TRAPPIST: Drei rote Welten um nahen kühlen Stern

@MajorTom: Grosse Sterne haben häufiger - und zwar absolut häufiger, korrigiert für jegliche Messeffekte - grosse Planeten, also Neptune und aufwärts. Das mag damit zusammenhängen, dass grosse Sterne grössere Staub- und Gasscheiben haben, in denen ein Planet zu einem grösseren Durchmesser heranwachsen kann, und die Chance hat, auch noch beträchtliche Mengen Gas aufzusammeln. Kleine Sterne haben dagegen viele kleine Planeten, mit gelegentlichen Neptunen und nur ganz selten grossen Gasriesen. Wir kennen ein paar solche Systeme, aber sie wurden vor Kepler entdeckt - bei Kepler fehlen sie fast ganz.

Der Umkehrschluss ist dabei aber doch wohl gewagt, sprich ohne Bedeutung - und zwar gänzlich.

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Ich weiss nicht, welchen Umkehrschluss du genau meinst (ich habe weder behauptet, dass es kein Leben auf solchen Planeten geben könne, noch, dass alle von ihnen unbewohnbar sind).

Wenn du Biologe bist und herausfindest, dass eine Tierart sich auf einen sehr kleinen Lebensraum beschränkt, obwohl ihr eigentlich ein viel grösserer zugänglich wäre, dann ist das ein klarer Hinweis darauf, dass mit dem grösseren Lebensraum und dieser Tierart irgend ein Problem gibt. Vielleicht gibts da ja Raubtiere oder so. Nicht dass ich für Raubtiere auf Planeten von Roten Zwergen plädieren würde, aber du bist in dieser Story der Reporter, der findet, dass die Konzentration der Spezies auf einen kleinen Lebensraum "gewagt, sprich ohne Bedeutung - und zwar gänzlich" sei...

Dgoe schrieb:

Der Umkehrschluss ist dabei aber doch wohl gewagt, sprich ohne Bedeutung - und zwar gänzlich.

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Hallo Dgoe,

das ist kein Umkehrschluss, dass ist lediglich die Feststellung, dass es mindestens einen Stern grösser als eine Rote Zwergsonne gibt, der einen Planeten mit Leben drauf hat.


Freundliche Grüsse, Ralf

Ich will es nochmals anders formulieren: Sagen wir, es gäbe 75% rote, 15% orange und 10% gelbe Lose. Es ist aber nicht klar, ob die Roten Lose überhaupt verteilt werden. Wenn du nun ein gelbes Los bekommst und tippen sollst, ob die roten Lose wohl verteilt wurden oder nicht - worauf wettest du dann? Man kann (mit Bedingten Wahrscheinlichkeiten) zeigen, dass es klug wäre, auf "Rote Lose wurden nicht verteilt" zu tippen - die Chance, dass dies zutrifft, ist grösser. So wie es beim "Ziegenproblem" wahrscheinlicher ist, das Auto hinter der jeweils anderen Tür zu vermuten. Es mag nicht intuitiv sein, und es mag auch nicht in jedem Fall zum Gewinn führen (man bekommt beim Ziegenproblem mit der "Wechseln"-Strategie in einem Drittel der Fälle die Ziege), aber die Strategie ist insgesamt gesehen besser (man bekommt in zwei Dritteln der Fälle das Auto).

Es ist deshalb unter dem, was wir gegenwärtig wissen, die bessere Strategie, davon auszugehen, dass es bei Roten Zwergsternen irgend ein Problem mit der Bewohnbarkeit gibt. Was nicht heisst, dass es nicht doch Zufall sein könnte.

Bynaus schrieb:

dass es bei Roten Zwergsternen irgend ein Problem mit der Bewohnbarkeit gibt.

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zum Beispiel dieses hier mit den Superflares.


Freundliche Grüsse, Ralf

Interessant!

Vielen Dank für den Hinweis Ziegenproblem. Auch super ist dieser Link dazu.

