Leben benötigt geeignete Rahmenbedingungen für seine Existenz und Entwicklung. Eine wichtige Voraussetzung ist also die Existenz eines Extrasolaren Planeten oder Mondes. Wenn die Rahmenbedingungen stimmen, könnte wie auf der Erde auch auf einem extrasolaren Himmelskörper Leben entstehen oder entstanden sein. Mit dieser Thematik beschäftigt sich die Astrobiologie. Es geht hierbei einmal um die Frage, was Leben überhaupt ist und in welchen Erscheinungsformen es auftreten kann. Zu anderen geht es um die Rahmenbedingungen, unter welchen Leben entstehen und existieren kann. Dazu gehört auch die Frage, über welche Eigenschaften die Extrasolaren Planeten hierfür verfügen müssen.

Die Astrobiologie (Astronomie + Biologie) erforscht die Möglichkeit von Leben auf Planeten und anderen astronomischen Objekten im Weltraum. Hierbei kann es sich um Objekte im Sonnensystem oder in anderen Sternensystemen handeln. Die Frage, ob prinzipiell Leben auf astronomischen Objekten möglich ist, kann bereits positiv beantwortet werden, da nachweislich Leben auf der Erde existiert. Bisher ist außerhalb des Planeten Erde jedoch noch kein Leben auf anderen Planeten bzw. anderen astronomischen Objekten nachgewiesen worden. Grundlegende Fragen der Astrobiologie sind, unter welchen Rahmenbedingungen Leben entsteht und wie wahrscheinlich diese Entstehung ist.

Als Referenz für Leben steht uns bisher nur das Leben auf der Erde zur Verfügung. Dieses ist auf Kohlenstoff aufgebaut und nutzt für seine Entwicklung Wasser als Lösungsmittel. Kohlenstoff und Wasser sind besonders geeignete Grundlagen für Leben. Leben könnte theoretisch auch auf einer anderen Grundlage beruhen, etwa Silizium. Des Weiteren könnte auch ein anderes Lösungsmittel als Wasser zur Entwicklung des Lebens dienen. Doch dürften Alternativen zu Kohlenstoff und Wasser nach dem gegenwärtigen Forschungsstand zumindest weniger gut geeignet und damit unwahrscheinlicher sein. Somit wird bei der Suche nach außerirdischen Lebensformen in erster Linie nach Leben auf Kohlenstoffbasis und nach flüssigem Wasser gesucht.

Dies führt uns zu dem Begriff der habitablen Zonen. Das ist der Abstandsbereich eines astronomischen Objekts von einem Stern, bei dem flüssiges Wasser existieren kann. Diese hängt allerdings nicht nur vom Abstand zum Stern ab, sondern auch von der Atmosphäre des astronomischen Objektes. So haben unter anderem auch der Atmosphärendruck und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre, etwa der Anteil an Treibhausgasen, Einfluss auf den Aggregatzustand des Wassers. Auf einem astronomischen Objekt können auch lokale bzw. planetare habitable Zonen bestehen, etwa aufgrund einer inneren Wärmequelle. Darüber hinaus dürfte es auch eine galaktische habitable Zone geben. Weder zu nah am Zentrum der Galaxis noch in ihren Außenbereichen dürfte die Entwicklung von Leben wahrscheinlich sein. 

Wie wahrscheinlich sind die Existenz und die Entwicklung von Leben? Diese Frage ist noch völlig offen, Gegenstand der Forschung und von Spekulationen. Vielleicht kann erst der Nachweis von Leben außerhalb der Erde darauf eine Antwort geben. Der Nachweis von möglichem Leben auf astronomischen Objekten kann auf drei Arten erfolgen. Zum Ersten durch die direkte Untersuchung von astronomischen Objekten, was den Untersuchungsbereich derzeit auf das Sonnensystem beschränkt. Zum Zweiten durch den Nachweis von bestimmten Molekülen, die als biologische Indikatoren geeignet sind. Im Falle einer kulturell-technisch entwickelten außerirdischen Zivilisation, die der Kommunikation fähig ist, kann zum Dritten nach künstlichen elektromagnetischen Signalen oder Artefakten dieser Zivilisation gesucht werden.

Wenn eine kulturell-technisch hoch entwickelte außerirdische Zivilisation besteht, könnte diese uns mit Hilfe einer entsprechend technisch entwickelten Raumfahrt besuchen oder haben derartige Besuche bereits stattgefunden? Die direkte Kommunikation zwischen der Menschheit und einer außerirdischen Zivilisation wäre wohl nur in diesem Fall möglich. In allen anderen Fällen dürfte eine direkte, zeitnahe Kommunikation ausgeschlossen sein. Denn die Kommunikation kann höchstens mit Lichtgeschwindigkeit erfolgen. Im Durchschnitt dürften außerirdische Zivilisationen,  wenn sie existieren, zwischen 100 und 1.000 Lichtjahre von uns entfernt sein. Entsprechend lange würde eine Kommunikation dauern. Die Frage nach der Möglichkeit einer interstellaren Raumfahrt, etwa durch entsprechend fortschrittliche kulturell-technisch hochentwickelte außerirdische Zivilisationen, muss aus heutiger Sicht offen bleiben. Es gibt bisher keine Beweise für Besuche von kulturell-technisch hochentwickelten Zivilisationen auf der Erde.

