Titelthema - Wenn die Sonne die Erde frisst: Flucht vor dem Sonnentod - wissenschaft.de
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Titelthema – Wenn die Sonne die Erde frisst: Flucht vor dem Sonnentod

In ein paar Milliarden Jahren wird unsere Spezies wohl nicht mehr existieren. Dennoch überlegen Forscher wie der Ex-Astronaut Dr. Ulrich Walter, ob sich das Ende der Erde hinauszögern läßt.

Unsere Sonne scheint nicht ewig. In etwa sieben Milliarden Jahren wird sie sich zu einem Roten Riesen aufblähen und die Erde versengen oder verschlucken. Doch schon vorher, in etwa ein bis zwei Milliarden Jahren, wird ihre Leuchtkraft so stark zunehmen, daß die Ozeane bereits verdampfen könnten. Flüssiges Wasser ist aber eine Grundvoraussetzung für das Leben. Rund zwei Drittel der Lebensspanne auf unserem Planeten sind also bereits verflossen. Es wird daher Zeit, darüber nachzudenken, wie sich unsere Nachkommen dieser ungemütlichen Situation entziehen könnten. Halb so schlimm, könnte man einwenden, denn bis dahin werden die Menschen andere Planeten in der Milchstraße kolonialisiert haben. Dem stimme ich zu. Doch wer wie ich die Schönheit der Erde von oben gesehen hat, wird sie nicht so einfach den Flammen der Sonne übergeben wollen. Unsere Heimat sollten wir erhalten. Und dafür gibt es Mittel und Wege.

Mit der Erwärmung und Ausdehnung der Sonne wandert die Ökosphäre weiter nach außen. So heißt der Bereich um einen Stern, der die notwendigen Bedingungen für erdähnliches Leben auf einem Planeten bietet – also insbesondere Temperaturen, bei denen es flüssiges Wasser gibt. Im Prinzip müßte die Erde also nur weiter von der Sonne wegrücken, wenn diese sich erwärmt. Der Schweizer Physiker Mieczyslaw Taube hat 1982 erstmals über diese Möglichkeit des „Earth-Shift” nachgedacht. Er stellte sich 240 Fusionsantriebe vor, die jeweils auf 20 Kilometer hohen Türmen im Zehnerpack entlang des Äquators angeordnet sind. Immer wenn ein solches Antriebsaggregat aufgrund der Erddrehung in Sonnenrichtung zeigt, wird es gezündet, und der Rückstoß treibt die Erde ein wenig von der Sonne fort. Die große Höhe der Raketenmotoren ist nötig, damit die Rückstoßgase über der Erdatmosphäre ausströmen können und frei ins All schießen. Andernfalls würden sie mit unserer Lufthülle wechselwirken und ihren Impuls zurück auf die Erde übertragen – damit wäre der ganze Kraftakt vergebens. Taubes Rechnungen zeigten, daß pro Sekunde und Antrieb eine Spitzenleistung von 8,3·1017 Watt nötig wäre. Die erforderliche Energie könnte durch die Kernfusion von 2,4 Tonnen Deuterium zu Helium gewonnen werden. Damit ließen sich 15000 Tonnen Wasserstoff als Rückstoßgas beschleunigen. Würden die Fusionsantriebe eine Milliarde Jahre lang ununterbrochen arbeiten, könnte die Erde bis zum Jupiter geschoben werden und zu einem Mond des Riesenplaneten werden.

Die Kosten für dieses „Erde-Rücken” sind freilich enorm: Insgesamt acht Prozent der Erdmasse müßte als Rückstoßmaterial in den Weltraum geschleudert werden. Das ist weit mehr als der Inhalt aller Ozeane zusammen. Der größte Teil des Wasserstoffs muß von Jupiter herangeschafft werden, dem nächsten großen Wasserstoff-Reservoir im All. Zwar würde auch eine Jupiter-Entfernung der Erde von der Sonne noch nicht ganz ausreichen, um vor dem Roten Riesen gefeit zu sein. Doch das Verdampfen der Ozeane ließe sich mit einer größeren Reflexion der einfallenden Sonnenhitze verhindern, hofft Taube. Noch weiter von der Sonne zu fliehen, wäre keine Lösung. Denn unser Stern bleibt nur einige Millionen Jahre lang im Riesen-Stadium. Dann kollabiert er zu einem Weißen Zwerg. Damit versagt die Sonne als Wärmequelle, denn nun müßte die Erde ihr näherkommen als heute Merkur. Sie würde dort durch die Gezeitenkräfte schnell Drehimpuls verlieren, bis sie der ausgebrannten Sonne immer nur eine Seite zeigt – wie der Mond heute der Erde. Diese Einseitigkeit würde rasch zu einem tödlichen Temperaturungleichgewicht zwischen der Seite des ewigen Tages und der der ewigen Nacht führen. Lebensfeindlich wäre auch die energiereiche Ultraviolett- und Röntgen-Strahlung des Weißen Zwergsterns.

