Funk-Flaschenpost aus dem All

    Die manische Ursehnsucht der Menschen, ihrem Planeten zu entfliehen und fremde Planeten zu erforschen, oder gar mit fremden Intelligenzen in Kontrakt zu treten, ist mit ungeheuren Schwierigkeiten verbunden. Eine davon ist die Kommunikation über extraterrestrische Entfernungen.


    Von Hans-Jörg Müllenmeister

    Nach der Mondlandung lassen weitere epochale Weltraummissionen auf sich warten. Das nächste Ereignis, eine Astronautenreise zum Mars könnte frühestens um 2040 gelingen. Bis dahin herrscht Funkstille. Die manische Ursehnsucht der Menschen, ihrem Planeten zu entfliehen und fremde Planeten zu erforschen, oder gar mit fremden Intelligenzen in Kontrakt zu treten, ist mit ungeheuren Schwierigkeiten verbunden. Eine davon ist die Kommunikation über extraterrestrische Entfernungen. Machen wir uns ein paar Gedanken über diesen Teilaspekt.

     

    Zuvor ein paar Begriffserläuterungen ‒ da müssen wir durch

    Unsere Milchstraße hat an die 300 Milliarden Sonnen. Sie ist aber nur eine von Milliarden Galaxien im Universum. Die Chancen, zahlreiche erdähnliche Planeten zu entdecken, scheint groß. Zwei grundsätzliche Fragen stellen sich: Gibt es im Universum überhaupt Leben – oder sogar technische Zivilisationen, den irdischen vergleichbar? Wäre es dann realistisch, die fremden Welten über Funksignale zu erreichen? Darüber kann man trefflich spekulieren, allein ohne physikalisches Hintergrundwissen wäre das eine zu schwammige Diskussion. Wir versuchen, die Nachrichtentechnik durch Bilder zu veranschaulichen. Also packen wir's an:

     

    Eine Nachricht enthält Information. Die Maßeinheit für den Informationsgehalt ist 1 Bit. Diese Einheit liefert eine Nachrichtenquelle, wenn sie dem Empfänger die Möglichkeit gibt, zwischen zwei und nur zwei Zuständen eine Auswahl zu treffen, beispielsweise zwischen „Ein“ und „Aus“ eines Stroms. Der Informationsgehalt eines Buchstabens unseres Alphabetes ist durchschnittlich 5 bit, eine vollgeschriebene DINA4-Seite hat etwa 6000 bit und ein Bild hat sogar 10 Millionen bit. Nebenbei gesagt, übertrifft das menschlichen Gehirn alle künstlichen Informationsspeicher bei weitem, denn es vermag bis zu einer Billiarde bit zu speichern.

     

    Die Nachricht betrachtet als „Transportgut“

    Will man eine Nachricht vom Sendeort zu einem entfernten Empfänger übertragen, gibt es ein Transportproblem, denn eine Nachricht lässt sich nicht so transportieren wie Material oder elektrische Energie. Bei diesen kann man das Gut direkt auf oder in das Transportmittel, z.B. Bahn, Schiff oder elektrische Leitung packen; bei der Nachricht geht das aber nicht. Das Gedankengut eines Menschen ‒ es soll ja Menschen geben, die statt Gedankengut eher Gedankenschrott verbreiten ‒ muss erst im Mund und Kehlkopf in Laute umgewandelt werden, die dann als Schallwellen durch das Transportmittel Luft zum Ohr des Empfängers kommen. Auf der Sendeseite findet eine Wandlung des Transportguts, der Nachricht statt, und zwar durch den Codierer „Mund“ in ein Signal. Der Empfänger übernimmt die Rückwandlung im Decodierer “Ohr, Gehirn“. Die Transportmedien können Schallwellen, elektrische Ströme in der Telefonleitung, die Schrift auf Papier oder auch ein Bild sein. Da gibt es aber einen Haken, denn beim Umwandeln kann das „Transportgut“ beschädigt werden, man spricht in der Nachrichtentechnik allgemein dann von Verzerrungen.

