Seit Beginn der Menschheitsgeschichte haben die Menschen verstanden, dass die Sonne ein zentraler Bestandteil des Lebens ist, wie wir es kennen. Die Bedeutung unzähliger mythologischer und kosmologischer Systeme auf der ganzen Welt ist ein Beweis dafür. Aber als unser Verständnis davon reifte, erfuhren wir, dass die Sonne lange vor uns hier war und noch lange nach unserem Tod hier sein wird. Nachdem sich unsere Sonne vor ungefähr 4,6 Millionen Jahren gebildet hatte, begann sie ihr Leben ungefähr 40 Millionen Jahre bevor sich unsere Erde gebildet hatte.
Seitdem befindet sich die Sonne in ihrer sogenannten Hauptsequenz, in der die Kernfusion in ihrem Kern Energie und Licht emittiert und uns hier auf der Erde nährt. Dies wird weitere 4,5 bis 5,5 Milliarden Jahre dauern. Ab diesem Zeitpunkt wird die Versorgung mit Wasserstoff und Helium erschöpft sein und einige gravierende Veränderungen durchlaufen. Vorausgesetzt, die Menschheit lebt noch und ruft die Erde zu diesem Zeitpunkt nach Hause, möchten wir vielleicht darüber nachdenken, aus dem Weg zu gehen!
Die Geburt unserer Sonne:
Die vorherrschende Theorie über die Entstehung unseres Sonnen- und Sonnensystems ist als Nebeltheorie bekannt, die besagt, dass die Sonne und alle Planeten vor Milliarden von Jahren als riesige Wolke aus molekularem Gas und Staub begannen. Vor ungefähr 4,57 Milliarden Jahren erlebte diese Wolke in ihrem Zentrum einen Gravitationskollaps, bei dem alles, von einem vorbeiziehenden Stern bis zu einer durch eine Supernova verursachten Schockwelle, den Prozess auslöste, der zur Geburt unserer Sonne führte.
Grundsätzlich geschah dies, nachdem sich Staub- und Gastaschen in dichteren Regionen angesammelt hatten. Da diese Regionen immer mehr Materie anzogen, begannen sie durch die Erhaltung des Impulses, sich zu drehen, während sich der zunehmende Druck erwärmte. Das meiste Material landete in einer Kugel in der Mitte, während der Rest der Materie zu einer großen Scheibe abgeflacht war, die um sie herum kreiste.
Die Kugel in der Mitte würde schließlich die Sonne bilden, während die Materialscheibe die Planeten bilden würde. Die Sonne verbrachte dann die nächsten 100.000 Jahre als kollabierender Protostern, bevor Temperatur und Druck im Inneren die Fusion in ihrem Kern entzündeten. Die Sonne begann als T-Tauri-Stern - ein wild aktiver Stern, der einen intensiven Sonnenwind ausstrahlte. Und nur wenige Millionen Jahre später ließ es sich in seiner jetzigen Form nieder.
Hauptsequenz:
In den letzten 4,57 Milliarden Jahren (ein oder zwei Tage geben oder nehmen) war die Sonne in der Hauptsequenz ihres Lebens. Dies ist gekennzeichnet durch den Prozess, bei dem Wasserstoffbrennstoff unter enormen Druck und Temperaturen in seinem Kern in Helium umgewandelt wird. Dieser Prozess verändert nicht nur die Eigenschaften seiner Bestandteile, sondern erzeugt auch eine enorme Energiemenge. Insgesamt werden jede Sekunde 600 Millionen Tonnen Materie in Neutrinos, Sonnenstrahlung und ungefähr 4 x 10 umgewandelt27 Watt Energie.
Natürlich kann dieser Prozess nicht ewig dauern, da er von der Anwesenheit von Materie abhängt, die regelmäßig verbraucht wird. Wenn die Zeit vergeht und mehr Wasserstoff in Helium umgewandelt wird, schrumpft der Kern weiter, sodass sich die äußeren Schichten der Sonne näher an das Zentrum heranbewegen und eine stärkere Gravitationskraft erfahren können.
