PUBLISHED 29.01.2022
Bild: Olena Sergienko / Unsplash
Eine fortschrittliche, außerirdische Zivilisation ist bei ihrer Suche nach intelligentem Leben im Universum auf einen Planeten gestoßen, der ihre Aufmerksamkeit weckt; man kann die digitale Kommunikation der dortigen Lebewesen mit Hilfe hochentwickelter Antennen und Computer problemlos nachverfolgen. Dabei wird offensichtlich, dass viel über eine mögliche Erwärmung, über eine „Klimaveränderung“ diskutiert wird, und dass in dem Zusammenhang häufig der Begriff „Greta“ fällt. Daher gibt man diesem galaktischen Objekt den Namen „Planet G“.
Knapp daneben
Um die Zusammenhänge zu verstehen untersuchen die außerirdischen (ET) Wissenschaftler nun, wie die Temperatur auf Planet G überhaupt zustande kommt. Auf Grundlage einer in der gesamten Milchstraße zugänglichen Veröffentlichung berechnen sie die Strahlung, die Planet G von der Sonne empfängt, und wieviel der dank seiner eigenen Temperatur abstrahlt.
Die Energie der Strahlung, welche die Sonne über die Entfernung von 150 Millionen Kilometern auf Planet G abliefert ist 1,4 Kilowatt pro Quadratmeter. Das sind 180 x 1015 Watt für die ganze Erde. Im Laufe der Jahrtausende hat der Planet nun diejenige Temperatur angenommen, bei der er selbst genau diese Leistung von 180 x 1015 Watt in Form von infraroter Wärmestrahlung abgibt.
Mit Hilfe der „Stefan-Boltzmann Gleichung“ errechnen die Außerirdischen nun eine mittlere Temperatur von 280 Kelvin. Durch Abhören der Wetterberichte und von Vorträgen auf Klimakonferenzen erfahren sie aber, dass die Temperatur tatsächlich 15 ° Celsius beträgt – so nennen die G-Bewohner das, was man in der Galaxie als 288 Kelvin bezeichnet. „Was haben wir bei unserer Rechnung falsch gemacht?“ fragt der Forschungsleiter in die Runde seiner wissenschaftlichen Mitarbeiter, warum liegen wir 8 Grad daneben?
Hitzige Diskussion der ET Forscher
Es gibt eine Krisensitzung der Forscher und ein junger, vorwitziger ET stößt dazu. Er fragt „woher wisst ihr überhaupt, dass Planet G existiert?“, „Man kann ihn ganz deutlich im Teleskop sehen!“ ist die Antwort. „Dann haben wir den Fehler schon gefunden“, sagt der Grünschnabel. Seine Erklärung geht dann folgendermaßen:
Was man sehen kann, dann sendet Licht aus. Woher soll das Licht von Planet G kommen? Es ist Reflexion des Sonnenlichts. Würde er nichts reflektieren, dann wäre er total schwarz und man könnte ihn vom schwarzen Hintergrund des Alls nicht unterscheiden. Planet G absorbiert also nicht 100% der Sonnenstrahlen, sondern reflektiert einen Teil. Tatsächlich sieht man den Planeten als bläulich weißliche Scheibe. Tatsächlich wirft der Planet insgesamt ca. 30% der einfallenden Strahlung zurück ins Weltall. Dann stimmen aber die 1,4 kW pro Quadratmeter in der Gleichung nicht, dann sind es nur 70% von 1,4, also ≈ 1 kW/m2.
„Wenn wir jetzt diese 1,0 kW in die Gleichung einsetzen, dann wird die Temperatur von Planet G aber noch niedriger, und nicht etwa höher. Unser Ergebnis ist ja schon um 8 Grad zu niedrig.“
Und wieder hat der kleine ET-Einstein Rat: „Ihr habt noch einen Fehler gemacht, und zwar bei der Berechnung der abgestrahlten Leistung.“ „Willst du etwa sagen, die berühmte Stefan-Boltzmann Gleichung sei falsch? Die abgestrahlte Leistung ist doch proportional zu T hoch 4!“
Die Zahnlücken im Spektrum
Die weitere Diskussion zwischen den ET Experten gebe ich nun in eigenen Worten wieder. Die berühmte Gleichung von Stefan-Boltzmann:
L = 5,67 x 10-8 x T4 Watt / m2
gilt nur für Körper, deren Oberfläche eine besondere Beschaffenheit hat. Und das müssen wir uns genauer anschauen.
