von Jillian Scudder , The Conversation
In einigen Milliarden Jahren wird die Sonne zu einem Roten Riesen werden, der so groß ist, dass er unseren Planeten verschlingt. Aber die Erde wird schon viel früher unbewohnbar werden. Nach etwa einer Milliarde Jahren wird die Sonne heiß genug sein, um unsere Ozeane zu kochen.
Die Sonne wird derzeit als „Hauptreihenstern“ eingestuft. Das bedeutet, dass sie sich in der stabilsten Phase ihres Lebens befindet und den Wasserstoff in ihrem Kern in Helium umwandelt. Bei einem Stern von der Größe der Sonne dauert diese Phase etwas mehr als 8 Milliarden Jahre. Unser Sonnensystem ist etwas mehr als 4,5 Milliarden Jahre alt, die Sonne hat also etwas mehr als die Hälfte ihrer stabilen Lebenszeit hinter sich.
Auch Sterne sterben
Nachdem 8 Milliarden Jahre lang fröhlich Wasserstoff zu Helium verbrannt wurden, wird das Leben der Sonne etwas interessanter. Die Dinge ändern sich, weil die Sonne dann keinen Wasserstoff mehr in ihrem Kern hat – alles, was übrig ist, ist Helium. Das Problem ist, dass der Sonnenkern nicht heiß oder dicht genug ist, um Helium zu verbrennen.
In einem Stern zieht die Gravitationskraft alle Gase zum Zentrum hin. Wenn der Stern Wasserstoff zum Verbrennen hat, erzeugt die Bildung von Helium genug Druck nach außen, um die Gravitationskraft auszugleichen. Wenn der Stern jedoch im Kern nichts mehr zu verbrennen hat, übernimmt die Gravitationskraft die Führung.
Schließlich drückt diese Kraft das Zentrum des Sterns so weit zusammen, dass er in einer kleinen Hülle um den toten Kern, der noch voller Helium ist, Wasserstoff zu verbrennen beginnt. Sobald die Sonne anfängt, mehr Wasserstoff zu verbrennen, würde sie als „Roter Riese“ gelten.
Der Prozess der Kompression im Zentrum ermöglicht es den äußeren Regionen des Sterns, sich nach außen auszudehnen. Der brennende Wasserstoff in der Hülle um den Kern erhöht die Helligkeit der Sonne erheblich. Da sich die Größe des Sterns vergrößert hat, kühlt sich die Oberfläche ab und wird von weißglühend zu rotglühend. Weil der Stern heller, röter und physisch größer ist als zuvor, nennen wir diese Sterne „rote Riesen“.
Der feurige Untergang der Erde
Es ist allgemein bekannt, dass die Erde als Planet die Expansion der Sonne zu einem ausgewachsenen roten Riesenstern nicht überleben wird. Die Oberfläche der Sonne wird wahrscheinlich die derzeitige Umlaufbahn des Mars erreichen – und obwohl sich die Umlaufbahn der Erde vielleicht auch etwas nach außen ausgedehnt hat, wird dies nicht ausreichen, um sie davor zu bewahren, in die Oberfläche der Sonne hineingezogen zu werden, woraufhin unser Planet rasch zerfallen wird.
Das Leben auf dem Planeten wird in Schwierigkeiten geraten, lange bevor der Planet selbst zerfällt. Noch bevor die Sonne mit dem Verbrennen von Wasserstoff fertig ist, wird sie sich gegenüber ihrem jetzigen Zustand verändert haben. Die Sonne hat ihre Helligkeit mit jeder Milliarde Jahre, die sie mit dem Verbrennen von Wasserstoff verbringt, um etwa 10 % erhöht. Die zunehmende Helligkeit bedeutet eine Zunahme der Wärmestrahlung auf unseren Planeten. Wenn sich der Planet aufheizt, wird das Wasser auf der Oberfläche unseres Planeten zu verdampfen beginnen.
Eine Zunahme der Helligkeit der Sonne um 10 % gegenüber dem jetzigen Stand klingt nicht nach viel, aber diese kleine Veränderung der Helligkeit unseres Sterns wird für unseren Planeten ziemlich katastrophal sein. Diese Veränderung ist eine ausreichende Energieerhöhung, um die Lage der bewohnbaren Zone um unseren Stern zu verändern. Die bewohnbare Zone ist definiert als der Bereich der Entfernung von einem bestimmten Stern, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten stabil sein kann.
Bei einer 10%igen Zunahme der Helligkeit unseres Sterns wird die Erde nicht mehr in der bewohnbaren Zone liegen. Damit beginnt die Verdunstung unserer Ozeane. Wenn die Sonne aufhört, in ihrem Kern Wasserstoff zu verbrennen, wird sich der Mars in der bewohnbaren Zone befinden, und die Erde wird viel zu heiß sein, um Wasser auf ihrer Oberfläche zu halten.
Unsichere Modelle
Dieser 10%ige Anstieg der Sonnenhelligkeit, der die Verdunstung unserer Ozeane auslöst, wird im Laufe der nächsten Milliarden Jahre oder so stattfinden. Die Vorhersagen darüber, wie schnell dieser Prozess ablaufen wird, hängen davon ab, mit wem man spricht. Die meisten Modelle gehen davon aus, dass sich mit dem Verdunsten der Ozeane immer mehr Wasser in der Atmosphäre statt an der Oberfläche befinden wird. Dies wird als Treibhausgas wirken, noch mehr Wärme binden und dazu führen, dass immer mehr Wasser aus den Ozeanen verdunstet, bis der Boden größtenteils trocken ist und die Atmosphäre das Wasser enthält, allerdings bei einer extrem hohen Temperatur.
Wenn die Atmosphäre mit Wasser gesättigt ist, wird das in den höchsten Teilen unserer Atmosphäre gespeicherte Wasser von der Sonne mit energiereichem Licht beschossen, das die Moleküle aufspaltet und das Wasser in Form von Wasserstoff und Sauerstoff entweichen lässt, so dass die Erde schließlich ohne Wasser dasteht.
Die Modelle unterscheiden sich in der Geschwindigkeit, mit der die Erde diesen Punkt ohne Wiederkehr erreicht. Einige gehen davon aus, dass die Erde schon vor der 1-Milliarde-Jahre-Marke unwirtlich wird, da die Wechselwirkungen zwischen dem sich aufheizenden Planeten und den Felsen, Ozeanen und der Plattentektonik den Planeten noch schneller austrocknen werden. Andere gehen davon aus, dass sich das Leben noch etwas länger als 1 Milliarde Jahre halten kann, da die verschiedenen Lebensformen unterschiedliche Anforderungen stellen und die Plattentektonik regelmäßig kritische Chemikalien freisetzt.
Die Erde ist ein komplexes System, und kein Modell ist perfekt. Es scheint jedoch wahrscheinlich, dass uns nicht mehr als eine Milliarde Jahre bleiben, um Leben auf unserem Planeten zu entwickeln.