Wie und wann das Sonnensystem sterben wird

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Wir haben noch etwas mehr Zeit, etwa 5-7 Milliarden Jahre.

Zuvor kreisten zwei Monde um die Erde, die dann miteinander verschmolzen. Titan, der Satellit des Saturn, ist ein ideales Analogon unseres Planeten, er kann durchaus Leben haben. Und die Asteroiden, die sich zwischen Jupiter und Pluto befinden, werden aus irgendeinem Grund "Zentauren" genannt. Diese und andere Fakten über den Weltraum können Sie aus dem Buch „Als die Erde zwei Monde hatte. Kannibalenplaneten, Eisriesen, Schlammkometen und andere Koryphäen des Nachthimmels“, das kürzlich im Verlag „Alpina Sachbuch“erschienen ist.

Der Schöpfer einer faszinierenden Exkursion in die Geschichte des Sonnensystems ist Eric Asfog, amerikanischer Planetenforscher und Astronom. Der Autor arbeitet nicht nur am Laboratory for the Study of Planets and the Moon in Tucson, sondern nimmt auch aktiv an NASA-Expeditionen teil. Zum Beispiel die Galileo-Mission, die Jupiter und seine Monde untersuchte. Lifehacker veröffentlicht einen Auszug aus dem ersten Kapitel der Arbeit des Wissenschaftlers.

Wie ein Verbrennungsmotor, der beim Kaltstart manchmal zurückspringt, erlebte die junge Sonne in den ersten Millionen Jahren unregelmäßige Ausbrüche hoher Aktivität. Sterne, die dieses Entwicklungsstadium durchlaufen, werden T-Tauri-Sterne genannt, nach einem gut untersuchten aktiven Stern in der entsprechenden Konstellation. Nachdem sie das Stadium der Geburtswehen hinter sich gelassen haben, gehorchen die Sterne schließlich der Regel, dass die schwersten und hellsten von ihnen blau, riesig und sehr heiß werden, während die kleinsten rot, kühl und matt werden.

Wenn Sie alle bekannten Sterne in einem Diagramm darstellen, mit blauen Sternen links, roten Sternen rechts, schwachen unten und hellen oben, werden sie im Allgemeinen entlang einer Linie von oben links ausgerichtet Ecke zur unteren rechten Ecke. Diese Linie wird als Hauptreihe bezeichnet und die gelbe Sonne steht mittendrin. Auch die Hauptreihe hat viele Ausnahmen sowie Ableger, in denen junge Sterne, die sich noch nicht zur Hauptreihe entwickelt haben, und alte Sterne, die sie bereits verlassen haben, residieren.

Die Sonne, ein ganz gewöhnlicher Stern, strahlt ihre Wärme und ihr Licht mit nahezu konstanter Intensität für 4,5 Milliarden Jahre aus. Er ist nicht so klein wie Rote Zwerge, die äußerst sparsam brennen. Aber nicht so groß, um in 10 Millionen Jahren zu verglühen, wie es bei blauen Riesen passiert, die zu Supernovae werden.

Unsere Sonne ist ein guter Stern, und wir haben noch genug Treibstoff im Tank.

Ihre Leuchtkraft nimmt allmählich zu, sie ist seit ihrer Einführung um etwa ein Viertel gestiegen, was sie entlang der Hauptreihe leicht verschoben hat, aber Sie werden keine weiteren Ansprüche darauf stellen. Natürlich begegnen wir von Zeit zu Zeit koronalen Massenauswürfen, wenn die Sonne eine magnetoelektrische Blase ausstößt und unseren Planeten mit Strahlungsströmen badet. Ironischerweise ist unser künstliches Netzwerk heute am anfälligsten für die Wirkung eines koronalen Massenauswurfs, denn ein damit verbundener elektromagnetischer Impuls kann den Betrieb großer Teile des Stromnetzes für einen Zeitraum von mehreren Wochen bis zu zwei Jahren stören. Im Jahr 1859 verursachte der größte koronale Auswurf der modernen Geschichte Funken in Telegrafenbüros und prächtige Aurora Borealis. Im Jahr 2013 schätzte die Londoner Versicherungsgesellschaft Lloyd's den Schaden einer solchen koronalen Emission in den modernen USA auf 0,6 bis 2,6 Billionen Dollar. … Aber verglichen mit dem, was in anderen Planetensystemen passiert, ist diese Aktivität völlig harmlos.

Aber das wird nicht immer der Fall sein. In etwa 5-7 Milliarden Jahren beginnt für uns die "Götterdämmerung", der letzte Aufruhr, in dem die Planeten ihre Umlaufbahnen verlassen. Nach dem Verlassen der Hauptreihe wird die Sonne zu einem Roten Riesen und wird in wenigen Millionen Jahren Merkur, Venus und möglicherweise die Erde verschlingen. Dann zieht es sich zusammen und schleudert die Hälfte seiner Masse in den Weltraum. Astronomen benachbarter Sterne werden an ihrem Himmel eine "neue", expandierende Hülle aus funkelndem Gas beobachten können, die in einigen tausend Jahren verschwinden wird.