Gruß,
Dgoe

Bynaus schrieb:

Es mag nicht intuitiv sein, und es mag auch nicht in jedem Fall zum Gewinn führen (man bekommt beim Ziegenproblem mit der "Wechseln"-Strategie in einem Drittel der Fälle die Ziege), aber die Strategie ist insgesamt gesehen besser (man bekommt in zwei Dritteln der Fälle das Auto).

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Hallo zusammen,

grundsätzlich muss man sich dabei bewusst sein, dass ein Naturwissenschaftler, der sich solcher Methoden bedient, seine Aussagen primär auf der Basis von Statistik statt auf der Basis von Wissen tätigt.

Und: zwei Drittel richtig raten heisst eben auch: ein Drittel falsch raten.


So war in der Astronomie die "Snow White" auch so ein Beispiel, bei der wahrscheinlichkeitstheoretisch "einiges" dafür sprach, dass sie ein spannender Sednoid ist. Statt dessen entpuppte sie sich dann später als ganz normales Scattered Disk Objekt mit Perihel bei 33 AU. Aber für eine zusätzliche Publikation hat es eben doch noch gereicht.

Aber an sich sollte ich dankbar für solche Erfahrungen sein, weiss ich doch nun, was ich von solchen Publikationen zu halten habe.


Im vorliegenden Beispiel mit den Roten Zwergsonnen indes ist die Situation eine andere, denn es gibt inzwischen zahlreiche Beobachtungsdaten, die man nun in einen richtigen Zusammenhang zu setzen hat. Hier ist die Frage eher die, wo man einen Beobachterauswahleffekt zu befürchten hat und wie man den minimieren kann. Und dazu benötigt man statistische Methoden.


Freundliche Grüsse, Ralf

Der Vollständigkeit halber sei noch angemerkt, dass man bei Bedingten Wahrscheinlichkeiten einen "prior" vorgeben muss, man muss also erst mal abschätzen, wie wahrscheinlich man es erachtet, dass die roten Lose gar nicht verteilt wurden. Das ist natürlich subjektiv. Man kann es auf 50% setzen, aber man könnte den Prior auch auf 0.000001% setzen, wenn man sich sehr sicher ist, dass die roten Lose verteilt wurden.

Bynaus schrieb:

Der Vollständigkeit halber sei noch angemerkt, dass man bei Bedingten Wahrscheinlichkeiten einen "prior" vorgeben muss, man muss also erst mal abschätzen, wie wahrscheinlich man es erachtet, dass die roten Lose gar nicht verteilt wurden. Das ist natürlich subjektiv. Man kann es auf 50% setzen, aber man könnte den Prior auch auf 0.000001% setzen, wenn man sich sehr sicher ist, dass die roten Lose verteilt wurden.

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Hallo Bynaus,

ganz genau. Sogar selbsternannte "Risikoexperten" hatten da im Zusammenhang mit dem LHC am CERN ihre liebe Mühe damit und haben nicht bemerkt, dass ihr angeblich sehr gut abgeschätzter "prior" in Wirklichkeit ein sinnfreier Pauschalwert war, der das Gesamtergebnis völlig verfälscht hat.

Ebenso wie diese "Riskoexperten" nicht bemerkt haben, dass sie einen Term noch besser abschätzen, der ohnehin schon sehr nahe bei 0 lag. Sie hätten den anderen Summanden besser abschätzen müssen !

Trotzdem ist es denen einige Jahre später gelungen, ihr "Werk" in irgendeinem Journal unterzubringen.


Freundliche Grüsse, Ralf

ralfkannenberg schrieb:

...der einen Planeten mit Leben drauf hat.

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Diese Formulierung ist der Hit.
"Mit Leben drauf" - köstlich. Lol.

Dieser Plani hat's halt voll drauf!

http://arxiv.org/abs/1606.08448

Hier ein arxiv Preprint, bei dem es genau um diese Frage geht: nach den Autoren erscheint es am plausibelsten, dass Leben ("wie wir es kennen") in etwa 10 Billiarden Jahren im Orbit um einen Roten Zwerg mit 0.1 Sonnenmassen auftreten müsste - es sei denn, irgendwas "unterdrückt" die Bewohnbarkeit von Planeten um Rote Zwerge.

