Bildnachweis: NASA
Wir sind verloren. Eines Tages wird die Erde eine verbrannte Asche sein, die einen geschwollenen roten Stern umkreist.
Dies ist das ultimative Schicksal eines jeden Planeten, der in der Nähe eines Hauptreihensterns wie unserer Sonne lebt. Hauptreihensterne werden mit Wasserstoff betrieben, und wenn dieser Kraftstoff ausgeht, wechseln sie zu Helium und werden zu einem roten Riesen. Während der Übergang der Sonne in einen roten Riesen eine traurige Nachricht für die Erde ist, werden sich die eisigen Planeten in den entferntesten Regionen unseres Sonnensystems zum ersten Mal in der Wärme der Sonne sonnen.
Die Sonne ist im Laufe ihres Lebens langsam, aber stetig heller und heißer geworden. Wenn die Sonne in etwa 4 Milliarden Jahren zu einem roten Riesen wird, wird unsere bekannte gelbe Sonne leuchtend rot, da sie hauptsächlich die niederfrequente Energie von Infrarot und sichtbarem rotem Licht emittiert. Es wird tausende Male heller wachsen und dennoch eine kühlere Oberflächentemperatur haben, und seine Atmosphäre wird sich ausdehnen und langsam Merkur, Venus und möglicherweise sogar die Erde verschlingen.
Während die Sonnenatmosphäre voraussichtlich die Erdumlaufbahn von 1 AE erreichen wird, neigen rote Riesen dazu, viel Masse zu verlieren, und diese Welle ausgestoßener Gase könnte die Erde gerade aus der Reichweite bringen. Aber ob die Erde verbraucht oder nur versengt ist, alles Leben auf der Erde wird in Vergessenheit geraten sein.
Die Bedingungen, die Leben ermöglichen, könnten jedoch an anderer Stelle im Sonnensystem auftreten, so ein Artikel, der in der Zeitschrift Astrobiology von S. Alan Stern, Direktor der Abteilung für Weltraumstudien des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, veröffentlicht wurde. Er sagt, dass sich Planeten zwischen 10 und 50 AE in der bewohnbaren Zone der roten Riesensonne befinden werden. Die bewohnbare Zone eines Sonnensystems ist die Region, in der Wasser in flüssigem Zustand bleiben kann.
Die bewohnbare Zone wird sich allmählich durch die Region von 10 bis 50 AE verschieben, wenn die Sonne heller und heller wird und sich durch ihre rote Riesenphase entwickelt. Saturn, Uranus, Neptun und Pluto liegen alle innerhalb von 10 bis 50 AE, ebenso wie ihre eisigen Monde und die Objekte des Kuipergürtels. Aber nicht alle diese Welten haben die gleiche Chance im Leben.
Die Aussichten auf Bewohnbarkeit auf den gasförmigen Planeten Saturn, Neptun und Uranus werden durch den Übergang des roten Riesen möglicherweise nicht allzu stark beeinflusst. Astronomen haben gasförmige Planeten entdeckt, die in anderen Sonnensystemen sehr nahe an ihrem Mutterstern kreisen, und diese „heißen Jupiter“ scheinen trotz ihrer Nähe zur intensiven Strahlung an ihrer gasförmigen Atmosphäre festzuhalten. Das Leben, wie wir es kennen, wird wahrscheinlich nicht auf gasförmigen Planeten erscheinen.
Stern glaubt, dass Neptuns Mond Triton, Pluto und sein Mond Charon sowie die Objekte des Kuipergürtels die besten Lebenschancen haben werden. Diese Körper sind reich an organischen Chemikalien und die Hitze der roten Riesensonne schmilzt ihre eisigen Oberflächen zu Ozeanen.
„Wenn die Sonne ein roter Riese ist, schmelzen die Eiswelten unseres Sonnensystems und werden für zehn bis mehrere hundert Millionen Jahre zu Ozeanoasen“, sagt Stern. „Unser Sonnensystem wird dann nicht wie jetzt eine Welt mit Oberflächenmeeren beherbergen, sondern Hunderte für alle eisigen Monde der Riesenplaneten, und die eisigen Zwergplaneten des Kuipergürtels werden dann auch Ozeane tragen. Da die Temperatur auf Pluto dann nicht sehr unterschiedlich sein wird als heute in Miami Beach, nenne ich diese Welten gerne "warme Plutos", analog zu der Fülle heißer Jupiter, die in den letzten Jahren sonnenähnliche Sterne umkreisen. "
Der Einfluss der Sonne ist jedoch nicht die ganze Geschichte - die Eigenschaften eines Planetenkörpers tragen wesentlich zur Bestimmung der Bewohnbarkeit bei. Zu diesen Eigenschaften gehören die innere Aktivität eines Planeten, das Reflexionsvermögen oder die „Albedo“ eines Planeten sowie die Dicke und Zusammensetzung der Atmosphäre. Selbst wenn ein Planet alle Elemente hat, die die Bewohnbarkeit begünstigen, wird das Leben nicht unbedingt erscheinen.
