Was ein ferner Exoplanet über das Schicksal der Erde verrät

Von Markus Brauer

Wenn unsere Sonne sich dem Ende ihres Lebenszyklus nähert, wird sie sich immer weiter aufblähen und zu einem Roten Riesen werden – einem Stern von großer Ausdehnung und extrem hoher Leuchtkraft.

In rund sechs bis sieben Milliarden Jahren wird dieser Rote Riese die Plkaneten Merkur und Venus verschlungen haben und bis zur Erdbahn reichen. Unser Planet wird bis dahin schon eine tote, wasserlose Wüstenwelt sein. Kanner wenigstens dem Verschlungenwerden entgehen?

 

 

Wird die Erde das Sonneninferno überleben?

Die Antwort darauf ist unter Astronomen strittig. Denn einerseits wird sich die Sonne zwar bis zur Erdbahn aufblähen, andererseits schiebt ihr verstärkter Sternenwind die Planeten weiter nach außen – somit auch die Erdbahn. Geschieht dies schneller als das Wachstum der Sonne, könnte die Erde deren Rote-Riesen-Phase möglicherweise überstehen.

Doch bisher haben Astrophysiker nur einige extrasolare Gasriesen entdeckt, die um Weiße Zwerge kreisen und daher die Rote-Riesen-Mutation ihres Sterns überstanden haben, aber keine erdähnlichen Planeten.

 

 

Doch jetzt haben Astronomen um Keming Zhang von der University of California in San Diego einen erdähnlichen Exoplaneten entdeckt, der einer Zukunftsversion unseres eigenen Planeten ähnelt.

Ihre Studie ist im Fachmagazin „Nature Astronomy“ erschienen.

Astronomers have discovered an Earth-like planet 4,000 light-years away, offering a glimpse into our planet's distant future. This system features a white dwarf similar to our sun and an Earth-sized companion in a larger orbit. https://t.co/kmDBACkm4bpic.twitter.com/5eRHruZwlJ — Berkeley Astronomy (@UCB_Astronomy) September 26, 2024

Exoplanet kreist um Weißen Zwerg

Der rund 4000 Lichtjahre von der Erde entfernte Planet umkreist den ausgebrannten Rest eines sonnenähnlichen Sterns von zuvor ein bis zwei Sonnenmassen. Dieser Stern hat seine Rote-Riesen-Phase bereits hinter sich, seine Hüllen abgeworfen und ist ein 0,5 Sonnenmassen schwerer Weißer Zwerg.

Zur Info: Weiße Zwerge sind extrem dichte Überreste von Sternen wie unserer Sonne. Eine Masse, so groß wie die unserer Sonne, ist bei ihnen in ein Himmeslobjekt gepresst, dass etwa so groß ist wie die Erde. Wenn unsere Sonne ihren Vorrat an Kernbrennstoff aufgebraucht hat, bläht sie sich zunächst zu einem Roten Riesen auf und fällt anschließend zu einem solchen Weißen Zwerg zusammen, der über Jahrmilliarden langsam abkühlt.

Entdeckt haben Zhang und sein Team das KMT-2020-BLG-0414 getaufte System bereits im Juli 2020, als es sich vor einen Hintergrundstern schob. Dies ermöglichte es, den Stern und seine Planeten im Gegenlicht zu beobachten und ihre Masse dank des Gravitationslinseneffekts abzuschätzen.

 

 

Weil die ersten Beobachtungen jedoch zu ungenau waren, haben die Forscher das Sternsystem 2023 noch einmal mit den hochauflösenden Optiken des Zehn-Meter Teleskops Keck-II auf Hawaii ins Visier genommen.

Solares Kraftwerk ist irgendwann ausgebrannt

Doch noch einmal zurück zum finalen Zyklus der Sonne: Seit mehr als vier Milliarden Jahren spendet sie der Erde und den anderen Planeten unseres Sonnensystems Licht und Wärme. In ihrem Innern verschmelzen Wasserstoffkerne zu Helium und liefern die nötige Energie.

Ein gigantisches, unerschöpfliches Kraftwerk – so scheint es. Doch irgendwann ist Schluss mit der interstellaren Energieversorgung.

 

 

Seit ihrer Entstehung nimmt die Größe und Helligkeit der Sonne stetig zu: um rund ein Prozent in jeweisl 100 Millionen Jahren. In den folgenden Milliarden Jahren wird die Sonne ihre Brennstoffvorräte vollends aufzehren. Um den schwindenden Wasserstoff auszugleichen, werden sich die Fusionsprozesse im solaren Glutofen drastisch erhöhen.

