Die Sonne stirbt, die Erde bleibt? Neue Studie stellt alte Prognosen infrage

Seit Jahrzehnten gehen Astronominnen und Astronomen davon aus, dass die Erde eines Tages von der sterbenden Sonne verschlungen wird. Wenn unser Stern in einigen Milliarden Jahren zum Roten Riesen anschwillt, sollte seine äußere Hülle weit genug wachsen, um die Bahn unseres Planeten zu erreichen. Eine neue Studie stellt diese Annahme nun jedoch infrage. Die Forschenden kommen zu dem Ergebnis, dass die Erde die Endphase der Sonne möglicherweise doch überstehen könnte.

Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht. Sie liefert zwar keine Entwarnung für die Erde, zeigt aber, dass frühere Modelle wichtige physikalische Prozesse möglicherweise nicht ausreichend berücksichtigt haben.

Die Sonne wird sich dramatisch verändern

Noch befindet sich die Sonne in ihrer stabilen Hauptreihenphase. Dort verschmilzt sie Wasserstoff zu Helium und erzeugt die Energie, die das Leben auf der Erde ermöglicht.

In rund fünf bis sechs Milliarden Jahren wird der Wasserstoffvorrat im Kern jedoch weitgehend erschöpft sein. Die Sonne beginnt dann, sich stark auszudehnen. Zunächst entwickelt sie sich zu einem Roten Riesen. Später folgt die sogenannte AGB-Phase (Asymptotic Giant Branch), in der sie nochmals deutlich anwächst und große Mengen Materie ins All abstößt.

Am Ende bleibt ein Weißer Zwerg zurück – ein etwa erdgroßer, extrem dichter Sternrest ohne aktive Kernfusion.

Warum die Erde bislang als verloren galt

Frühere Berechnungen kamen meist zu einem klaren Ergebnis: Die Erde wird von der Sonne verschlungen.

Der Grund liegt in den Gezeitenkräften zwischen Stern und Planet. Ähnlich wie der Mond heute Gezeiten auf der Erde erzeugt, beeinflusst auch die Erde den sterbenden Stern. In der ausgedehnten Hülle des Roten Riesen entstehen dabei Gezeitenbewegungen, die Energie abbauen. Dieser Prozess wird als Gezeitendissipation bezeichnet.

Die Folge: Die Umlaufbahn der Erde kann sich langsam nach innen verschieben.

Gleichzeitig wächst die Sonne während ihrer Entwicklung erheblich an. Je nach Modell kann ihr Radius in der Roten-Riesen- und AGB-Phase die heutige Entfernung zwischen Erde und Sonne erreichen oder sogar überschreiten. In vielen früheren Simulationen führte diese Kombination dazu, dass die Erde am Ende im Stern verschwand.

Neue Modelle liefern ein anderes Ergebnis

Das Forschungsteam um Mats Esseldeurs von der Katholischen Universität Leuven hat die Gezeitenprozesse nun mit modernen Modellen untersucht.

In den vergangenen 15 Jahren haben sich die theoretischen Beschreibungen der Gezeitendissipation in Riesensternen deutlich verbessert. Die neuen Berechnungen zeigen, dass die Gezeitenkräfte möglicherweise schwächer wirken als bislang angenommen.

Damit verändert sich das Kräfteverhältnis, das über das Schicksal der Erde entscheidet.

Denn gleichzeitig verliert die Sonne während ihrer späten Entwicklungsphasen große Mengen Masse. Dieser Massenverlust erfolgt über starke Sternwinde, die Material in den interstellaren Raum schleudern.

Mit jeder verlorenen Masseeinheit nimmt die Gravitationskraft der Sonne ab. Die Umlaufbahn der Erde weitet sich dadurch nach außen aus.

Das Schicksal unseres Planeten hängt daher von einem empfindlichen Gleichgewicht ab:

• Gezeitenkräfte wirken nach innen.
• Der Massenverlust der Sonne wirkt nach außen.

Nach den neuen Berechnungen könnte der zweite Effekt stärker sein als bisher angenommen.

L2 Puppis dient als Vergleichsstern

Um realistische Werte für den Massenverlust zu erhalten, nutzten die Forschenden Beobachtungsdaten des Sterns L2 Puppis.

Der etwa 200 Lichtjahre entfernte Stern befindet sich bereits in einer späten Entwicklungsphase und gilt seit Jahren als wichtiges Vergleichsobjekt für die zukünftige Entwicklung der Sonne. Seine beobachteten Massenverlustraten wurden genutzt, um die Modelle der Studie zu kalibrieren.

Unter diesen Annahmen ergibt sich ein überraschendes Bild: Die Erde könnte sowohl die Phase des Roten Riesen als auch die spätere AGB-Phase überstehen.

Auch für den Mars ergeben die Simulationen eine Überlebenschance. Für Merkur und Venus sehen die Prognosen dagegen weiterhin ungünstig aus. Beide Planeten dürften von der expandierenden Sonne verschlungen werden.

Überleben heißt nicht Bewohnbarkeit

Selbst wenn die Erde den Tod der Sonne überstehen sollte, hätte das für das Leben auf unserem Planeten kaum Bedeutung.

Schon lange vor dem Roten-Riesen-Stadium wird die Leuchtkraft der Sonne kontinuierlich zunehmen. Klimamodelle gehen davon aus, dass die Erde dadurch innerhalb der nächsten rund eine Milliarde Jahre zunehmend lebensfeindlich wird. Die Ozeane könnten verdampfen, und die Bedingungen für komplexes Leben würden verschwinden.

Die Frage, die die neue Studie beantwortet, lautet daher nicht, ob die Erde bewohnbar bleibt. Sie beschäftigt sich ausschließlich damit, ob der Planet als Himmelskörper physisch erhalten bleibt.

Das letzte Wort ist noch nicht gesprochen

Trotz der neuen Ergebnisse betrachten die Forschenden die Frage nicht als endgültig geklärt.

Die Berechnungen hängen von mehreren Annahmen ab, insbesondere von der Stärke der Gezeitendissipation und vom tatsächlichen Massenverlust der Sonne während ihrer späten Entwicklungsphasen. Bereits vergleichsweise kleine Änderungen dieser Parameter können das Ergebnis beeinflussen.

Die Studie zeigt deshalb nicht, dass die Erde sicher gerettet ist. Sie macht vielmehr deutlich, dass die bisher weit verbreitete Vorstellung vom unausweichlichen Untergang unseres Planeten möglicherweise zu pessimistisch war.

Nach aktuellem Stand der Forschung bleibt das Szenario offen. Die Erde könnte in einigen Milliarden Jahren von der Sonne verschlungen werden. Ebenso möglich ist jedoch, dass sie den sterbenden Stern auf einer weiter außen liegenden Bahn überlebt und später einen Weißen Zwerg umkreist.

Für die Menschheit macht das kaum einen Unterschied. Für das Verständnis der Sternentwicklung hingegen schon. Die neue Studie zeigt, wie stark sich wissenschaftliche Prognosen verändern können, wenn verbesserte Modelle auf bekannte Probleme angewendet werden.