Mittwoch, 15. Februar 2012

War unsere Sonne einst größer als heute?

Archiv: Ansicht der heutigen Sonne. | Copyright: JAXA

University Park/ USA - Laut dem bisherigen Standardmodell von der Entwicklung unserer Sonne, sollte diese in ihren Kindertagen deutlich kleiner und lichtschwächer gewesen sein als heute. Vor diesem Hintergrund ist es jedoch bis heute ein Rätsel, wie und warum die Erde zur damaligen Zeit nicht vollständig eingefroren ist sondern sogar stattdessen flüssiges Wasser an ihrer Oberfläche halten konnte. Derzeit untersuchen US-Wissenschaftler eine alternative Theorie, die davon ausgeht, dass unsere Sonne einst nicht kleiner sondern größer und somit auch heller war als bislang angenommen.

Im Verlauf ihrer Entwicklung verstärkt sich die Leuchtkraft der meisten Sterne zusehends. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich ihr Kern mit der Zeit verdichtet und dadurch auch heißer wird. Übertragen auf unsere heutige Sonne würde das bedeuten, dass unser Zentralgestirn vor rund 4,5 Milliarden Jahren rund 30 Prozent lichtschwächer war als heute.

"Die Vorstellung einer schwächeren jungen Sonne stellt uns vor ein Paradoxon, da die auf diesem Modell basierenden Temperaturen auf Erde und Mars schlichtweg viel zu kalt gewesen wären, um flüssiges Wasser zu ermöglichen", erläutert Steinn Sigurdsson von der Penn State University. Dennoch belegen Analysen des ältesten irdischen Gesteins, dass unser Planet schon vor rund 4,4 Milliarden Jahren mit Ozeanen bedeckt war. Auch auf dem Mars mehren sich die Hin- und Beweise für eine warme und feuchte Umwelt, ebenfalls mit großen Wasserflächen, vor rund 4 Milliarden Jahren.

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Um dieses Paradoxon der lichtschwachen jungen Sonne zu umgehen, suchen Wissenschaftler schon seit 25 Jahren nach alternativen Erklärungen: Schon eine geringfügig größere Masse der frühen Sonne würde diese hell genug scheinen lassen, um schon damals flüssiges Wasser auf Erde und Mars zu ermöglichen. Das Problem bei den bisherigen Modellen ist jedoch, dass eine derart geringfügig größere Sonne, über besonders starke Sonnenwinde verfügt haben müsste, um seither genügend ihrer eigenen Masse wieder ins All geschleudert und damit verloren zu haben, um auf ihre heutige Größe zu kommen.

Unterstützt durch das Astrobiology Institute der NASA, hat sich das Team um Sigurdsson dem Problem nun auf eine ganz neue Art und Weise genähert und bisherige Computermodelle mit Hilfe der neuesten Beobachtungs- und Messdaten der Sonne aktualisiert und auf dieser Grundlage die bisherigen Szenarios überprüft.

"Ich denke, die gegenteilige Vorstellung von einer größeren jungen Sonne, ist eine plausible Hypothese, die jedoch bislang nur wenig Anhänger gefunden hat", zitiert das Onlineportal "Astrobiologiy Magazine" der NASA (astrobio.net) die nicht an der Studie beteiligten Wissenschaftlerin Renu Malhotra vom Lunar Planetary Lab an der Arizona State University. Für viele Wissenschaftler sei ein solches Modell jedoch offenbar schlichtweg zu einfach, "ganz so, als würde man den Gordischen Knoten einfach durchteilen."

Der derzeit populärere Ansatz versucht die Temperaturen auf den noch jungen Planeten Erde und Mars durch einen starken Treibhauseffekt zu erklären. Schon Carl Sagan und George Mullen glaubten in den frühen 1970er Jahren, dass Ammoniak und damit ein starkes Treibhausgas, die Atmosphäre der jungen Erde aufgeheizt haben könnte. Schon kurze Zeit später zeigte sich doch, dass die ultraviolette Strahlung der Sonne selbst dieses zu schnell zerstört hätte.

Aktuelle Theorien sehen in einer globalen Kohlendioxid-Anreicherung der Erdatmosphäre um etwa das Hundertfache der heutigen Werte eine Erklärung - eine Theorie, die sich jedoch nicht mit den geologischen Funden in Übereinstimmung bringen lässt.

Doch selbst wenn sich auf der damaligen Erde genügend Treibhausgase fänden ließen, so wäre dieser Erklärungsansatz nicht auf den Mars übertragbar. Weiter von der Sonne entfernt, müsste der frühe Rote Planet unglaubwürdige Mengen an Treibhausgasen besessen haben, um sich und sein flüssiges Wasser so vor der Kälte einer lichtschwächeren jungen Sonne zu schützen. Die benötigte Menge an Kohlendioxid wäre hier so groß gewesen, dass sich daraus so hohe Wolken gebildet hätten, die die Sonnenwärme vielmehr wieder reflektiert hätten als sie zu speichern. "Eine Treibhauseffekt-Erklärung lässt sich auf den Mars einfach nicht anwenden", so Sigurdsson.

Wie frühere Untersuchungen bereits gezeigt hatten, kann die Sonne jedoch nicht ohne weiteres vergrößert werden. Das Fenster hierfür liegt demnach bei lediglich zwischen 2 und 5 Prozent. "Weniger und die junge Erde würde sich nicht genügend erwärmt haben, um flüssiges Wasser zu halten. Alles darüber hinaus und die Sonne würde zu einem anderen Sternentyp als der, der sie heute nachweislich ist."

Der knifflige Teil an den Experimenten mit unterschiedlichen Faktoren, sei genau die richtige Stärke des Sonnenwindes zu finden, damit bis heute genügend Masse ins All verweht werden konnte. Sollte der Sonnenwind immer schon gleich stark gewesen sein wie heute, so hätte die Sonne seither gerade einmal 0,05 Prozent ihrer Masse auf diese Weise verloren. Allerdings glauben viele Sonnenforscher, dass der Sonnenwind einst stärker war als heute.

Um zum einen aber genügend Wärme zu liefern, um die frühen Planeten Erde und Mars genügend zu erwärmen, zugleich aber die der heutigen Sonne möglichen Grenzen nicht zu überschreiten, hätte unser Zentralgestirn während seiner ersten hundert Millionen Jahre zusätzlich an Masse verloren haben müssen, so Sigurdsson. "Das legt nahe, dass der Sonnenwind damals etwa 1000 Mal schneller war als heute."

Tatsächlich sind starke Sternenwinde im Umfeld sowohl massereicher als auch massearmer Sterne bekannt. Sterne mit mittlerer Masse, wie eben unsere Sonne, scheinen jedoch keine solche Winde aufzuweisen, weswegen Kritiker die aktuellen Modellberechnungen der Forscher kritisch hinterfragen.

Für einen derartigen Masseverlust der frühen Sonne, sollten denn auch heute noch Hinweise zu finden sein, etwa Meteoriten mit von diesen stärkeren Sonnenwinden verursachten kristallinen Schäden. "Aber gerade solche Hinweise finden wir in den astronomischen Aufzeichnungen nicht", kritisiert beispielsweise Søren Meibom von der Harvard University, der schon 2007 in einer Studie nach genau diesen Hinweise auf eine junge massereiche Sonne gesucht hatte.

Auch Sigurdsson und sein Team wollen nun nach Hinweisen auf Rückstände und "Dehnungsstreifen" einer einst größeren Sonne suchen, wie sie vielleicht schon mit der kommenden Generation von Sonnenobservatorien gefunden werden könnten.

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / astrobio.net / nasa.gov

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