Voraussetzung für die Entstehung von Leben ist unter anderem eine geeignete Flüssigkeit als Lösungsmittel. Hierbei kommt vor allem flüssiges Wasser in Betracht. Wasser hat alle notwendigen Eigenschaften und diente auf der Erde als wichtiges Kriterium für die Entwicklung von Leben. Die Existenz von flüssigem Wasser setzt entsprechende Rahmenbedingungen voraus: Eine geeignete Atmosphäre und Größe des Himmelskörpers sowie die hierfür notwendigen Temperaturen. Der Aggregatzustand von Wasser hängt vom Druck und von der Temperatur ab. Die Atmosphäre eines Himmelskörpers muss daher eine entsprechende Dichte haben, um einen geeigneten Druck aufzubauen. Dies setzt auch eine angemessene Größe bzw. Masse des astronomischen Objekts voraus, damit eine entsprechende Atmosphäre mit geeigneter Dichte stabil existieren kann. Der notwendige Massenbereich für einen entsprechenden Planeten dürfte zwischen 0,8 und 2 Erdmassen liegen. Unter einem Massenbereich von 0,8 Erdmassen dürfte sich keine stabile, ausreichend dichte Atmosphäre herausbilden können. Bei einer Masse von über zwei Erdmassen dürfte die planetare Schwerkraft so stark werden, dass mögliche Kontinente sich nicht über die Oberfläche eines Ozeans erheben könnten und die Atmosphäre zu dicht werden könnte.

Die Temperatur auf der Oberfläche des Himmelskörpers hängt zum Einen von seiner Atmosphäre und zum Anderen von seiner Entfernung zu einem Stern ab. Der Abstandsbereich von einem Stern, in dem flüssiges Wasser existieren kann, wird solare bzw. stellare habitable Zone genannt. In unserem Sonnensystem liegt der Bereich derzeit zwischen 0,9 Astronomische Einheiten (AE) und 1,2 AE. Nur die Erde bewegt sich in diesem Bereich um die Sonne.

Außerhalb dieser habitablen Zone kann es auf Himmelskörpern noch lokale bzw. planetare habitable Zonen geben. So können Drücke oder eine innere Wärmequelle eines Himmelskörpers lokale habitable Zonen erzeugen, in denen flüssiges Wasser existieren kann. Die habitable Zone in unserem Sonnensystem oder in einem anderen Sternensystem hängt von den Eigenschaften des dem System zugehörigen Sterns ab. Allerdings ist die Größe auch dann keine Konstante, da der Stern eine zeitliche Entwicklung durchmacht. Die Leuchtkraft eines Sterns erhöht sich im Laufe seiner Entwicklung. Damit verschiebt sich auch die habitable Zone weiter nach außen. Unsere Sonne wird am Ende ihres Hauptreihenstadiums, das ist der Bereich, in dem ein Stern seine Energie ausschließlich durch die Fusion von Wasserstoff zu Helium erzeugt, eine etwa doppelt so große Leuchtkraft haben wie heute. Aufgrund dieser Entwicklung dürfte der habitable Bereich des Sonnensystems immer enger werden, bis es in zirka 1 – 2 Milliarden Jahren keinen mehr geben wird. D.h. neben einer räumlichen habitablen Zone gibt es auch einen begrenzen habitablen Zeitbereich. Die Entwicklung von Leben erfolgt also in einer begrenzten räumlichen und zeitlichen habitablen Zone. Dies setzt einen geeigneten Stern voraus, der möglichst lange und stabil auf der Hauptreihe verweilt. Sterne werden nach ihrer Farbe bzw. ihrer Oberflächentemperatur und dem Aussehen ihres Spektrums in Spektralklassen eingeteilt. Diese werden mit Buchstaben gekennzeichnet. Die wichtigsten Spektralklassen sind: O, B, A, F, G, K, und M.