"Wir wissen nicht, was nötig ist, um das Leben zu beginnen", sagt Don Brownlee, Astronom an der University of Washington in Seattle und Co-Autor des Buches "Das Leben und der Tod des Planeten Erde". Brownlee sagt, wenn nur warmes, nasses Interieur und organische Materialien benötigt werden, könnten Pluto, Triton und die Objekte des Kuipergürtels Leben beherbergen.
"Zur Vorsicht: Die Innenräume der Asteroiden, aus denen die kohlenstoffhaltigen Chondrit-Meteoriten hervorgingen, waren in der frühen Geschichte des Sonnensystems vielleicht Millionen von Jahren lang warm und feucht", sagt Brownlee. "Diese Körper sind extrem reich an Wasser und organischen Materialien, und dennoch gibt es keine zwingenden Beweise dafür, dass in einem asteroiden Meteoriten jemals Lebewesen waren."
Die Umlaufbahn eines Planetenkörpers beeinflusst auch seine Lebenschancen. Pluto zum Beispiel hat keine schöne, regelmäßige Umlaufbahn wie die Erde. Die Umlaufbahn von Pluto ist vergleichsweise exzentrisch und variiert in der Entfernung von der Sonne. Von Januar 1979 bis Februar 1999 war Pluto näher an der Sonne als Neptun und in hundert Jahren wird es fast doppelt so weit entfernt sein wie Neptun. Diese Art der Umlaufbahn führt dazu, dass Pluto im Wechsel mit extremer Abkühlung extrem heiß wird.
Auch Tritons Umlaufbahn ist eigenartig. Triton ist der einzige große Mond, der rückwärts oder „rückläufig“ umkreist. Triton kann diese ungewöhnliche Umlaufbahn haben, weil sie sich als Kuipergürtelobjekt gebildet hat und dann von Neptuns Schwerkraft erfasst wurde. Es ist eine instabile Allianz, da die rückläufige Umlaufbahn Gezeiteninteraktionen mit Neptun erzeugt. Wissenschaftler sagen voraus, dass Triton eines Tages entweder gegen Neptun stoßen oder in winzige Stücke zerfallen und einen Ring um den Planeten bilden wird.
"Die Zeitskala für den Gezeitenverfall in Tritons Umlaufbahn ist ungewiss, daher könnte es sein, oder es könnte bereits abgestürzt sein, als die Sonne rot wird", sagt Stern. "Wenn Triton in der Nähe ist, wird es wahrscheinlich wie eine organisch reiche Ozeanwelt aussehen wie Pluto."
Die Sonne wird ungefähr 250 Millionen Jahre lang als roter Riese brennen, aber ist das genug Zeit für das Leben, um Fuß zu fassen? Während des größten Teils des Lebens des roten Riesen ist die Sonne nur 30-mal heller als ihr aktueller Zustand. Gegen Ende der roten Riesenphase wird die Sonne mehr als 1000-mal heller und setzt gelegentlich Energieimpulse frei, die das 6000-fache der aktuellen Helligkeit erreichen. Diese Periode intensiver Helligkeit wird jedoch einige Millionen Jahre oder höchstens zehn Millionen Jahre dauern.
Die Kürze der hellsten Phasen des roten Riesen legt Brownlee nahe, dass Pluto nicht viel für das Leben verspricht. Aufgrund der durchschnittlichen Umlaufbahn von Pluto von 40 AE müsste die Sonne 1.600-mal heller sein, damit Pluto die gleiche Sonnenstrahlung erhält, die wir derzeit auf der Erde erhalten.
"Die Sonne wird diese Helligkeit erreichen, aber nur für einen sehr kurzen Zeitraum - nur eine Million Jahre oder so", sagt Brownlee. "Die Oberfläche und Atmosphäre von Pluto werden aus unserer Sicht" verbessert ", aber es wird für einen bedeutenden Zeitraum kein schöner Ort sein."
Nach der Phase des roten Riesen wird die Sonne schwächer und schrumpft auf die Größe der Erde, wodurch ein weißer Zwerg entsteht. Die fernen Planeten, die sich im Licht des roten Riesen sonnten, werden wieder zu gefrorenen Eiswelten.