Dies übt mehr Druck auf den Kern aus, dem eine resultierende Erhöhung der Geschwindigkeit, mit der die Fusion stattfindet, widerstanden wird. Grundsätzlich bedeutet dies, dass der Fusionsprozess beschleunigt wird und die Leistung der Sonne zunimmt, wenn die Sonne weiterhin Wasserstoff in ihrem Kern verbraucht. Gegenwärtig führt dies alle 100 Millionen Jahre zu einer Steigerung der Leuchtkraft um 1% und in den letzten 4,5 Milliarden Jahren um 30%.
In ungefähr 1,1 Milliarden Jahren wird die Sonne 10% heller sein als heute. Diese Erhöhung der Leuchtkraft bedeutet auch eine Erhöhung der Wärmeenergie, die die Erdatmosphäre absorbiert. Dies wird einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt auslösen, der dem ähnelt, was Venus zu dem schrecklichen Treibhaus gemacht hat, das es heute ist.
In 3,5 Milliarden Jahren wird die Sonne 40% heller sein als jetzt, was dazu führt, dass die Ozeane kochen, die Eiskappen dauerhaft schmelzen und der gesamte Wasserdampf in der Atmosphäre in den Weltraum verloren geht. Unter diesen Bedingungen wird das Leben, wie wir es kennen, nirgendwo auf der Oberfläche überleben können, und der Planet Erde wird sich vollständig in eine andere heiße, trockene Welt verwandeln, genau wie die Venus.
Rote Riesenphase:
In 5,4 Milliarden Jahren wird die Sonne in die sogenannte Red Giant-Phase ihrer Entwicklung eintreten. Dies beginnt, sobald der gesamte Wasserstoff im Kern erschöpft ist und die dort angesammelte inerte Heliumasche instabil wird und unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbricht. Dadurch erwärmt sich der Kern und wird dichter, wodurch die Sonne an Größe zunimmt.
Es wird berechnet, dass die expandierende Sonne groß genug wird, um die Umlaufbahnen von Merkur, Venus und vielleicht sogar der Erde zu erfassen. Selbst wenn die Erde überleben würde, wenn sie verbraucht würde, würde ihre neue Nähe zur intensiven Hitze dieser roten Sonne unseren Planeten verbrennen und es dem Leben völlig unmöglich machen, zu überleben. Astronomen haben jedoch festgestellt, dass sich mit der Ausdehnung der Sonne wahrscheinlich auch die Umlaufbahn des Planeten ändert.
Wenn die Sonne dieses späte Stadium ihrer Sternentwicklung erreicht, verliert sie durch starke Sternwinde eine enorme Menge an Masse. Grundsätzlich verliert es beim Wachsen an Masse, wodurch sich die Planeten nach außen drehen. Die Frage ist also, wird die expandierende Sonne die nach außen spiralförmigen Planeten überholen oder wird die Erde (und vielleicht sogar die Venus) ihrem Zugriff entkommen?
K.-P Schroder und Robert Cannon Smith sind zwei Forscher, die sich genau mit dieser Frage befasst haben. In einem Forschungsbericht mit dem Titel „Ferne Zukunft von Sonne und Erde neu belebt”, Die in der erschien Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical SocietySie führten die Berechnungen mit den aktuellsten Modellen der Sternentwicklung durch.
Laut Schroder und Smith wird die Sonne, wenn sie in 7,59 Milliarden Jahren zu einem roten Riesenstern wird, schnell an Masse verlieren. Bis es seinen größten Radius erreicht, das 256-fache seiner aktuellen Größe, wird es nur noch 67% seiner aktuellen Masse sein. Wenn sich die Sonne auszudehnen beginnt, wird dies schnell geschehen und in nur 5 Millionen Jahren durch das innere Sonnensystem fegen.
Es wird dann in seine relativ kurze (130 Millionen Jahre) Heliumverbrennungsphase eintreten. Zu diesem Zeitpunkt wird es sich über die Umlaufbahn von Merkur und dann der Venus hinaus ausdehnen. Wenn es sich der Erde nähert, wird es 4,9 x 10 verlieren20 Tonnen Masse pro Jahr (8% der Masse der Erde).
