Im Jahr 1961 skizzierte der Astronom Frank Drake auf der ersten SETI-Konferenz in Green Bank, West Virginia, eine Gleichung auf einer Tafel. Sein Ziel bestand nicht darin, eine genaue Antwort zu berechnen – er gab zu, dass dies mit dem damals verfügbaren Wissen unmöglich war. Das Ziel bestand darin, Unwissenheit zu organisieren: die richtigen Fragen zu identifizieren, das Erkennbare vom Unerkennbaren zu trennen und die Suche nach außerirdischer Intelligenz als wissenschaftliches Problem und nicht als reine Spekulation darzustellen. Über sechzig Jahre später haben das Kepler-Weltraumteleskop und das James-Webb-Weltraumteleskop einige dieser Fragen beantwortet. Andere bleiben so unsicher wie eh und je.
Die sieben Variablen der Drake-Gleichung
Die Drake-Gleichung schätzt die Anzahl der aktiven, kommunizierenden Zivilisationen in der Milchstraße zu einem bestimmten Zeitpunkt:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Jede Variable befasst sich mit einem Schritt in der Kette von der Sternentstehung bis zur nachweisbaren Zivilisation:
| Variable | What It Means |
|---|---|
| N | Number of civilizations we could detect right now |
| R* | Average rate of star formation in the Milky Way (stars/year) |
| fp | Fraction of those stars that have planets |
| ne | Average number of planets per planetary system in the "habitable zone" |
| fl | Fraction of habitable planets where life actually emerges |
| fi | Fraction of life-bearing planets where intelligent life evolves |
| fc | Fraction of intelligent civilizations that develop detectable technology |
| L | Average lifespan of a detectable civilization (years) |
Das Ergebnis N ist nicht die Gesamtzahl der Zivilisationen, die jemals existiert haben – es ist die Zahl, die derzeit aktiv ist und gleichzeitig mit uns sendet. Eine Zivilisation, die vor einer Milliarde Jahren aufstieg und unterging, trägt nichts zu N bei.
Was wir wissen vs. was wir vermuten
Die Astronomie hat unser Vertrauen in zwei der sieben Variablen verändert. Vor der Kepler-Mission (2009–2018) waren fp und ne fundierte Vermutungen. Jetzt handelt es sich um einigermaßen gut eingeschränkte Beobachtungsdaten.
R (Sternentstehungsrate):* Astronomen schätzen, dass die Milchstraße im Durchschnitt ihrer Geschichte etwa 1–3 neue Sterne pro Jahr hervorbringt. Die aktuelle Rate liegt eher am unteren Ende, da die Galaxie altert und sternbildendes Gas verbraucht wird. Drake selbst verwendete 1961 10 – eine höhere Schätzung für die frühere, aktivere Periode der Galaxie. Moderner Konsens: R ≈ 1–3 Sterne/Jahr*.
fp (Bruch mit Planeten): Kepler-Daten zeigten, dass Planeten nicht die Ausnahme, sondern die Regel sind. Ungefähr 70–90 % der sonnenähnlichen Sterne beherbergen mindestens einen Planeten. Für alle Sterntypen zusammengenommen liegt der Anteil wahrscheinlich nahe bei 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 wird jetzt gut unterstützt.
ne (Planeten in der bewohnbaren Zone pro System): Dies ist nuancierter. Die klassische „Bewohnbare Zone“ ist der Bereich, in dem flüssiges Wasser an der Oberfläche existieren kann. Kepler-Daten deuten auf etwa 0,4 bis 0,8 etwa erdgroße Planeten pro sonnenähnlichem Stern in der bewohnbaren Zone hin. Die Ausweitung der Definition auf unterirdisches flüssiges Wasser (Europa, Enceladus) erhöht diesen Wert erheblich. ne ≈ 0,4–1,0 für herkömmliche Schätzungen der bewohnbaren Zone.
fl, fi, fc, L: Diese bleiben zutiefst ungewiss – je nach Annahmen über viele Größenordnungen. Wir haben jeweils eine Stichprobengröße von genau einer: Erde.