Wenn das Leben in einem roten Riesensystem erscheinen soll, braucht es einen schnellen Start. Es wird angenommen, dass das Leben auf der Erde vor 3,8 Milliarden Jahren entstanden ist, etwa 800 Millionen Jahre nach der Geburt unseres Planeten. Aber das liegt wahrscheinlich daran, dass die Planeten im inneren Sonnensystem 800 Millionen Jahre lang von schweren Asteroiden beschossen wurden. Selbst wenn das Leben sofort begonnen hätte, hätte der frühe Regen der Asteroiden die Erde von diesem Leben befreit.
Brownlee sagt, dass eine neue Ära des Bombardements für die äußeren Planeten beginnen könnte, weil die rote Riesensonne die große Anzahl von Kometen im Kuipergürtel stören könnte.
„Wenn die rote Riesensonne 1000-mal heller ist, verliert sie fast die Hälfte ihrer Masse an den Weltraum“, sagt Brownlee. „Dies führt dazu, dass sich umlaufende Körper nach außen bewegen. Gasverlust und andere Effekte könnten den Kuipergürtel destabilisieren und eine weitere Periode interessanter Bombardierung verursachen. “
Aber Stern sagt, dass Planeten, die von einer roten Riesensonne bewohnbar gemacht wurden, nicht so oft bombardiert werden wie die frühe Erde, weil der alte Asteroidengürtel viel mehr Material hatte als der Kuipergürtel heute.
Darüber hinaus erfahren die äußeren Planeten nicht die gleichen UV-Werte wie die Erde, da rote Riesen eine sehr geringe UV-Strahlung aufweisen. Die UV-Intensität eines Hauptsequenzsterns mit höherer Intensität kann die empfindlichen Proteine und RNA-Stränge schädigen, die für den Ursprung des Lebens benötigt werden. Das Leben auf der Erde konnte nur unter Wasser entstehen, in Tiefen, die vor dieser Lichtintensität geschützt sind. Das Leben auf der Erde ist daher untrennbar mit flüssigem Wasser verbunden. Aber wer weiß, welche Art von Leben auf Planeten entstehen könnte, die keine UV-Abschirmung benötigen?
Stern meint, wir sollten nach Beweisen für das Leben auf Pluto-ähnlichen Welten suchen, die heute um rote Riesen kreisen. Wir kennen derzeit 100 Millionen solare Sterne in der Milchstraße, die als rote Riesen brennen, und Stern sagt, dass alle diese Systeme bewohnbare Planeten innerhalb von 10 bis 50 AE haben könnten. "Es wäre ein guter Test für die Zeit, die erforderlich ist, um Leben in warmen, wasserreichen Welten zu schaffen", sagt er.
„Die Idee, dass organische, entfernte Körper von einem roten Riesenstern gebacken werden, ist faszinierend und könnte sehr interessante, wenn auch kurzlebige Lebensräume für das Leben bieten“, fügt Brownlee hinzu. "Aber ich bin froh, dass unsere Sonne noch eine gute Zeitspanne hat."
Was kommt als nächstes
Während vieles, was wir über das äußere Sonnensystem wissen, auf Fernmessungen von erdgestützten Teleskopen basiert, erhielten Wissenschaftler am 2. Januar 2004 einen Nahblick auf ein Kuipergürtelobjekt. Das Raumschiff Stardust passierte 136 Kilometer vor dem Kometen Wild2, einem riesigen Schneeball, der den größten Teil seiner 4,6 Milliarden Jahre dauernden Lebensdauer im Kuipergürtel verbrachte. Wild2 umkreist jetzt hauptsächlich die Umlaufbahn des Jupiter. Brownlee, der der Principle Investigator für die Stardust-Mission ist, sagt, dass die Stardust-Bilder fantastische Oberflächendetails eines Körpers zeigen, der sowohl von seiner alten als auch von seiner jüngeren Geschichte geprägt ist. Sternenstaubbilder zeigen Gas- und Staubstrahlen, die vom Kometen abschießen, während Wild2 sich schnell in der starken Sonnenwärme des inneren Sonnensystems auflöst.
Um mehr über das äußere Sonnensystem zu erfahren, müssen wir ein Raumschiff zur Untersuchung dorthin schicken. Im Jahr 2001 wählte die NASA die Mission New Horizons für einen solchen Zweck aus.
Stern, der der Hauptermittler für die Mission New Horizons ist, berichtet, dass die Montage der Raumfahrzeuge in diesem Sommer beginnen soll. Das Raumschiff soll im Januar 2006 starten und im Sommer 2015 in Pluto eintreffen.
Mit der Mission New Horizons können Wissenschaftler die Geologie von Pluto und Charon untersuchen, ihre Oberflächen kartieren und ihre Temperaturen messen. Plutos Atmosphäre wird ebenfalls im Detail untersucht. Zusätzlich wird das Raumschiff die eisigen Körper im Kuipergürtel besuchen, um ähnliche Messungen durchzuführen.
Originalquelle: Astrobiology Magazine
