden sich auch in den frühen protoplanetaren Wolken, die die Grundlage für die Bildung von Planeten wie der Erde bildeten.

Interessanterweise gibt es Hinweise auf Asteroiden, die hauptsächlich aus Metall bestehen, insbesondere die M-Typ-Asteroiden, wie der Asteroid Psyche. Dieser metallische Asteroid, dessen Durchmesser etwa 225 Kilometern beträgt, wurde 2023 von der NASA für eine Mission ins Visier genommen, die mehr über die inneren Strukturen von Planeten und die Ursprünge metallischer Planeten herausfinden soll.

Aber kann ein ganzer Planet aus Metall bestehen? Wir werfen einen Blick auf Merkur, den innersten Planeten unseres Sonnensystems. Merkur hat einen Durchmesser von etwa 4.880 Kilometern, wobei 4.040 Kilometer davon auf seinen metallischen Kern entfallen. Der Grund für diesen hohen Anteil an Metall im Kern von Merkur ist noch nicht vollständig verstanden, aber eine gängige Theorie besagt, dass Merkur durch einen gewaltigen Aufprall in seiner Frühzeit einen Großteil seiner Kruste und seines Mantels verlor, was zu einem überdurchschnittlich großen Metallkern führte.

Die Frage, ob ein Planet ganz aus Metall bestehen kann, wurde in der Science-Fiction oft behandelt, etwa auf dem Planeten Cybertron aus den "Transformers". Dieser fiktive Planet, der den Transformers als Heimat dient, wurde als riesiger metallischer Körper dargestellt. In der ersten Ausgabe des Marvel Comics aus dem Jahr 1984 wurde Cybertron als so groß wie Saturn beschrieben. Doch solch ein metallischer Planet mit der Größe eines Saturn würde enorme Gravitationskräfte erzeugen, die das Leben darauf nahezu unmöglich machen würden. Die Schwere eines Planeten hängt nicht nur von seiner Masse ab, sondern auch vom Radius des Planeten. Ein hypothetischer, metallischer Cybertron mit der Masse von Saturn würde eine Oberflächenschwere erzeugen, die etwa 45-mal so stark wie die der Erde wäre – eine Tatsache, die das Bewegungsverhalten von lebenden Wesen auf diesem Planeten in der Science-Fiction sehr schwierig machen würde.

Doch die Idee, dass große metallische Planeten existieren könnten, ist nicht ganz von der Hand zu weisen. Es gibt Asteroiden und protoplanetare Reste, die teilweise aus Eisen und anderen Metallen bestehen. Diese könnten theoretisch zu Planeten zusammenwachsen, die in ihrer Zusammensetzung deutlich metallischer sind als unsere Erde. Solche Planeten könnten auch faszinierende geologische Merkmale aufweisen, die es zu entdecken gilt. Vielleicht ist die Entdeckung von Planeten mit hohen Metallgehalten oder sogar rein metallischen Planeten in Zukunft gar nicht so weit entfernt, wie es heute scheint.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, den der Leser berücksichtigen sollte, ist, dass die Schilderungen über metallische Planeten in der Science-Fiction oft mit einem Hauch von Fantasie versehen sind, die jedoch auf realen astronomischen Konzepten beruhen. Die Diskussion über solche Planeten zeigt, wie unterschiedlich die Exoplaneten im Universum sein könnten und wie wenig wir bisher über die wahre Vielfalt der Welten jenseits unseres Sonnensystems wissen. Jedes neue Experiment und jede neue Entdeckung erweitert unser Verständnis und zeigt, wie der Übergang zwischen Science-Fiction und Wissenschaft immer fließender wird.

Wie könnten bewohnbare Exoplaneten aussehen und welche Rolle spielen sie in der Science-Fiction?