Hallo Bynaus,

in dem Preprint scheinen sie angenommen zu haben, dass die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben unabhängig vom Alter des Planeten ist (abgesehen von den ersten 200 Mio Jahren).
Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit der Lebensentstehung ist für ein Alter des Planeten zwischen 1 und 2 Mrd Jahren, oder 11 und 12 Mrd Jahren oder 736 und 737 Mrd Jahren gleich. Außerdem wäre dann die Gesamtwahrscheinlichkeit, mit der Leben auf einem Planeten entsteht, proportional zur Verweilzeit in der habitablen Zone. Also wäre auf einem Planeten der 5000 Mrd Jahre in der habitablen Zone verbringt die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben 1000 mal größer als auf einem Planeten der 5 Mrd Jahre in der habitablen Zone verbringt.

Das halte ich für unplausibel. Die Wahrscheinlichkeit wird mit der Zeit drastisch abnehmen. Ich halte es für plausibler, das wenn in den ersten 3 bis 10 Mrd Jahren kein Leben entstanden ist, es höchstwahrscheinlich in den nächsten 100 oder 1000 Mrd Jahren auch nicht klappen wird, selbst wenn der Planet so lange in der habitablen Zone verbleibt.

Ich halte es für bemerkenswerter, das heute 90% aller Sterne die jemals entstehen werden bereits entstanden sind. Die Sonne selbst entstand nach dem 77.5% aller Sterne bereits entstanden waren. Wir sind also wahrscheinlich nicht früh dran, sondern eher spät.

Grüße UMa

UMa schrieb:

Das halte ich für unplausibel. Die Wahrscheinlichkeit wird mit der Zeit drastisch abnehmen. Ich halte es für plausibler, das wenn in den ersten 3 bis 10 Mrd Jahren kein Leben entstanden ist, es höchstwahrscheinlich in den nächsten 100 oder 1000 Mrd Jahren auch nicht klappen wird, selbst wenn der Planet so lange in der habitablen Zone verbleibt.

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Hallo Uma,

ich stimme dem - zumindest in der Form - nicht zu:

Zum einen wissen wir nicht, wie gross die Wahrscheinlichkeit ist, dass wenn die Umgebung hinreichend lebensfreundlich ist auch wirklich Leben entsteht. Nur wenn diese Wahrscheinlichkeit gross ist, ist Deiner Argumentation zuzustimmen.

Sie könnte aber auch sehr klein sein und es könnte ein enormer Zufall gewesen sein, dass es auf der Erde so rasch geklappt hat. Dann könnte es mehrere "Versuche" benötigen, bis dann wirklich Leben entsteht.


Kommt noch etwas anderes dazu: möglicherweise wissen wir noch gar nicht so genau, was eigentlich "hinreichend lebensfreundlich" bedeutet. Ein Planet könnte aber (und wird das aus geologischen Gründen auch tun) dieses Set an Bedingungen verändern, weil es wärmer wird, wieder kälter, vielleicht ein grösserer Meteorit einschlägt oder sich der Vulkanismus ändert o.ä. Es besteht also auch die Möglichkeit, dass im Laufe der Zeit geologisch bedingt ein "Finetuning" stattfindet, welches entstehendes Leben begünstigt.


Wir wissen das alles nicht, so dass es mir in erster Näherung tatsächlich plausibel erscheint, hier keinerlei Voraussetzungen zu tätigen.


Freundliche Grüsse, Ralf

UMa schrieb:

Das halte ich für unplausibel. Die Wahrscheinlichkeit wird mit der Zeit drastisch abnehmen. Ich halte es für plausibler, das wenn in den ersten 3 bis 10 Mrd Jahren kein Leben entstanden ist, es höchstwahrscheinlich in den nächsten 100 oder 1000 Mrd Jahren auch nicht klappen wird, selbst wenn der Planet so lange in der habitablen Zone verbleibt.

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Warum? Ganz grundsätzlich: Wenn die Entstehung von Leben ein unwahrscheinliches Ereignis ist, das bestimmte Bedingungen braucht, um überhaupt eintreten zu können, dann wird die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens dieses Ereignisses mit der Dauer, die diese Bedingungen vorherrschen, stetig zunehmen.