Taubes Alternative: eine künstliche Sonne in Erdnähe. Die Energie dafür könnte wiederum aus der Kernfusion gewonnen werden, mit Jupiter als Rohstofflieferanten. Bei gezielter Bündelung und Abstrahlung der Energie wären weitere 100 Milliarden Lebensjahre gewonnen. Der englische Wissenschaftler Martyn Fogg ist noch wagemutiger. Er schlägt vor, den Jupiter gleich zu einer Sonne umzuwandeln. Dazu müßte man ihn mit einem kleinen Schwarzen Loch impfen, was den erforderlichen Temperaturanstieg zur Zündung der Kernverschmelzung bewirken würde. Allerdings würde der zum Roten Zwergstern entflammte Jupiter binnen etwa 100 Millionen Jahre selbst ein Opfer des Schwarzen Lochs – und die Erde geriete alsbald ebenfalls in den Schwerkraftsog.

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Einstweilen bleibt es also künftigen Generationen überlassen, einen besseren Ausweg zu ersinnen. Bis dahin ist ja noch ein bißchen Zeit. Außerdem gibt es noch zwei weitere Auswege:

Da nur 0,45 Milliardstel der Strahlung von der Sonne die Erde trifft, verpufft viel Energie nutzlos im All. Läßt sich diese Verschwendung nicht vermeiden? Und wieso müssen wir uns der Sonne anpassen, wenn es vielleicht auch umgekehrt geht? David Criswell, heute Direktor des Instituts für Space Systems Operations der University of Houston in Texas, hat sich 1985 das „Star-Lifting” ausgedacht: Die Sonne sollte so weit geschrumpft werden, bis sie gerade ausreichend Strahlung für das Leben auf der Erde abgibt – dann könnte sie 2000mal länger scheinen. Begründung: Leuchtkraft und Lebensdauer eines Sterns hängen von seiner Masse ab. Während die Leuchtkraft zwischen der dritten und vierten Potenz der Masse zunimmt, sinkt die Lebensdauer mit der zweiten bis dritten Potenz der Masse. Denn bei einer größeren Masse laufen vermehrt Kernverschmelzungsprozesse in ihrem Inneren ab, weil eine größere Masse höhere Drücke und Temperaturen im Zentrum zur Folge hat. Ein größerer Stern hat zwar mehr Masse als ein kleinerer, verbrennt diese aber auch schneller.

Wie macht man einen Stern leichter? Criswell schlägt vor, einen Ring von Ionenbeschleunigern in einem Orbit um die Sonne zu errichten, die zwei starke Strahlen geladener Teilchen erzeugen und gegeneinander kreisen lassen. Es werden zwei gebraucht, weil die Strahlstärken enorm groß sein müssen. Damit die Beschleuniger nicht auseinanderfliegen, müssen sich die beiden Ladungen gegenseitig neutralisieren und dürfen nur noch ein relativ schwaches Dipolfeld erzeugen. Durch ihr gegensinniges Kreisen entsteht ein gleichgerichtetes einheitliches Magnetfeld. Es kann die Gase an den Sonnenpolen soweit erhitzen, daß sie – von den Magnetfeldern gelenkt – als zwei Jets von der Sonne abgestoßen würden. Nach Criswells Berechnungen könnten die Beschleuniger mit zehn Prozent der abgestrahlen Sonnenenergie betrieben werden, um drei Milliardstel der Sonnenmasse pro Jahr ins All zu schießen – das entspricht 0,1 Prozent der Erdmasse. Im Lauf von 300 Millionen Jahren ließe sich die Sonne so auf acht Prozent ihrer jetzigen Größe reduzieren – das ist die minimale Größe, bei der ein Stern noch brennt. Dann würde sie als kleiner Roter Zwerg über 23 Billionen Jahre kontinuierlich Licht und Wärme abgeben. Man könnte die Materie-Jets sogar so dirigieren, daß sie neue Rote Zwerge erzeugen. Theoretisch würde die abgestrahlte Materie für ein Dutzend dieser Zwergsterne ausreichen. Jeder könnte zur Heimat für zahlreiche bewohnbare Planeten werden.