Die Sonne wird nicht länger die äußere Oortsche Wolke halten, deren Körper als kosmische Geister durch den interstellaren Raum wandern. Was vom Stern übrigbleibt, wird sich zusammenziehen, bis er zu einem Weißen Zwerg wird, einem extrem dichten Körper, der aus seiner Gravitationsenergie mit weißem Licht erstrahlt – kaum lebendig, aber hell, so groß wie die Erde, aber eine Milliarde Mal schwerer. Wir glauben, dass dies das Schicksal unseres Sonnensystems ist, zum Teil, weil die Sonne ein gewöhnlicher Stern ist und wir viele Beispiele solcher Sterne in verschiedenen Entwicklungsstadien sehen, und zum Teil, weil unser theoretisches Verständnis solcher Prozesse einen Sprung gemacht hat und stimmt gut mit den Beobachtungsergebnissen überein.

Nachdem die Expansion des Roten Riesen endet und die Sonne zu einem Weißen Zwerg wird, beginnen Planeten, Asteroiden und andere Überreste des inneren Sonnensystems spiralförmig darauf zu fallen - zuerst durch die Abbremsung des Gases und dann durch die Wirkung von Gezeitenkräften - bis die superdichten Überreste die Sterne nicht einen nach dem anderen in Fetzen sprengen. Am Ende wird es eine Scheibe erdähnlicher Materialien geben, die hauptsächlich aus den abgerissenen Mänteln von Erde und Venus besteht, die sich spiralförmig auf den zerstörten Stern hinabziehen wird.

Dies ist nicht nur eine Fantasie: Astronomen sehen dieses Bild in den spektroskopischen Indikatoren mehrerer benachbarter "verschmutzter weißer Zwerge", wo die gesteinsbildenden Elemente - Magnesium, Eisen, Silizium, Sauerstoff - in der Atmosphäre des Sterns in Mengen vorhanden sind, die der Zusammensetzung von Mineralien aus der Klasse der Silikate, wie Olivin. Dies ist die letzte Erinnerung an die erdähnlichen Planeten der Vergangenheit.

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Planeten, die sich um Sterne bilden, die viel größer als die Sonne sind, werden ein weniger interessantes Schicksal haben. Massive Sterne brennen bei Temperaturen von Hunderten von Millionen Grad und verbrauchen in heftiger Fusion Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Silizium. Die Produkte dieser Reaktionen werden zu immer schwereren Elementen, bis der Stern einen kritischen Zustand erreicht und wie eine Supernova explodiert, sein Inneres um mehrere Lichtjahre im Durchmesser zerstreut und gleichzeitig fast alle schweren Elemente bildet. Die Frage nach der Zukunft des Planetensystems, das sich um ihn herum gebildet haben könnte, wird zu einer rhetorischen.

Jetzt sind alle Augen auf Beteigeuze gerichtet, einen hellen Stern, der die linke Schulter des Sternbildes Orion bildet. Es ist 600 Lichtjahre von der Erde entfernt, was bedeutet, dass es nicht allzu weit entfernt ist, aber zum Glück nicht zu unseren nächsten Nachbarn gehört. Die Masse der Beteigeuze ist achtmal so groß wie die der Sonne, und nach evolutionären Modellen ist sie etwa 10 Millionen Jahre alt.

Innerhalb weniger Wochen wird die Explosion dieses Sterns in ihrer Helligkeit mit der Ausstrahlung des Mondes vergleichbar sein und dann beginnt sie zu verblassen; Wenn Sie dies nicht beeindruckt hat, denken Sie daran, dass es aus einer Entfernung von 1 astronomischen Einheit so ist, als würden Sie eine Wasserstoffbombe in einem nahe gelegenen Hof explodieren sehen. Im Laufe der geologischen Zeit sind Supernovae viel näher an der Erde explodiert, haben unseren Planeten bestrahlt und manchmal zu einem Massenaussterben auf ihm geführt, aber keiner der uns nächsten Sterne wird jetzt explodieren.

Die "Trefferzone" für diese Art von Supernova liegt zwischen 25 und 50 Lichtjahren, also stellt Beteigeuze keine Bedrohung für uns dar.

Da er relativ nah ist und eine gigantische Größe hat, ist dieser Stern der erste, den wir durch ein Teleskop im Detail sehen konnten. Obwohl die Qualität der Bilder schlecht ist, zeigen sie, dass Beteigeuze ein seltsam unregelmäßiges Sphäroid ist, das einem teilweise entleerten Ballon ähnelt, der in 30 Jahren eine Umdrehung um seine Achse macht. Wir sehen eine riesige Wolke oder Deformation von Pierre Kervella et al., „The Close Circumstellar Environment of Beteigeuse V. Rotation Velocity and Molecular Envelope Properties from ALMA“, Astronomy & Astrophysics 609 (2018), möglicherweise verursacht durch globales thermisches Ungleichgewicht. Es scheint, dass sie wirklich jeden Moment bereit ist, zu explodieren. Aber in Wahrheit musste Beteigeuze in den Tagen von Kepler und Shakespeare in Stücke fliegen, damit jeder von uns die Chance hatte, das Licht dieses Ereignisses zu sehen.