Wenn du z.B. ein Yahtzee (5 6er) würfeln willst, dann wird die Wahrscheinlichkeit, dass du es bis zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht haben wirst, stetig steigen (zumindest so lange man dich würfeln lässt).

Wir sind also wahrscheinlich nicht früh dran, sondern eher spät.

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Wir sind spät dran, was die Entstehung von Sternen angeht. Was nicht heissen muss, dass wir spät dran sind, was die Entstehung von Leben angeht.

Hallo UMa,

Ich halte es für plausibler, das wenn in den ersten 3 bis 10 Mrd Jahren kein Leben entstanden ist, es höchstwahrscheinlich in den nächsten 100 oder 1000 Mrd Jahren auch nicht klappen wird, selbst wenn der Planet so lange in der habitablen Zone verbleibt.

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Ja, das denke ich auch, denn der reduzierende Charakter der Atmosphäre eines etwa erdgroßen Planeten ist nur von relativ kurzer Dauer. Über Wasserspaltung wird Sauerstoff permanent freigesetzt, der sich mit Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zu CO2, N2 und SO2 umsetzt, wobei letzteres mit Metall-Ionen im Oberflächenwasser zu Salzen reagiert. Am Ende haben wir Verhältnisse wie auf der Venus oder auf dem Mars, wenn eine Lebensentstehung ausbleibt. Ich halte es nicht für sinnvoll, so einen komplexen Prozess auf einen numerischen Wert herunterzubrechen, um damit Wahrscheinlichkeitskalkulationen anzustellen. Da kann nichts Verwertbares bei rauskommen ...

Viele Grüße!

Mahananda schrieb:

Über Wasserspaltung wird Sauerstoff permanent freigesetzt, der sich mit Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zu CO2, N2 und SO2 umsetzt, wobei letzteres mit Metall-Ionen im Oberflächenwasser zu Salzen reagiert. Am Ende haben wir Verhältnisse wie auf der Venus oder auf dem Mars, wenn eine Lebensentstehung ausbleibt.

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In diesem Fall aber ändern sich die äusseren Bedingungen. Es wäre nicht die Lebensenstehung an sich, die weniger wahrscheinlich wäre, sondern die Bedingungen haben sich zu einem Punkt hin verändert, wo Leben gar nicht mehr entstehen kann. Das ist zumindest eine andere Situation als jene, die UMa beschreibt.

Weiter würde ich es nicht als Gewissheit sehen, dass dem so ist wie du schreibst. Das mag in der Situation des Sonnensystems, mit den hier gegebenen Planeten, so sein. Aber daraus eine generelle Regel zu konstruieren, wonach Bedingungen, die der Entstehung von Leben förderlich sind, nur in den ersten paar Jahrmilliarden (oder so) gegeben sind, scheint mir dann doch etwas abwegig. Siehe z.B. Europa: da gibt es immer noch einen salzhaltigen Wasser-Ozean, der vermutlich sogar Sauerstoffreich ist. Siehe auch Titan, der noch heute komplexe Kohlenstoffverbindungen in seiner Atmosphäre aufweist. Willst du angesichts von zwei Beispielen in unserem eigenen Sonnensystem wirklich kategorisch ausschliessen, dass es alte, lebensfrei gebliebene Planeten mit Ozeanen und reduzierenden Verbindungen gibt?

Hallo Bynaus,

Das ist zumindest eine andere Situation als jene, die UMa beschreibt.

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Dazu kann UMa bestimmt selber noch einmal etwas schreiben. Ich hatte seine Bemerkung aber so aufgefasst, dass er die sich ändernden Bedingungen für eine Lebensentstehung meint.

Siehe z.B. Europa: da gibt es immer noch einen salzhaltigen Wasser-Ozean, der vermutlich sogar Sauerstoffreich ist.