In der Welt der Science-Fiction bleibt die Vorstellung von bewohnbaren Exoplaneten vor der Entdeckung realer solcher Welten im Bereich der Spekulation. Doch obwohl wir bislang keine außerirdischen Lebensformen gefunden haben, bietet die Science-Fiction weitgehend die Freiheit, solche Welten nach Belieben zu gestalten. Interessanterweise ziehen viele dieser Darstellungen auf die Erde als Modell zurück, um ihre fiktiven Planeten zu konzipieren. Dies ist verständlich, da wir auf der Erde ein greifbares Beispiel für ein Leben tragendes, komplexes Ökosystem haben. In der Science-Fiction, besonders in der „Star Trek“-Reihe, werden solche Exoplaneten häufig als alltäglich und fast unaufregend dargestellt. Es gibt Hunderte von Erden-ähnlichen Planeten, die in verschiedenen Episoden besucht werden, die alle nach dem gleichen Muster konstruiert sind – ein tropischer oder gemäßigter Lebensraum, meist mit Leben, das den irdischen Ökosystemen ähnelt. Die Planeten erscheinen oft als wenig innovativ, beinahe wie Kopien der Erde, was von einigen Kritiken in der Science-Fiction-Literatur hervorgehoben wird. Diese Wiederholung von Erden-ähnlichen Welten ist jedoch keineswegs ein exklusives Phänomen von TV-Serien wie „Star Trek“, sondern zieht sich auch durch viele Werke der Science-Fiction-Literatur, vor allem in Space-Opera-Geschichten, wo Abenteuer und nicht wissenschaftliche Genauigkeit im Vordergrund stehen.

Ein Beispiel für eine solche Erden-ähnliche Welt findet sich in Peter F. Hamiltons „Night’s Dawn“-Trilogie, die in den späten 1990er Jahren erschien. Der erste Band, „The Reality Dysfunction“ (1996), stellt Lalonde vor – einen Planeten, der „terrakompabil“ ist, also ein erdähnlicher Himmelskörper, der 319 Lichtjahre entfernt von der Erde einen unauffälligen Stern umkreist. Hamilton gibt detaillierte Informationen über die Planeten des „Confederation“-Universums, einschließlich Lalonde. Die Tatsache, dass Lalonde eine mittlere Entfernung von 132 Millionen Kilometern von seinem Stern hat, stellt eine Parallele zur Erde dar, die etwa 149,6 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt ist. Lalonde liegt somit innerhalb der habitablen Zone. Doch die geringfügige Unterschiede – Lalondes Stern ist kühler als die Sonne – lassen den Planeten dennoch als einen plausiblen Kandidaten für Leben erscheinen.

Ein besonders auffälliges Merkmal von Lalonde ist jedoch seine Flora. Ein Charakter beschreibt den Planeten als ein „Reich von Bäumen, echte verdammte Bäume! Millionen von ihnen! Trillionen!“ Die Pflanzenwelt, die sich vor den Augen der Beobachter entfaltet, wirkt sehr irdisch: dicht bewachsene Wälder, Bäume, Sträucher, Ranken und Obst, die an jene erinnern, die wir auf der Erde kennen. Doch wie realistisch ist eine solche Vorstellung? Paul McAuley, ein weiterer Science-Fiction-Autor und Botaniker, verweist auf die Tatsache, dass baumähnliche Lebensformen auf der Erde mehrfach entwickelt wurden. Es gab Pilzbaum-ähnliche Wesen, Farnbaum-ähnliche, Kakteenbaum-ähnliche, und auch die gewöhnlichen „Baum-Bäume“. Es ist durchaus vorstellbar, dass auf einem fremden Planeten ähnliche Lebensformen entstehen, wenn die Umstände ähnlich sind.

Die Evolution auf der Erde, wie sie Charles Darwin beschrieb, folgt oft dem Prinzip des „Überlebens des Stärkeren“, wobei die Natur zufällige Mutationen begünstigt, die den Lebewesen einen Vorteil verschaffen. Ein interessantes Beispiel für dieses Prinzip ist das sogenannte Kambrium, eine Periode vor 505 Millionen Jahren, in der ein „explosionsartiges“ Auftreten von Lebensformen die Vielfalt des Lebens auf der Erde dramatisch erweiterte. Während die Tiere dieser Zeit oft bizarre und ungewöhnliche Formen aufwiesen, wie die halluzinogene Hallucigenia oder das gepanzerte Wiwaxia, stellte das Kambrium die Geburtsstunde für komplexe Lebewesen dar, aus denen sich das moderne Leben entwickelte.