Der Brennofen Sonne glüht folglich heißer mit weniger Brennstoff. Dadurch wiederum steigt die Temperatur im Innern des Gasballs, so dass auch der Wasserstoff in den äußeren Sonnenregionen zündet und der Stern immer heller strahlt.

Von der Sonne zum Roten Riesen

Die Sonne wird sich zu einem Feuerball aufblähen, der das 256-Fache ihres heutigen Radius erreicht. Irgendwann wird sie zum Roten Riesen, einem Himmelskörper von gigantischen Ausmaßen und extrem hoher Temperatur, der die Planeten Venus und Merkur komplett vernichtet.

Die Erde wird durch das Siechtum der Sonne in ihre planetarische Urzeit zurückkatapultiert. Auf der Oberfläche wird es unerträglich heiß, etwa 1000 Grad Celsius.

Gestein beginnt zu schmelzen, Mineralien lösen sich auf, tödliche Wolken aus Schwefelsäure umhüllen die Atmosphäre wie einst auf der Venus. Regen aus Eisen und Schnee aus Siliziumoxid, Natrium und Kalium fallen auf die Planetenoberfläche.

 

 

Ewige Nacht und ewiger Tag

In 6 bis 7 Milliarden Jahren ist das Ende dann nahe. Der Rote Riese, der einst unsere Sonne war, hält die Erde im Klammergriff, so dass er ihr immer nur eine Seite zuwendet. Auf der einen Seite herrscht ewiger Tag mit Temperaturen wie in einer Stahlschmelze, die selbst Magma-Seen verdampfen lässt. Auf der abgewandten Seite herrscht dagegen ewige Nacht mit Temperaturen von bis zu minus 240 Grad Celsius.

Wenige hundert Millionen Jahre später kommt der definitive Exitus: Die Erde nähert sich der Sonne aufgrund ihrer Anziehungskraft und Masse immer mehr an, bis sie schließlich in deren Hülle eintaucht.

Nach der Erde wird irgendwann auch die Sonne sterben. Der Rote Riese mutiert zu einem Weißen Zwerg – den Überresten ausgebrannter Sterne, die völlig erloschen sind. Sollte die Erde nicht in einem Feuerball verdampfen, ist ihr ein eisiger Tod beschieden.

 

 

Größerer Bruder der Erde

Zurück zum Exoplaneten KB200414Lb: Diese extraterrestrische Welt ist rund 20 Prozent größer als die Erde und rund 1,9 Erdmassen schwer. Er ähnelt damit einem etwas größeren Bruder der Erde.

Noch spannender ist jedoch die Umlaufbahn dieses Exoplaneten: Zurzeit umkreist er den Weißen Zwerg im Abstand von rund 2,3 astronomischen Einheiten, wie Zhang und sein Team ermittelten. Übertragen auf unser Sonnensystem würde sich dieser Planet damit etwa auf Höhe des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter bewegen.

Mögliches Zukunftsszenario der Erde

Doch vor dem Ausbrennen seines Sterns könnte der Exoplanet KB200414Lb einer ganz ähnlichen Umlaufbahn wie unsere Erde gefolgt sein. „Berücksichtigt man die Orbit-Expansion während der finalen Stadien des Zentralsterns, könnte dieser erdähnliche Planet ursprünglich eine Umlaufbahn von etwa einer astronomischen Einheit gehabt haben“, schreiben die Astronomen um Keming Zhang. Dieser Planet umkreiste seinen Stern demnach im gleichen Abstand wie unsere Erde die Sonne. Und er überstand das Ende seiner Sonne

Damit zeigt der Exoplanet ein mögliches Zukunftsszenario der Erde auf – und weckt Hoffnung auf ihr Überleben. Denn der Planet KB200414Lb und sein Stern demonstrieren, dass die Erde aus dem Wettlauf zwischen der sich aufblähenden Sonne und der Außenverlagerung der Erdbahn als Siegerin hervorgehen könnte.

 

 

Wird es die Erde nach dem Sonnen-Inferno noch geben?

In rund acht Milliarden Jahren könnte demnach auch unser Planet noch existieren und die Rote-Riesen-Phase der Sonne überstanden haben.

„Ob das irdische Leben diese Phase überstehen kann, ist eher fraglich“, sagt Koautorin Jessica Lu von der University of California in Berkeley. „Aber das Wichtigste ist, dass die Erde nicht zwangsläufig von der Sonne verschlungen werden muss, wenn sie zum Roten Riesen wird. Denn auch KB200414Lb hat die Rote-Riesen-Phase seines Sterns überstanden.“