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Dafür haben wir dort keine Voraussetzungen dafür, dass aus eventuell vorhandenen Monomeren, also Aminosäuren und/oder RNA-Basen, Polymere entstehen können, weil die Polykondensationsreaktion infolge des stetig vorhandenen vielen Wassers permanent in Richtung der Ausgangsstoffe verschoben bleibt. Und ein sauerstoffreicher Ozean ist sogar Gift für die Entstehung und Anreicherung von Monomeren, die üblicherweise nur unter reduzierenden Bedingungen entstehen.

Siehe auch Titan, der noch heute komplexe Kohlenstoffverbindungen in seiner Atmosphäre aufweist.

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Nur, dass die dort stattfindende Drei-Elemente-Chemie (C + H + N) in Ermangelung eines polaren Biosolvens und der permanent niedrigen Temperaturen keine Chance hat, ein Stoffwechselsystem aufzubauen, welches das Potenzial hätte, sich zu einer Protozelle weiterzuentwickeln. Die Tholine mögen aus chemischer Sicht interessant sein, aber im Hinblick auf eventuelles Leben bleibt da doch nur noch eine Art teeriger Matsch am Grund der Methanseen übrig. Bei höheren Temperaturen - also mit flüssigem Wasser - hätten wir auch auf Titan wieder nur ein relativ kurzes Zeitfenster, bevor die reduzierenden Verbindungen aufgebraucht wären sowie die komplexen Verbindungen über Hydrolyse in die einzelnen Monomere zerfallen wären. Ich sehe da nicht viel Potenzial.

Viele Grüße!

Naja, eine Situation, in der wir "Verhältnisse wie auf der Venus" haben, ist ja nicht wirklich mit einem Verbleib in der HZ verträglich.

Du bist nun zwar sehr konkret auf die Situation auf den beiden Monden eingegangen, aber mir ging es nicht so sehr um die spezifische Situation, sondern eher darum, dass ein simpler Ansatz ("Verbrauch der reduzierenden Verbindungen") die Evolution jedes möglichen Planeten erklären kann, denn ein solcher Ansatz kann nicht einmal die Oberflächenchemie der Monde im Sonnensystem vollständig erklären. Reduzierende Verbindungen können auch später eingebracht werden. Die Erde hatte während Jahrmilliarden eine Sauerstoffarme Atmosphäre / Ozean. Als die Sauerstoff-Anreicherung dann schliesslich kam, kam sie nicht durch Wasser-Spaltung und entweichenden Sauerstoff zustande, sondern durch die Photosynthese und damit das Leben selbst! Eine lebensfreie Erde mit einer reduzierten Atmosphäre wäre also durchaus denkbar, auch über viele Jahrmilliarden, wenn da nicht die steigende Strahlungsleistung der Sonne wäre - was aber bei Roten Zwergen kein Problem ist, weil ihre Leuchtkraft sich kaum verstärkt bzw. nur extrem langsam.

Nun geht das "Rote Zwerge Paradox" aber auch über die Lebensentstehung hinaus: Selbst wenn das Leben früh entstehen muss, damit es überhaupt entsteht, stellt sich doch die Frage, ob seltene Ereignisse, wie z.B. die Entwicklung von Zivilisationen, nicht auf (bereits belebten) Planeten von Roten Zwergen sehr viel häufiger sein sollten, weil da die lebensfreundlichen Bedingungen länger anhalten und so die Anzahl "Versuche" der Evolution, eine solche hervorzubringen, grösser sein können.

Hallo Bynaus,

Reduzierende Verbindungen können auch später eingebracht werden.

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Die Frage ist dann, ob das in so großem Umfang geschehen kann, dass eine Atmosphäre, die sich im chemischen Gleichgewicht befindet (CO2 + N2), wieder für einen längeren Zeitraum in einen reduzierten Status "kippen" kann. Kleinere Mengen reduzierender Verbindungen setzen sich recht schnell wieder um und bewirken nicht die Entstehung und Anreicherung potenter Monomere.

Die Erde hatte während Jahrmilliarden eine Sauerstoffarme Atmosphäre / Ozean.

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Ja, aber "sauerstoffarm" ist nicht gleichbedeutend mit "reduzierend". Die frühe Erdatmosphäre war nach dem Zerfall der Hydride neutral.