In der Science-Fiction wird diese „konvergente Evolution“ auf andere Planeten übertragen. Es ist durchaus vorstellbar, dass auch auf fremden Welten eine ähnliche Evolution stattfinden könnte, die in baumähnlichen Strukturen resultiert – vor allem, weil hohe, baumartige Pflanzen im Kampf um Sonnenlicht einen klaren Überlebensvorteil verschaffen. Bäume, die sich in die Höhe schrauben, bieten eine effiziente Möglichkeit, Sonnenenergie zu gewinnen. Die Wiederholung dieses evolutionären Musters auf anderen Planeten könnte nicht nur plausibel, sondern auch notwendig sein, um das Überleben und die Entwicklung von Leben zu gewährleisten.

Doch trotz dieser plausiblen Vorstellung von Erden-ähnlichen Welten bleibt es ein schwieriges Unterfangen, die genaue Natur von bewohnbaren Exoplaneten zu prognostizieren. Die Tatsache, dass wir keine konkreten Beweise für Leben auf anderen Planeten haben, bedeutet, dass diese Darstellungen in der Science-Fiction noch immer spekulativ sind und nur als kreative Annahmen existieren. Wissenschaftler und Science-Fiction-Autoren müssen die Grenzen der Vorstellungskraft ausloten und gleichzeitig auf die neuesten Entdeckungen in der Astrophysik und Biologie reagieren, um weiterhin plausible, aber aufregende Szenarien zu schaffen. Die Erfindung von Exoplaneten ist mehr als nur ein literarisches Mittel – sie fordert uns heraus, unser Verständnis von Leben und Evolution zu erweitern und die Möglichkeit einer unendlichen Vielfalt von Welten zu akzeptieren, die noch entdeckt werden müssen.

Warum wir keine Gräser auf anderen Planeten erwarten können: Evolution und Anpassung in der Welt der Pflanzen

Die Evolution auf der Erde hat eine Vielzahl von Lebensformen hervorgebracht, die spezifische ökologische Nischen füllen. Pflanzen sind ein bedeutendes Beispiel für diese Anpassung, wobei Bäume als das bekannteste Beispiel für photosynthetische Organismen dienen. Wenn wir also darüber nachdenken, wie Leben auf anderen erdähnlichen Exoplaneten aussehen könnte, liegt es nahe, dass dort ebenfalls baumähnliche Strukturen existieren könnten. Diese Pflanzen wären zwar keine „Bäume“ im klassischen Sinne, aber sie würden eine vergleichbare Nische ausfüllen und ähnlich wie Bäume auf der Erde zur Produktion von Sauerstoff und zur Stabilisierung des Ökosystems beitragen. Ihre Form und Struktur könnte sich jedoch deutlich von unseren Bäumen unterscheiden.

Grass ist hingegen ein viel jüngeres Produkt der Evolution. Es entstand vor etwa 55 bis 66 Millionen Jahren, nach dem Zeitalter der Dinosaurier. Dies bedeutet, dass die Entstehung von Gras mit dem Ende der Kreidezeit zusammenfällt, einer Periode, die die Erde vollständig veränderte. Interessanterweise wird in vielen Dinosaurierfilmen, die in dieser Zeit spielen, Gras fälschlicherweise als Teil der Flora dargestellt. Ein Beispiel für diese falsche Darstellung ist der Science-Fiction-Film 65 (2023), der versucht, die Zeit der Dinosaurier darzustellen, jedoch das Auftreten von Gras im falschen historischen Kontext zeigt.