Ein warmer Körper sendet elektromagnetische Wellen verschiedener Wellenlängen aus, wobei die Wellenlänge λ = 2.900 μm / T am stärksten vertreten ist. Bei der Temperatur von rund 290 K von Planet G liegt dieses λ bei 10 µm, das ist ein Hundertstel Millimeter. Das ist aber nicht die Einzige Wellenlänge mit der dieses Körper strahlt. Es gibt da noch ein ganzes Spektrum kürzerer und längerer Wellen, die sich in sanfter Hügelgestalt um diese besagten 10 µm verteilen. Der berühmte Physiker Max Planck von Planet G hat sich die Mühe gemacht auszurechnen, wie stark die einzelnen Wellenlängen vertreten sind und hat uns das sogar aufgemalt. Das ist die gestrichelte Kurve in der Graphik. So sähe das Spektrum aus, wenn die Erde ein idealer Körper wäre, der von den Physikern auch „Schwarzer Strahler“ genannt wird.
Die ET Forscher wussten das natürlich und entschieden, dass man Planet G jetzt auf der dunklen Seite genauer untersuchen müsste. Sie schickten gerade mal eines ihrer Infrarot- Weltraumteleskope in die Nähe von G, stationierten es im Schatten des Planeten und analysierten das Spektrum der Strahlung. Und siehe da: der vorwitzige ET Einstein hatte wieder einmal recht gehabt. Planet G war kein idealer Strahler!
In der harmonischen Planck-Kurve klafften erhebliche Zahnlücken. Und das erklärte, warum Planet G weniger Leistung abstrahlte, als von Stefan-Boltzmann behauptet. Man musste diesen mysteriösen Faktor 5,67 in der Gleichung durch eine kleinere Zahl ersetzen. Aber damit dann wieder genau so viel Energie abgestrahlt wird, wie die Sonne liefert, muss die Temperatur T ja größer werden ! Wie viel?
Und auch darauf hat ET Einstein eine Antwort: „Auf genau die Temperatur, von der die Bewohner von Planet G immer reden: 288 K – statt der 280 K, die wir berechnet hatten! Statt 7°C sind es 15°C.“ Bingo.
Bild: Cambridge University Press
Planet G hat eine Atmosphäre!
Mit dieser Erkenntnis aber wollte man sich nicht zufrieden geben. Sie fragten, so wie das für Vierjährige und Forscher typisch ist: „Warum?“. Warum waren da diese Lücken im Infrarot-Spektrum, welches Planet G abstrahlt?
Der Atomphysiker unter ihnen hatte sofort die Antwort: Planet G hat eine Atmosphäre, in der es bestimmte Moleküle gibt, welche die Strahlung bestimmter Wellenlängen daran hindern, ins Weltall zu entweichen. Und mit Kennerblick auf die obige Kurve identifizierte er rasch die üblichen Verdächtigen: Es waren die Moleküle von Methan, Wasser, Ozon und CO2.
Und da erinnerten sich die Forscher wieder an Aufzeichnungen, die man von Gesprächen und digitaler Kommunikation auf Planet K gemacht hatte. Und da war immer wieder von CO2 und dessen Anstieg und vom Ende der Welt die Rede. Und die Forscher schauten in der Graphik des infraroten Spektrums auf dieses Tal, das mit „CO2“ gekennzeichnet war. Wenn das vielleicht ein paar Millimeter tiefer wäre, dann sollte die Welt untergehen? Sie schüttelten ungläubig den Kopf.
Schließlich berichteten sie dem sehr anspruchsvollen und etwas ungeduldigen ET Forschungsleiter von ihrer Arbeit.
Der fragte etwas verärgert:
„Kommen wir also zu Planet G. Konnten Sie denn diese angebliche Erwärmung der Atmosphäre bestätigen?“
„Nein Herr Professor, das war nicht möglich; wir können eine Erwärmung aber auch nicht ausschließen.“
„Und wie steht’s um intelligentes Leben auf Planet G?“;
„Das können wir ausschließen“.