Eine lebensfreie Erde mit einer reduzierten Atmosphäre wäre also durchaus denkbar, ...

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Nein, das denke ich nicht. Eine neutrale Atmosphäre scheint mir der natürliche Endpunkt einer Atmosphärenentwicklung zu sein, wenn die Lebensentstehung ausbleibt. Mars und Venus zeigen ja, worauf so eine Entwicklung hinausläuft - eventuell lassen sich noch Ozeanplaneten hinzudenken, deren Atmosphäre aus Wasserdampf besteht, was auch keinen reduzierenden Charakter darstellt.

eine Situation, in der wir "Verhältnisse wie auf der Venus" haben, ist ja nicht wirklich mit einem Verbleib in der HZ verträglich.

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Doch, durchaus, denn die HZ wird ja dadurch definiert, dass es einen Bereich um einen Stern gibt, innerhalb dessen flüssiges Wasser möglich ist. Wenn der Treibhauseffekt ausufert, liegt das nicht an der HZ, sondern an der Konstitution der Planetenatmosphäre. Eine zweite Venus könnte sich also innerhalb der HZ befinden und ist trotzdem nicht habitabel.

Nun geht das "Rote Zwerge Paradox" aber auch über die Lebensentstehung hinaus: ...

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Na gut, dazu müsste man untersuchen, ob der Zustand der gebundenen Rotation für die Entfaltung einer Biosphäre vielleicht doch ein Hemmnis sein könnte. Beispielsweise könnte ich mir vorstellen, dass der Vorrat an CO2 in der Atmosphäre, der notwendig ist, um über den Treibhauseffekt Wasser auch auf der Nachtseite dauerhaft flüssig zu halten, infolge der Photosynthese aufgebraucht wird, so dass die dann einsetzende Klimakatastrophe die Artenvielfalt auf einige wenige extremophile Mikroben einengt, die sich in den Dämmerungszonen etablieren. Dann wird es nichts mit Zivilisationen.

Viele Grüße!

Hallo zusammen,

die Bedingungen auf einen Planeten könnten mit den Jahrmilliarden generell günstiger oder ungünstiger für die Entstehung von Leben werden. Ja, aber darüber habe ich keine Aussage gemacht.
Selbst wenn die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben auf unbelebten Planeten gleich bleibt, nimmt sie für alle Planeten zusammen doch ab.

Eine passende Analogie ist z.B. der radioaktive Zerfall einer Menge unterschiedlicher Isotope mit sehr unterschiedlichen Halbwertszeiten. Auch dort nimmt die Aktivität mit der Zeit ab, weil Isotope mit kurzer Halbwertszeit zuerst zerfallen, und das obwohl die Zerfallswahrscheinlichkeit der einzelnen Kerne konstant ist.
Hier entsprechen die unzerfallenen Kerne den noch unbelebten Planeten, während der Zerfall eine Kerns der Entstehung von Leben entspricht.

Nur wenn die Halbwertszeit der Isotope mit der kürzesten Halbwertszeit groß gegen die Beobachtungszeit ist, ist die Aktivität näherungsweise konstant.

Analog ist auch die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben auf allen Planeten dann näherungsweise konstant(*), wenn die mittlere Dauer bis Leben entsteht selbst unter den günstigsten Bedingungen groß gegen die Verweildauer von Planeten in der habitablen Zone der langlebigsten roten Zwerge (d.h. >10000 Mrd Jahre) ist.

Ich vermute aber, mit leider nur einem bisher bekannten Beispiel, der Erde, das die mittlere Entstehungszeit unter seltenen, besonders günstigen Bedingungen, deutlich kleiner als 10000 Mrd Jahre ist.

Grüße UMa

(*)Unter der Annahme einer zeitunabhängigen Entstehungswahrscheinlichkeit auf jedem Planeten.

Wieso überhaupt Tausende von Milliarden Jahren dauernd, völlig jenseitig. Zur Erinnerung: Wir schreiben das Jahr 13,8 Milliarden....

Gruß,
Dgoe