Aber wird die Erde überleben?:
Hier werden die Dinge zu einer Art „guten / schlechten Nachricht“. Die schlechte Nachricht ist laut Schroder und Smith, dass die Erde die Expansion der Sonne NICHT überleben wird. Obwohl sich die Erde auf eine Umlaufbahn ausdehnen könnte, die 50% weiter entfernt ist als heute (1,5 AUs), wird sie keine Chance bekommen. Die expandierende Sonne wird die Erde verschlingen, kurz bevor sie die Spitze der roten Riesenphase erreicht, und die Sonne hätte noch weitere 0,25 AE und 500.000 Jahre Zeit, um zu wachsen.
In der Sonnenatmosphäre kollidiert die Erde mit Gaspartikeln. Seine Umlaufbahn wird zerfallen und es wird sich nach innen drehen. Wenn die Erde jetzt mit 1,15 AE nur ein wenig weiter von der Sonne entfernt wäre, könnte sie die Expansionsphase überleben. Wenn wir könnten drücken Wenn unser Planet so weit entfernt ist, sind wir auch im Geschäft. Ein solches Gespräch ist jedoch völlig spekulativ und befindet sich derzeit im Bereich der Science-Fiction.
Und jetzt zu den guten Nachrichten. Lange bevor unsere Sonne in die Phase des Roten Riesen eintritt, wird ihre bewohnbare Zone (wie wir sie kennen) verschwunden sein. Astronomen schätzen, dass sich diese Zone in etwa einer Milliarde Jahren über die Erdumlaufbahn hinaus ausdehnen wird. Die erhitzende Sonne wird die Ozeane der Erde verdampfen lassen, und dann wird die Sonnenstrahlung den Wasserstoff aus dem Wasser sprengen. Die Erde wird nie wieder Ozeane haben und schließlich schmelzen.
Ja, das sind die guten Nachrichten ... irgendwie. Aber das Beste daran ist, dass wir mit Zuversicht sagen können, dass die Menschheit gezwungen sein wird, das Nest zu verlassen, lange bevor es von der Sonne verschlungen wird. Und angesichts der Tatsache, dass wir es mit Zeitplänen zu tun haben, die weit über alles hinausgehen, was wir wirklich bewältigen können, können wir nicht einmal sicher sein, dass ein anderes katastrophales Ereignis uns nicht früher beansprucht oder dass wir uns nicht weit über unsere Strömung hinausbewegt haben Evolutionsphase.
Ein interessanter Nebeneffekt wird sein, wie die sich ändernden Grenzen der bewohnbaren Zone unserer Sonne auch das Sonnensystem verändern werden. Während sich die Erde mit nur 1,5 AE nicht mehr in der bewohnbaren Zone der Sonne befindet, wird sich ein Großteil des äußeren Sonnensystems befinden. Diese neue bewohnbare Zone wird sich von 49,4 AU bis 71,4 AU bis weit in den Kuipergürtel erstrecken, was bedeutet, dass die ehemals eisigen Welten schmelzen und flüssiges Wasser jenseits der Umlaufbahn von Pluto vorhanden sein wird.
Vielleicht wird Eris unsere neue Heimatwelt sein, der Zwergplanet von Pluto wird die neue Venus sein und Haumeau, Makemake, und der Rest wird das äußere „Sonnensystem“ sein. Aber das vielleicht Faszinierendste an all dem ist, wie Menschen überhaupt versucht sind zu fragen, ob es in Zukunft noch hier sein wird, besonders wenn diese Zukunft Milliarden von Jahren entfernt ist.
Irgendwie faszinieren uns die Themen, was vor uns kam und was hier sein wird, wenn wir weg sind. Und wenn es um Dinge wie unsere Sonne, die Erde und das bekannte Universum geht, wird es geradezu notwendig. Unsere bisherige Existenz war im Vergleich zum Kosmos ein Blitz in der Pfanne, und wie lange wir aushalten werden, bleibt eine offene Frage.
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über die Sonne geschrieben. Welche Farbe hat die Sonne? Welche Art von Stern hat die Sonne? Wie produziert die Sonne Energie? Und könnten wir die Sonne terraformieren?
Astronomy Cast hat auch einige interessante Episoden zu diesem Thema. Schau sie dir an - Episode 30: Die Sonne, Flecken und alles, Episode 108: Das Leben der Sonne, Episode 238: Sonnenaktivität.
Weitere Informationen finden Sie im NASA-Handbuch zum Sonnensystem.