Leider hat die phantastische Vorstellung ein paar Haken: Saugt man von der Sonne nur die Oberfläche ab, bleibt der Kern mit seinen bereits verbrannten Bestandteilen zurück. Die Rest-Sonne kann sich deshalb plötzlich zum Roten Riesen aufblähen – mit verheerenden Folgen für die Umgebung. Nur die neuen Zwergsterne, die aus der abgestrahlten Materie entstehen können, wären „ sichere” Sonnen. Die Ökosphäre eines Roten Zwergs befindet sich dicht an seiner Oberfläche. Deshalb müßte die Erde in diesen schmalen Bereich gerückt werden – auch hier geht also nichts ohne Erd-Shift. Hat ein Zwergstern weniger als 0,7 bis 0,8 Sonnenmassen, dann liegt die Ökosphäre so nah an der Oberfläche, daß die Gezeitenkräfte die Erdrotation abbremsen. Die Folge: Die Erde würde wie Merkur der Sonne alsbald nur noch eine Seite zeigen und somit wiederum zur lebensfeindlichen Hölle werden.

Der dritte Ausweg klingt erst recht utopisch: ein Wechsel von unserer ausgebrannten Sonne zu einem neuen, jungen Stern. Doch ein solcher Sonnenwechsel geschieht gar nicht so selten, wenn zwei Sterne nahe aneinander vorbeifliegen. Seit 1984 hat der Astronom Jack G. Hills vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico Computersimulationen zu diesem Thema veröffentlicht. Er fand, daß ein Stern einen Planeten verlieren kann, wenn ein anderer Stern in der zwei- bis dreifachen Entfernung des Planeten von dessen Heimatsonne vorüberzieht. Oft wird der Planet ins All katapultiert, mitunter aber auch von dem vorüberziehenden Stern eingefangen. Einfänge, die zu erdähnlichen, fast kreisförmigen Bahnen führen, sind möglich, wenn unsere Nachfahren ein solches „ Star-Switching” mit einem jungen Stern gezielt vorbereiten. Martyn Fogg veröffentlichte 1989 einige Ideen zu diesem kühnen Unternehmen. Strebt man eine „Überführung” innerhalb weniger Millionen Jahre an, dann kämen Sterne im Umkreis von ungefähr 100 Lichtjahren in Betracht. 300 der etwa 12000 Sterne in diesem Abstand sind sonnenähnliche Einzelsterne, und darunter gibt es viele, die wesentlich jünger sind als unsere Sonne.

Wie läßt sich einer von ihnen dazu bringen, genau an unserer Sonne vorbeizufliegen? Natürlich kann man keinen Raketenantrieb an seiner wabernden Oberfläche anbringen. Aber die Teilchenbeschleunigerringe, mit denen David Criswell die Sonne schrumpfen will, wären auch hier von Nutzen. Ihre Magnetfelder lassen sich so variieren, daß die ausgelösten Plasmajets mit unterschiedlicher Stärke ins All schießen. Mit dieser Asymmetrie könnte der künftige Nachfolger unserer altersschwachen Sonne langsam auf uns zu manövriert werden. Das würde aufgrund der großen Distanzen zwar lange dauern, aber die Wirkung der Jets wäre beträchtlich: Berechnungen ergaben, daß sich nach einer Million Jahre der neue Stern um etwa vier Grad von seinem alten Kurs abbringen ließe und nach drei und elf Millionen Jahren um 10 beziehungsweise 34 Grad. Unter diesen Voraussetzungen ist es im Prinzip kein Problem, einen geeigneten Ersatz für unsere Sonne innerhalb der nächsten Milliarde Jahre zu finden, bevor es auf der Erde zu heiß wird. Die Ausarbeitung der Details und die praktische Umsetzung der Ideen überlasse ich unseren Nachfahren. Ich wünsche ihnen dazu viel Glück, denn das werden sie brauchen.

Kompakt Um dem Hitzetod durch die alternde Sonne zu entgehen, müßte die Erde bis zum Jupiter wandern. Der Riesenplanet ließe sich sogar in eine Ersatzsonne umwandeln. Eine Verkleinerung der Sonne könnte deren Lebensdauer beträchtlich verlängern, und aus der abgezogenen Sonnenmaterie ließen sich neue Sterne formen. Diese Science-fiction-Lösungen sind im Prinzip realisierbar. Doch sie werfen neue Probleme auf. Ein Ausweg wäre, mit der Erde zu einem anderen Stern umzuziehen.

Ulrich Walter

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