Einsetzen optimistischer vs. pessimistischer Werte
Die folgende Tabelle vergleicht Drakes ursprüngliche Schätzungen von 1961 mit modernen optimistischen und pessimistischen Bereichen:
| Variable | Drake (1961) | Modern Optimistic | Modern Pessimistic |
|---|---|---|---|
| R* | 10 | 3 | 1 |
| fp | 0.5 | 1.0 | 0.9 |
| ne | 2.0 | 0.8 | 0.1 |
| fl | 1.0 | 0.5 | 0.000001 |
| fi | 0.01 | 0.1 | 0.000001 |
| fc | 0.01 | 0.1 | 0.0001 |
| L | 10,000 | 100,000 | 100 |
| N (result) | 1,000 | 240 | ~0.000000000001 |
Das pessimistische Szenario spiegelt die Hypothese der „Seltenen Erden“ wider – die Idee, dass komplexes Tierleben ein außerordentlich unwahrscheinliches Zusammentreffen von Bedingungen erfordert (stabiler Stern, Mond in der richtigen Größe zur Gezeitenstabilisierung, Plattentektonik, Jupiter, der sich vor Asteroiden schützt, usw.). Unter der Annahme, dass es sich um seltene Erden handelt, könnte die Erde im beobachtbaren Universum einzigartig sein.
Das optimistische Szenario geht davon aus, dass Leben unter den richtigen Bedingungen ein natürliches Ergebnis der Chemie ist, Intelligenz ein natürliches Ergebnis der mit der Zeit gegebenen Evolution ist und Zivilisationen dazu neigen, lange genug zu überleben, um nachweisbar zu sein.
Drakes Originalschätzung von 1961
Auf der Green Bank-Konferenz arbeitete Drake seine eigene Gleichung mit den versammelten Wissenschaftlern aus – einer Gruppe, zu der Carl Sagan, J.B.S. Haldane und John Lilly. Die Wissenschaftler waren sich über die nicht erkennbaren biologischen und soziologischen Variablen uneinig, aber der Gruppenkonsens ergab eine Schätzung von 1.000 bis 100.000.000 Zivilisationen in der Milchstraße.
Drake persönlich bevorzugte eine Schätzung von rund 10.000 Zivilisationen. Seine Argumentation war, dass L – die Langlebigkeitsvariable – die entscheidende Unsicherheit sei. Wenn Zivilisationen dazu neigen, sich relativ schnell selbst zu zerstören, nachdem sie nukleare und technologische Fähigkeiten entwickelt haben, beträgt L möglicherweise nur ein paar hundert Jahre. Wenn sie ihre technologische Jugend überleben, könnte L Millionen von Jahren betragen. Drake war optimistisch in Bezug auf die Langlebigkeit und daher optimistisch in Bezug auf N.
In nachfolgenden Interviews äußerte Drake weiterhin Optimismus hinsichtlich der Existenz anderer Zivilisationen, räumte jedoch ein, dass die biologischen Variablen im Wesentlichen nicht durch Beobachtungen eingeschränkt würden.
Moderne Schätzungen mit Exoplanetendaten
Die Kepler-Mission und das anschließende TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) haben bis 2024 über 5.500 bestätigte Exoplaneten katalogisiert. Mehrere wichtige Erkenntnisse haben die Drake-Berechnung verfeinert:
Gesteinsplaneten in bewohnbaren Zonen kommen häufig vor. Keplers statistische Analyse legt nahe, dass etwa 20–50 % der sonnenähnlichen Sterne einen Gesteinsplaneten in der bewohnbaren Zone beherbergen.