Wenn ein riesiger Stern explodiert, werden die Türen seiner chemischen Küche aus den Angeln gehoben. Asche aus einem thermonuklearen Herd zerstreut sich in alle Richtungen, sodass sich Helium, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Magnesium, Eisen, Nickel und andere Fusionsprodukte mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Kilometern pro Sekunde ausbreiten. Im Laufe der Bewegung werden diese Atomkerne, die eine maximale Masse von 60 Atomeinheiten erreichen, massiv von einem Strom hochenergetischer Neutronen (Teilchen mit der Masse der Protonen, aber ohne elektrische Ladung) beschossen, die aus dem kollabierenden Sternkern austreten.

Von Zeit zu Zeit heftet sich ein Neutron, das mit dem Kern eines Atoms kollidiert, daran; Als Ergebnis all dessen wird eine Supernova-Explosion von der schnellen Synthese komplexerer Elemente begleitet, die für die Existenz von Leben als notwendig erachtet werden, sowie vieler radioaktiver Elemente. Einige dieser Isotope haben eine Halbwertszeit von nur Sekunden, andere, wie z ⁶⁰Fe und ²⁶Al, Zerfall in ungefähr den Millionen Jahren, die die Bildung unseres protoplanetaren Nebels gedauert hat, und der dritte, sagen wir ²³⁸U, es ist noch ein weiter Weg: Sie sorgen für Milliarden von Jahren für geologische Erwärmung. Die hochgestellte Ziffer entspricht der Gesamtzahl der Protonen und Neutronen im Kern - das nennt man Atommasse.

Das passiert, wenn Beteigeuze explodiert. In einer Sekunde schrumpft sein Kern auf die Größe eines Neutronensterns – ein Objekt, das so dicht ist, dass ein Teelöffel seiner Substanz eine Milliarde Tonnen wiegt – und möglicherweise zu einem Schwarzen Loch. Im gleichen Moment wird Beteigeuze etwa 10. ausbrechen⁵⁷ Neutrinos, die Energie so schnell wegtragen, dass die Stoßwelle den Stern zerreißt.

Es wird wie die Explosion einer Atombombe sein, aber Billionen Mal stärker.

Für Beobachter von der Erde aus wird Beteigeuze über mehrere Tage heller, bis der Stern seinen Teil des Himmels mit Licht durchflutet. In den nächsten Wochen wird es verblassen und dann in den glühenden Nebel einer Gaswolke kriechen, die von einem kompakten Monster in seiner Mitte bestrahlt wird.

Supernovae blass im Vergleich zu den kilonösen Explosionen, die auftreten, wenn zwei Neutronensterne in die Falle der gegenseitigen Anziehung fallen und spiralförmig kollidieren Vielleicht ist es den Kilonovs zu verdanken, dass schwerere Elemente wie Gold und Molybdän im Weltraum auftauchten. … Diese beiden Körper sind bereits unvorstellbar dicht - jeder hat die Masse der Sonne, verpackt in das Volumen eines 10-Kilometer-Asteroiden -, daher verursacht ihre Verschmelzung Gravitationswellen, Wellen in der Struktur von Raum und Zeit.

Lang vorhergesagte Gravitationswellen wurden erstmals 2015 mit einem Milliarden-Dollar-Instrument namens LIGO aufgezeichnet Die erste Gravitationswelle wurde im September 2015 vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aufgezeichnet Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. (Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium, "Laser-interferometrisches Gravitationswellen-Observatorium"). Später, im Jahr 2017, kam die Gravitationswelle mit einem Unterschied von 1,7 Sekunden mit einem Gammastrahlungsstoß an, der von einem völlig anderen Gerät aufgenommen wurde - wie ein Blitz und ein Blitz.

Es ist erstaunlich, dass Gravitations- und elektromagnetische Wellen (also Photonen) seit Milliarden von Jahren durch Raum und Zeit gewandert sind, und es scheint, dass sie völlig unabhängig voneinander sind (Schwerkraft und Licht sind verschiedene Dinge), aber dennoch bei der gleiche Zeit. Vielleicht ist dies ein triviales oder vorhersehbares Phänomen, aber für mich persönlich erfüllte diese Synchronität von Schwerkraft und Licht die Einheit des Universums mit tiefer Bedeutung. Die Explosion einer Kilonova vor Milliarden Jahren, einer Milliarde Lichtjahren, wirkt wie ein entfernter Glockenklang, dessen Klang einem das Gefühl gibt, wie nie zuvor eine Verbindung zu denen zu haben, die irgendwo in den Tiefen des Weltraums existieren. Es ist, als würde man auf den Mond schauen, an seine Lieben denken und sich daran erinnern, dass sie ihn auch sehen.

Wenn Sie wissen möchten, wie das Universum entstanden ist, wo sonst Leben existieren kann und warum Planeten so unterschiedlich sind, ist dieses Buch definitiv das Richtige für Sie. Eric Asfog spricht ausführlich über die Vergangenheit und Zukunft des Sonnensystems und des Kosmos im Allgemeinen.

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