Es ist ein häufiger Fehler in der Science-Fiction, Gräser auf anderen Planeten zu erwarten. Grass ist ein Beispiel für kontingente, nicht konvergente Evolution. Dies bedeutet, dass Gras auf der Erde wahrscheinlich nur einmal und in einer bestimmten Periode der Evolution entstanden ist, als sich die Vegetation in eine neue Richtung entwickelte, um die Anforderungen der neuen klimatischen Bedingungen zu erfüllen. Anders als bei baumähnlichen Pflanzen, die sich an verschiedene Umgebungen angepasst haben und daher in verschiedenen Teilen der Welt vorkommen, ist Gras eine sehr spezielle pflanzliche Erfindung, die unter sehr spezifischen Bedingungen entstanden ist. Der evolutionäre Ursprung von Gras liegt in den Zeiträumen, als sich die Savannen von den schrumpfenden Wäldern ablösten, und damit die menschlichen Vorfahren beeinflussten. Daher dürfen wir nicht erwarten, Gras auf anderen Planeten zu finden.

Ein weiteres interessantes Beispiel für die Vielfalt von Lebensformen im Universum findet sich in der Science-Fiction-Serie The Expanse. In dieser Serie wird die planetare Flora des Planeten Laconia beschrieben, die zwar baumähnlich erscheint, aber aufgrund einer fundamentalen biologischen Abweichung eine ganz andere molekulare Struktur aufweist. Auf Laconia basiert das Leben auf „rechten“ Aminosäuren, im Gegensatz zu den „linken“ Aminosäuren, die in der Erde vorkommen. Diese Spiegelbildlichkeit der Moleküle, die als Chiralität bezeichnet wird, ist eine fundamentale Eigenschaft allen irdischen Lebens. Auf Laconia jedoch sind die Aminosäuren und Zucker „rechtsgedreht“, was zu dem Effekt führt, dass die Lebensform dort auf der Erde unverdaulich wäre. Dies zeigt, wie selbst die kleinsten Unterschiede im molekularen Aufbau von Organismen zu dramatischen biologischen Konsequenzen führen können, wie etwa der Unfähigkeit, Nahrung aufzunehmen.

Interessant ist, dass diese Spiegelbildlichkeit der Biomoleküle auch in der realen Wissenschaft als Hinweis auf mögliche extraterrestrische Lebensformen angesehen wird. Wenn wir Aminosäuren mit einer anderen Chiralität finden würden, wäre dies ein deutliches Zeichen für Leben, das sich anders entwickelt hat als auf der Erde. Diese Entdeckung könnte uns wichtige Informationen darüber liefern, wie das Leben im Universum existieren könnte, unabhängig davon, ob es auf der gleichen chemischen Basis wie auf der Erde aufbaut.

Neben der biologischen Vielfalt gibt es auch geographische oder klimatische Nischen, die Leben auf einem anderen Planeten begünstigen könnten. Ein anschauliches Beispiel ist die Venus, deren Oberfläche extrem lebensfeindlich ist, mit hohen Temperaturen und einem überwältigenden Atmosphärendruck. Dennoch gibt es in höheren Atmosphärenschichten der Venus eine Zone, die aufgrund ihrer Temperatur- und Druckverhältnisse möglicherweise lebensfreundlich sein könnte. Diese Region liegt zwischen 51 und 62 Kilometern über der Oberfläche, wo die Bedingungen viel erträglicher sind. Wenn auf der Venus Leben existiert, dann wohl nur in dieser „habitablen Höhe“, wo die Temperaturen zwischen -20 und 65 Grad Celsius schwanken. Es ist dort zwar nach wie vor giftige Schwefeldioxid-Wolken und ein Mangel an Wasser, aber der Entdeckungsfaktor dieser Region eröffnet neue Überlegungen darüber, wo und wie Leben in extremen Umgebungen existieren könnte.

Ein weiteres faszinierendes Detail ist die Entdeckung von Phosphin in der Atmosphäre der Venus. Phosphin ist ein Gas, das auf der Erde nur durch biologische Prozesse gebildet wird. Die Entdeckung dieses Gases in den Venus-Wolken hat die Frage aufgeworfen, ob in diesen extremen Umgebungen vielleicht doch einfache Lebensformen existieren, die auf sehr verschiedene Weise an die Bedingungen angepasst sind. Auch dies ist ein Beispiel dafür, wie Leben an die spezifischen Gegebenheiten seines Planeten angepasst werden könnte.

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