Die Leuchtkraft eines Sterns hängt von seiner Masse ab. Je mehr Masse ein Stern hat, desto größer ist seine Energieproduktion und desto kleiner ist seine Lebenszeit bzw. Verweilzeit als Hauptreihenstern. Die Spektralklassen sind von O bis M nach abnehmender Masse und Temperatur der Sterne geordnet. O-Sterne sind bläuliche Sterne mit Oberflächentemperaturen von 30.000 bis 50.000 Kelvin (K) und haben typischer Weise 60 Sonnenmassen. M-Sterne hingegen sind rötliche Sterne mit Oberflächentemperaturen von 2.000 bis 3.350 K und haben typischer Weise 0,3 Sonnenmassen. Unsere Sonne gehört dem Spektraltyp G an und hat eine Oberflächentemperatur von 5.500 K. O-Sterne haben eine Lebensdauer von mehreren Millionen Jahren, während die der M-Sterne bis zu 100 Milliarden Jahre beträgt. G-Sterne wie unsere Sonne haben eine Lebensdauer von rund 10 Milliarden Jahren. Damit sich habitable Zonen mit ausreichender Lebensdauer herausbilden können, kommen daher vor allem G-, K- und M-Sterne in Frage. Das begrenzt die obere Massengrenze von geeigneten Sternen auf rund zwei Sonnenmassen. F-Sterne fallen daher bereits heraus, da ihre Verweilzeit auf der Hauptreihe weniger als eine Milliarde Jahre beträgt. M-Sterne kommen zwar am häufigsten vor, doch rückt die habitable Zone aufgrund ihrer geringen Leuchtkraft in die Nähe des Sterns. In Sternnähe dürften die Wechselwirkungen zwischen Himmelskörper und Stern, etwa durch mögliche Sternausbrüche (z.B. Flareausbrüche) oder Gezeitenkräfte, zu stark sein und die Entwicklung von Leben behindern. Daher dürften bevorzugt Sterne mit einem Spektraltyp zwischen F und K für die Herausbildung von geeigneten habitablen Zonen in Frage kommen.

Auf der Ebene der Galaxis, welche etwa 300 Milliarden Sterne hat, dürfte ebenfalls eine habitable Zone bestehen. Zu nah am galaktischen Zentrum ist die Sterndichte höher und es kommt häufiger zu Supernovae. Dies dürfte sich negativ auf die mögliche Entwicklung von Leben auswirken. Zu weit vom galaktischen Zentrum entfernt ist der Gehalt an Elementen schwerer als Helium (in der Astrophysik Metalle genannt) zu gering. Damit können sich keine festen Himmelskörper bilden. Des Weiteren fehlen damit auch die Basisstoffe für die Entstehung und Entwicklung von Leben, etwa Kohlenstoff und Wasser.

Eine weitere Voraussetzung für die Entstehung von Leben dürften Einzel-Sterne sein, damit sich stabile Planetenbahnen herausbilden können. In der Regel entstehen aus einer kollabierenden kalten Wolke aus Wasserstoffgas jedoch mehrere Sterne, welche dann Bestandteile von Zweifach- und Mehrfachsystemen sind. Die Sonne als Einzelstern ist daher nicht der Regelfall.

In unserer Galaxis gibt es etwa 300 Milliarden Sterne. Von diesen sind etwa 15 Prozent Einzelsterne. In einem geeigneten Massenbereich befinden sich etwa 5 Prozent der Sterne der Galaxis. Etwa 10 Prozent der Sterne befinden sich stabil in der galaktischen habitablen Zone. Aus diesen Zahlenwerten, welche allerdings mit Unsicherheiten behaftet sind, lässt sich die Gesamtzahl der für die Entstehung und Entwicklung von Leben geeigneten Sterne abschätzen: Es sind 0,075 Prozent der Sterne der Galaxis, was rund 225 Millionen Sternen entspricht.

Allerdings sagt diese Zahl noch nichts über die mögliche Anzahl von Planeten aus, auf denen Leben entstanden sein könnte. Denn es muss auch ein hierfür geeigneter Planet vorhanden sein und nicht jeder geeignete Stern dürfte über einen für Leben geeigneten Planeten verfügen. Neben dem bereits oben beschriebenen geeigneten Massenbereich eines Planeten zwischen 0,8 und 2 Erdmassen dürften weitere Eigenschaften notwendig sein, damit der Planet Leben tragen kann. So sollte er sich in einem geeigneten Abstand zum Stern befinden und über eine Plattentektonik verfügen. Des Weiteren dürfte Radioaktivität und ein flüssiger Planetenkern eine weitere wichtige Voraussetzung sein, damit sich ein planetarisches Magnetfeld aufbauen kann. Dieses schützt mögliches Leben auf den Planeten vor der zerstörerischen Kosmischen Strahlung. Ohne diesen Schutz kann Leben auf der Oberfläche des Planeten nicht existieren. Die Stabilität der Rotationsachse des Planeten ist ebenfalls eine wichtige Voraussetzung für eine ungestörte Entwicklung von möglichem Leben. Diese Stabilität wird in der Regel durch einen großen planetaren Mond gewährleistet. Doch auch der Schutz vor Impakten ist für die Entwicklung von Leben nicht außer Acht zu lassen. Dieser Schutz kann durch jupiterartige Planeten im Außenbereich eines Planetensystems gewährleistet werden. Die großen, massereichen Planeten lenken mögliche Impaktkörper von den inneren, möglicherweise Leben tragenden Planeten durch ihre Gravitationswirkung ab.

Die für Leben notwendigen Eigenschaften der Planeten dürften die Anzahl von möglicherweise Leben tragenden astronomischen Objekten in der Galaxis noch einmal deutlich verringern. Allerdings sind hier Abschätzungen über die mögliche Anzahl von für Leben geeigneten Planeten noch nicht möglich, da wir hier erst am Anfang der Forschung stehen. Jedoch zeigt sich, wie komplex die Voraussetzungen für mögliche planetare, stellare und galaktische habitable Zonen sind.