     

    Ebenso wie sich auf transportiertem Gut auf einem Eisenbahnwaggon unerwünschte Flugasche absetzt, kann beim Signaltransport auch ungewollt von aussen her ein „Rauschen“ hinzukommen: Das muss wie die Flugasche möglichst gering sein, damit das Signal und damit die Nachricht verständlich bleibt.

     

    Wie verbreitet sich die Nachricht im Weltall?

    Beim extraterrestrischen Transport entstehen infolge der kugelförmigen Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen Verluste: Bei z.B. doppelter Distanz zur Sendeantenne wird das Signal viermal schwächer. Die Intensität einer Welle nimmt also mit 1/r² ab. Diese Dämpfung kann man durch eine genügend große Parabolantenne verringern: die elektromagnetischen Wellen verlassen „gebündelt“ diese Antenne, gerichtet wie der Lichtstrahl eines Scheinwerfers. Aber selbst das funktioniert nur bis zu einem gewissen Grad, denn das Bündel wird mit der Entfernung immer breiter und seine Intensität nimmt ab. Irgendwann geht die gerichtete Funkwelle im Hintergrundrauschen des Weltalls unter und ist nicht mehr nachweisbar. Theoretisch können Funkwellen mit Lichtgeschwindigkeit unendlich weit ins All reisen. Selbst im tiefsten All herrscht kein absolutes Vakuum, denn im Raum zwischen den Galaxien vagabundieren vereinzelt Atome und Moleküle, an denen die Wellen gestreut werden und dadurch Energie verlieren: Die Informationen, welche die Wellen transportieren, sind irgendwann nicht mehr auszumachen.

     

    Da kommt also die Lichtgeschwindigkeit ins Spiel, mit der sich die Funkwellen im All ausbreiten. Die Laufzeit für Funksignale von der Erde bis zum Mars beträgt etwa 800 Sekunden. Die prompte Antwort von einem fiktiven grünen Männchen auf dem Mars würde also mindestens 1600 Sekunden oder 27 Minuten auf sich warten lassen.


    Das Nachrichtenpaket

    Im Zusammenhang mit der Übertragungszeit hört man immer nur von der Lichtgeschwindigkeit. Da gibt es aber ein weiteres Problem, von dem nie die Rede ist. Bildlich gesprochen, können Sie sich die übertragene Information in bit/s als ein quaderförmiges „Nachrichtenpaket“ vorstellen. Eine bestimmte Informationsmenge lässt sich grundsätzlich mit den drei Kenngrößen Übertragungszeit, Bandbreite und Entscheidungsgehalt (abhängig vom Signal/Rauschverhältnis) übertragen: diese Kenngrößen entsprächen dann den Kantenlängen unseres gedachten Nachrichtenpaketes. Daraus resultiert ein wichtiges Ergebnis: Die Zeit zur Übertragung einer Nachricht wird um so größer, je kleiner die zur Verfügung stehende Frequenzbandbreite ist!

     

    Dazu ein Beispiel: In den sechziger Jahren wurden vom Mars zur Erde Fotos übertragenen mit nur ca. 8 bit/s. Jedes Bild enthielt 240000 bit (200 Zeilen mit 200 Bildpunkten und pro Punkt 64 Helligkeitsstufen). Die Übertragungszeit eines einzigen Bildes betrug damit acht Stunden. Dagegen betrüge die reine Laufzeit des Funksignals, also das Verschicken des „informationslosen“ Nachrichtenpakets, nur 12,5 Minuten!

     

    Nun stellen Sie sich vor, es würde nicht nur ein Bild, sondern sogar ein Fußballspiel von der Erde zum Mars übertragen. Eine halbe Ewigkeit würde es dauern, ehe die „Funk-Flaschenpost“ den Mars komplette als Informationspaket erreicht.