Rote Zwergsterne verkomplizieren das Bild. Rote Zwerge (Sterne vom Typ M) machen etwa 75 % aller Sterne in der Galaxie aus und beherbergen in ihren bewohnbaren Zonen häufig Gesteinsplaneten. Allerdings liegen die bewohnbaren Zonen der Roten Zwerge viel näher am Stern, was bedeutet, dass die Planeten dort starken Sonneneruptionen und Gezeitenblockaden ausgesetzt sind – Faktoren, die das Leben verhindern können oder auch nicht.
Das James-Webb-Weltraumteleskop hat mit der Charakterisierung der Atmosphären von Exoplaneten begonnen und sucht nach Biosignaturen wie Sauerstoff, Methan und Lachgas in Kombinationen, die auf biologische Prozesse hinweisen. Bis 2024 wurden keine bestätigten Biosignaturen entdeckt, die Suche befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium.
Aktualisierte Schätzungen unter Verwendung moderner Exoplanetendaten und der Annahme, dass FL nicht trivial ist, deuten auf Hunderte bis Tausende kommunizierender Zivilisationen in der Milchstraße unter optimistischen Annahmen hin – oder möglicherweise nur auf eine (uns) unter pessimistischen Annahmen.
Das Fermi-Paradoxon: Wo sind alle?
Wenn die optimistischen Schätzungen stimmen und es Tausende von Zivilisationen in der Milchstraße gibt, stellte Enrico Fermi 1950 die berühmte Frage: Wo sind sie? Die Galaxie ist etwa 13,5 Milliarden Jahre alt. Selbst bei bescheidenen Expansionsraten hätte eine Zivilisation, die eine Million Jahre vor uns liegt, die gesamte Galaxie um ein Vielfaches kolonisieren können. Wir sehen keine Megastrukturen, empfangen keine bestätigten Signale und haben keine Hinweise auf frühere oder gegenwärtige außerirdische Besucher.
Dieser Widerspruch zwischen der Erwartung reichlichen Lebens und der beobachteten Stille ist das Fermi-Paradoxon. Die vorgeschlagenen Erklärungen lassen sich in einige große Kategorien einteilen:
Die Hypothese des Großen Filters: Entweder hat etwas die meisten Zivilisationen ausgelöscht, bevor sie in den Weltraum eingeführt wurden (ein „Filter“, der bereits hinter uns liegt, wie die Schwierigkeit, komplexe eukaryontische Zellen zu erschaffen), oder etwas hat Zivilisationen ausgelöscht, die unseren technischen Stand erreicht haben (ein Filter, der noch vor uns liegt – das beängstigendere Szenario).
Die Zoo-Hypothese: Es gibt Zivilisationen, die aber absichtlich nicht mit uns kommunizieren, vielleicht unter Beachtung einer Art oberster Direktive.
Die Dark-Forest-Hypothese (aus Liu Cixins Science-Fiction): Jede Zivilisation, die ihre Existenz ankündigt, wird schnell von anderen aus kosmischen Selbsterhaltungsgründen vernichtet. Dies sagt eine nahezu völlige Funkstille in allen fortgeschrittenen Zivilisationen voraus.
Entfernungen und Zeit: Die Milchstraße hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren. Selbst Signale, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, brauchen Zehntausende von Jahren, um sie zu überqueren. Unsere Radioblase erstreckt sich nur etwa 110 Lichtjahre von der Erde entfernt – ein winziger Bruchteil der Galaxie. Möglicherweise haben wir einfach nicht lange genug oder laut genug zugehört, um jemanden zu erkennen.
Die Drake-Gleichung löst das Fermi-Paradoxon nicht – sie verschärft es. Jeder Parameter, den wir einschränken, macht die Stille entweder mysteriöser oder hilft, sie zu erklären. Diese Spannung zwischen dem, was die Mathematik für möglich hält, und dem, was die Beobachtung bisher nicht gefunden hat, macht die Gleichung heute genauso intellektuell lebendig wie 1961.