Superflares als Lebensbringer?

Ausbruch von Plasma auf der Sonne (NASA/GSFC)

Unsere Erde ist ein Planet des Lebens. Denn auf ihr gab es gerade die richtigen Bedingungen, damit komplexe Biomoleküle entstehen und sich zu lebenden Zellen zusammenfinden konnten. Damit es dazu kam, musste jedoch erst der eher chemisch träge molekulare Stickstoff in reaktivere Verbindungen umgewandelt werden. NASA-Forscher haben nun dafür einen überraschenden Helfer ausgemacht: starke Sonnenstürme. Solche Superflares könnten erst die chemischen Reaktionen ermöglicht haben, durch die letztlich die Lebensbausteine entstanden.

Wie die ersten Bausteine des Lebens gebildet werden können, damit experimentierte schon vor rund 65 Jahren der US-Chemiker Stanley Miller herum: Er vermutete, dass Blitze dafür gesorgt haben könnten, dass aus den Gasen der Uratmosphäre die ersten organischen Verbindungen wurden. Die energiereichen elektrischen Entladungen sollten zudem dafür sorgen, den chemisch inerten molekularen Stickstoff (N2) so aufzubrechen, dass dieser Baustein des Lebens besser in organische Moleküle eingebaut werden kann. Dazu haben nun NASA-Forscher um Vladimir Airapetian vom Goddard Space Flight Center eine alternative Strategie vorgeschlagen: Sie sehen nicht Wetterereignisse wie Blitze als Lieferanten der benötigten Energie, sondern in kosmisches Ereignis in Form von besonders starken Sonnenstürmen.

Superflares von der jungen Sonne

Anstoß für ihre Theorie war die Beobachtung von starken Strahlenausbrüchen auf sonnenähnlichen jungen Sternen durch das Kepler Weltraumteleskop. Im Gegensatz zu unserer heute eher ruhigen Sonne schleudern diese jungen Sterne viel häufiger sogenannte Superflares ins All hinaus – Strahlenausbrüche, die als Begleiterscheinung von koronaren Massenauswürfen auftreten. "Die Energie dieser Ereignisse ist um das Zwei- bis Dreifache höher als die des berühmten Carrington-Ereignisses", erklären Airapetian und seine Kollegen. Bei diesem starken Sonnensturm im Jahr 1859 traten selbst über Hawaii und in der Karibik Polarlichter auf. Aus ihren Beobachtungen schließen die Forscher, dass auch unsere Sonne vor rund vier Milliarden Jahren deutlich häufiger solche starken Sonnenstürme verursacht haben könnte. "Unsere junge Sonne erzeugte damals einen zehnfach stärkeren magnetischen Fluss als heute", berichten die Forscher. "Die Häufigkeit der von ihr erzeugten Super-Carrington-Ereignissen könnte daher bei rund 250 pro Tag gelegen haben." Von diesen solaren Superflares traf wahrscheinlich mindestens einer täglich auch auf die junge Erde.

Und genau darin liegt nach Ansicht von Airapetian und seine Kollegen der Schlüssel für die chemischen Prozesse, die dem ersten Leben die Bühne bereiteten: Wie sie anhand einer Simulation ermittelten, kann ein starker Strahlenausbruch der Sonne genügend Energie in die Erdatmosphäre bringen, um dort chemische Reaktionen anzustoßen und den chemisch trägen molekularen Stickstoff aufzuspalten. Prallt die elektromagnetisch geladene Plasmawolke auf das Magnetfeld der Erde, kommt es zu einer starken Verformung und Lücken in diesem Schutzgitter, das normalerweise den Großteil der geladenen kosmischen Teilchen am Eindringen in die Atmosphäre hindert. "Dadurch entsteht eine Öffnung im irdischen Magnetfeld über den Polkappen", berichten die Wissenschaftler.

Wie die Simulation mit Hilfe eines chemischen Atmosphärenmodells ergab, könnten diese Lücken im Urzeit-Magnetfeld der Erde die entscheidenden chemischen Reaktionen ermöglicht haben. Denn unter Einfluss der kosmischen Partikel reagierte der molekulare Stickstoff zu besser verwertbaren und reaktiveren Verbindungen wie Stickstoffoxid (N2O) und Cyanwasserstoff (HCN). Letzterer ist zwar giftig, gilt aber als einer der essenziellen Grundbausteine für das frühe Leben, denn diese Verbindung bildet die Grundlage für stickstoffhaltige Biomoleküle wie die Aminosäuren. "Die in der Atmosphäre entstandenen organischen Moleküle könnten dann auf die Oberfläche geregnet sein und dort durch chemische Reaktionen komplexere Moleküle gebildet haben", so die NASA-Forscher. Ihrer Ansicht nach war es demnach erst die Aktivität unserer jungen Sonne, die die Bühne für die Entstehung des ersten Lebens auf unserem Planeten bereitete.

Chemische Heizung für die junge Erde?

Und noch etwas könnten die urzeitlichen Superflares der Sonne bewirkt haben: Sie heizten die junge Erde stark genug auf, um die Temperaturen lebensfreundlich und mild zu machen. Denn trotz ihrer hohen Aktivität strahlte unser Stern vor rund vier Milliarden Jahren deutlich weniger Energie ab als heute. Nach Schätzungen von Astronomen war die Sonne damals um 30 Prozent leuchtschwächer.  Rein theoretisch hätte es auf der jungen Erde daher sehr viel kälter sein müssen als heute – möglicherweise sogar zu kalt, um Wasser flüssig zu halten. Aber das war eindeutig nicht der Fall. Aber warum? Bekannt ist, dass die Gase der Uratmosphäre nicht genügend Treibhauswirkung entfalteten, um diesen Mangel an solarer Energie auszugleichen. Doch hier bietet nun das Superflare-Szenario eine Lösung: Das von diesen Ereignissen in der Erdatmosphäre erzeugte Stickstoffoxid (N2O) ist ein Treibhausgas – und könnte daher als Wärmedecke für die junge Erde gedient haben.

In einem begleitenden Kommentar hält es der Astrophysiker Ramses Ramirez von der Cornell University für möglich, dass auch der junge Mars auf ähnliche Weise von den Superflares der Sonne profitiert haben könnte. "Geologische Daten sprechen dafür, dass der Mars um diese Zeit ebenfalls paradox warm war", so der Forscher. Da auch die Mars-Atmosphäre molekularen Stickstoff enthielt, könnten die Flares auch auf unserem Nachbarplaneten eine "chemische Heizung" gefördert haben. "Diese Ergebnisse könnte zudem Bedeutung für das Klima und die potenzielle Biologie von erdähnlichen Exoplaneten um junge, sonnenähnliche Sterne besitzen", so Ramirez.

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