Eine neue Studie von Astronomen der KU Leuven (Belgien) und des CEA Paris-Saclay (Département d'Astrophysique CEA-Irfu/UMR AIM) zeigt, dass die Antwort unsicherer ist als bisher angenommen. Mithilfe der neuesten Modelle zur Sternentwicklung und Gezeitenwechselwirkungen entdeckte das Team, dass die Erde gute Chancen hat, die beiden Riesenphasen der Sonne zu überleben – allerdings nur, wenn die Sonne in den letzten Phasen ihrer Entwicklung schnell genug an Masse verliert.
Schematische Entwicklung der Sonne während ihrer fortgeschrittenen Phasen.
Das Bild zeigt die Sonne, wie sie heute ist, wie sie ihre beiden Riesenphasen durchläuft und schließlich ihr Leben als Weißer Zwerg beendet. Die Studie hat gezeigt, dass Merkur und Venus von der expandierenden Sonne verschluckt werden, die Erde und der Mars jedoch überleben und auf eine weiter entfernte Umlaufbahn gelangen. Die Größen und Entfernungen sind nicht maßstabsgetreu.
Bildnachweis: @KU Leuven
Ein subtiler Wettstreit
Wenn sich die Sonne zu einem Roten Riesen entwickelt, werden zwei widersprüchliche Prozesse das Schicksal der Erde bestimmen:
- Einerseits wird die Sonne stark expandieren, wodurch die gravitativen Gezeitenkräfte zunehmen, die die Erde tendenziell anziehen.
- Andererseits wird die Sonne einen Großteil ihrer Masse in Form von Sternwind verlieren. Je leichter die Sonne wird, desto weiter entfernt sich die Erdumlaufbahn allmählich von ihr.
Frühere Studien kamen oft zu dem Schluss, dass die Erde letztendlich von der Sonne verschluckt wird. Viele dieser Studien stützten sich jedoch auf vereinfachte Beschreibungen der Gezeitenwechselwirkungen in Riesensternen.
Diese Abbildung zeigt die orbitale Entwicklung der Erde während der Lebensphasen der Sonne (die verwendete Einheit ist die Astronomische Einheit, die die aktuelle Sonne-Erde-Entfernung darstellt).
Die blaue Kurve stellt die Entwicklung des Sonnenradius im Laufe der Zeit dar (relativ zum Lebensende der Sonne). Es sind zwei Phasen starker Expansion der Sonne zu erkennen: während der sogenannten Roten-Riesen-Phase und der sogenannten AGB-Phase. Die orange und die grüne Kurve repräsentieren jeweils Berechnungen mit der fortschrittlichsten Modellierung der Dissipation der von der Erde in der Sonne erzeugten Gezeitenwellen (orange) und der üblicherweise verwendeten (grün).
Im ersten Fall entfernt sich die Erde von der Sonne und hat eine Überlebenschance.
Ein Blick auf die Zukunftssonne
Diese neue Studie basiert auf hochmodernen Berechnungen der Gezeitendissipation in der Sonne während ihrer gesamten Entwicklung, die die innere Struktur und Dynamik entwickelter Sterne berücksichtigen. Diese Modelle wurden vom Forschungsteam im Rahmen früherer Arbeiten entwickelt und basieren auf realistischen physikalischen Berechnungen statt auf vereinfachten Näherungen.
Mit diesen aktualisierten Methoden fanden die Forscher heraus, dass die Gezeitenwechselwirkungen zwischen Erde und Sonne im Laufe ihrer Entwicklung schwächer sind als bisher angenommen. Folglich bleibt die Erde während der Riesenphasen weiter von der Sonne entfernt, was ihre Überlebenschancen erheblich erhöht.
In den Simulationen werden Merkur und Venus unweigerlich von der expandierenden Sonne verschluckt. Die Erde dagegen überlebt beide Riesenphasen und gelangt auf eine weiter entfernte Umlaufbahn um den Weißen Zwerg, zu dem die Sonne schließlich wird.
Eine große Unsicherheit: der Masseverlust des Sterns
Trotz dieses ermutigenden Ergebnisses bleiben Unsicherheiten bestehen. Die Forscher fanden heraus, dass das endgültige Ergebnis davon abhängt, wie schnell die Sonne in ihrer letzten Entwicklungsphase Masse verliert. Leider sind diese Massenverlustraten nach wie vor ein unzureichend verstandener Aspekt der Sternentwicklung.
Um diese Unsicherheit zu untersuchen, wandte sich das Team L2 Puppis zu, einem entwickelten Stern in der Nachbarschaft, der oft als Vorschau auf die Zukunft der Sonne betrachtet wird. Nach dieser aus Beobachtungen gewonnenen Schätzung wird sich die Erde gerade genug entfernen, um zu überleben.
Mehr über die Zukunft des Sonne-Erde-Systems durch die Beobachtung ferner Sterne erfahren
Diese Studie verdeutlicht, wie die Beobachtung entwickelter Sterne Hinweise auf die ferne Zukunft unseres eigenen Sonnensystems liefern kann. Zukünftige bodengebundene Observatorien und Weltraummissionen wie PLATO werden es ermöglichen, viele weitere Planeten zu entdecken, die um entwickelte, sonnenähnliche Riesensterne kreisen, und den Astronomen die Möglichkeit geben, Modelle des planetaren Überlebens auf Bevölkerungsebene zu testen.
Auch wenn das Leben auf der Erde unmöglich wird, lange bevor die Sonne ihre Riesenphasen erreicht, könnte der Planet selbst bestehen bleiben. Ob die Erde letztendlich überlebt oder nicht, die Antwort liegt im Verständnis der komplexen physikalischen Mechanismen des Alterns von Sternen – ein Problem, das Astronomen gerade erst zu entschlüsseln beginnen.