     

    Mit der besten heute einsetzbaren Technik, also bei einer Abstrahlung von 10000 Megawatt bei 1,4 GHz einerseits und bei einem Empfangsspiegel mit 300 m Durchmesser, einer Empfangselektronik von nur 0,1-Hz-Bandbreite, könnte ein Signal gerade noch über 74 Lichtjahre übertragen werden. Übrigens, ein Lichtjahr entspricht einer Distanz von ziemlich genau 10 hoch 16 m.

     

    Gigantische Sendeleistungen wären nötig

    Machen Sie sich die immensen Dimensionen an einem Beispiel klar. So könnte man fragen, welche Sendeleistung mindestes erforderlich wäre, um ein Signal aus 12 Lichtjahren Entfernung mit einer 100-m-Parabolantenne zu empfangen? Es sind ungeheure 150 Gigawatt (150 Milliarden Watt). Meines Wissen hat man bisher auf der Erde niemals Funksignale dieser Größenordnung erzeugt und ins Weltall abgestrahlt.

     

    Jetzt gehen wir in die Vollen und fragen allgemein: Wie groß ist die Sendeleistung, die eine Zivilisation abstrahlen müsste, damit eine andere Zivilisation sie empfangen kann? Das hängt natürlich davon ab, wie weit beide voneinander entfernt sind. Sie erinnern sich, dass ja die Signalstärke wegen der Dämpfung mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Um den ganzen Raum abzudecken und in 1000 Lichtjahren gerade noch über dem so genannten galaktischen Hintergrundrauschen zu liegen, wäre eine elektrische Energie von etwa 10 Terrawatt (10 Milliarden Watt) notwendig! Dies entspricht dem Mehrfachen des jährlichen elektrischen Energieverbrauchs der Menschheit.

     

    Das Frequenzfenster zum All

    Gehen wir davon aus, dass sich auf fremden Planeten das Leben mit ähnlicher Chemie entwickelt hat, dann wären diese auch von einer Wasserdampf-Sauerstoff-Atmosphäre umgeben. Die Folge: Diese Planeten hätten ein ähnliches „Radiofenster“, also eine Durchlässigkeit für bestimmte Frequenzen wie unsere Erde mit ähnlichen physikalischen Randbedingungen für den Funkverkehr. Da läge das Radiofenster auch bei 1 GHz (1 Milliarde Schwingungen in 1s) bis etwa 10 bis 15 GHz. Bei Frequenzen unter 1 GHz steigt nämlich das so genannte galaktische Rauschen stark an ‒ erinnern Sie sich an die Flugasche? Frequenzen oberhalb von 15 GHz werden durch die Atmosphäre verschluckt; außerdem bringt dies auch einen starken Rauschanstieg.

     

    Auch wenn schon über ein halbes Jahrhundert Radiowellen über unseren Globus wabern, nichts von all dem fällt einem extraterrestrischen Lauschangriff in einigen Lichtjahren Entfernung zum Opfer. Wir sind für die das draußen ein blauer, stummer Planet. Man kann durchaus davon ausgehen, dass nach einem Lichtjahr nur die stärksten Signale von der Erde gerade noch identifizierbar sind. Die Radiowellen würden nicht mal unsere unmittelbare Nachbarschaft erreichen, geschweige denn die Galaxis verlassen.


    Wie wahrscheinlich ist fremdes Leben auf anderen Planeten?

    Mit der Wahrscheinlichkeitsrechnung lässt sich folgendes aussagen: Die Einzelwahrscheinlichkeit, dass es auf einem Planeten Leben gibt, mag extrem gering sein, doch die Gesamtwahrscheinlichkeit im Universum steigt an. Schließlich umfasst unserer Milchstraße Milliarden Sterne mit ihren Planeten und Monden. Und es gibt etwa 100 Milliarden Galaxien im für uns sichtbaren Universum. Neue kosmologische Untersuchungen deuten darauf hin, dass unser Universum vermutlich sogar unendlich groß ist. Wenn es aber unendlich viele Sterne gibt, ist die Wahrscheinlichkeit für außerirdisches Leben identisch gleich eins, also 100%, und das gilt unabhängig davon, wie gering die Wahrscheinlichkeit für Leben auf irgend einem Planeten ist, solange die Zahl nicht identisch null ist. Und sie nicht Null. Das wissen wir, denn es gibt uns ja.

     

    Hypothetische Universen und wir

    In einem unendlichen Universum könnten es nicht nur unendlich viele intelligente Zivilisationen geben. Unzählige andere Universen wären denkbar. Bewohner dieser Welten könnten sogar nach ganz anderen Naturgesetzen „funktionieren“. Eine Lebensbasis kann sich auch aus einem anderen Grundelement als aus Kohlenstoff entwickeln, etwa aus Schwefel oder Silizium. Vielleicht entlässt gerade die Schöpfung die „Evolution Mensch“ als Auslaufmodell durch Selbstzerstörung und erschafft irgendwo denkende Kreaturen ohne Aggression und Habgier ‒ durch einen veränderten Versuchsaufbau! Übrigens, die eigentlichen Herrscher auf unserem Planeten sind nicht wir Erdlinge, sondern das Heer der Viren und Mikroben; unsere Biomasse ist dagegen ein Klacks.

     

    Belebte Planeten, mit wenn und aber

    Damit auf einem Planet eines Fixsterns überhaupt das Phänomen „Leben in irgend einer Form“ besteht, müssen einige Bedingungen erfüllt sein, z.B. muss die Masse des Planeten groß genug sein, um eine Atmosphäre durch Gravitation festzuhalten. Für uns wären aber nur Planeten oder Monde interessant, die eine ähnliche oder höhere technische Zivilisationen tragen. Außerdem müssten diese „belebten“ Planeten in unserer Nähe sein. Was heißt hier Nähe? Sagen wir unter 10 Lichtjahre Entfernung. All diese Bedingungen erfüllen vielleicht nur eine Handvoll Planeten in unserer Milchstrasse. Da kann man mutmaßen was man will. Die Crux ist, dass technische Zivilisationen eine „Sollbruchstelle“ eingebaut haben, denn sie löschen sich irgendwann selber aus durch Degeneration oder Selbstzerstörung.

     

    Eine „Flaschenpost-Kommunikation“ zwischen uns und den Außerirdischen wird wohl nie zustande kommen, da die Laufzeiten der Funksignale zu lang gegen unsere Daseinsspanne sind − wir, die menschlichen Eintagsfliegen im Kosmos.

     

    Bedenken Sie: Forscher auf der Suche nach extraterrestrischer Intelligenz (SETI) haben gerade einmal einen Bruchteil des Weltraums und der Frequenzen untersucht, die für außerirdische Signale mutmaßlich in Frage kommen. Bisher blieben alle SETI-Lauschbemühungen erfolglos. Und um einmal quer durch unsere Milchstraße (Durchmesser 100.000 Lichtjahre) zu senden, würde man das 10.000-fache des heutigen Energieverbrauchs der Menschheit benötigen. Möglich, dass es im Universum Zivilisationen gibt, die miteinander kommunizieren, aber womöglich mit einem physikalischen Wirkprinzip, dass wir bisher nicht kennen.

     

    Vielleicht gab der Weltgeist nicht umsonst dem Universum eine unendliche Ausdehnung, denn X Lichtjahre entfernt wohnende fremde Intelligenzen könnten es auf unserem Zivilisationsniveau schon geben – indes zu einer anderen Zeit, vielleicht schon vor Jahrmilliarden. Nicht auszudenken, wenn es eine Gleichzeitigkeit zwischen den Parallelwelten gäbe. Stellen Sie sich bloß vor, wir würden mit diesen Fremdlingen zusammen rumpeln. Mit Fremdlingen, die wie wir, auch eine alleinseligmachende Katholischen Kirche mit einem Papst beanspruchen. Das gäbe einen Riesenzwergenaufstand im All.

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