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Polsprung: Verändern sich die Pole?

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Polsprung

Kommt bald der Polsprung? Das Magnetfeld der Erde spielt verrückt – wir schauen uns in diesem Beitrag an, ob die magnetischen Pole bald kippen und wie groß die Gefahr für uns  ist.

Es mangelte in den letzten zwei Jahren nicht an globalen Krisen und jetzt soll auch noch der Polsprung bevorstehen? Hiervon liest man derzeit zumindest wieder viel und um das zu verstehen, müssen wir uns erst mal eine Sache genau anschauen: Das Erdmagnetfeld. 

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Ein Polsprung würde nicht bedeuten, dass die komplette Erde kippt. Es geht um die magnetischen Pole. Das Erdmagnetfeld wird zum Großteil von Effekten im Erdkern hervorgerufen, man bezeichnet das als Geodynamo. Der äußere Erdkern ist flüssig und stark eisenhaltig und er umschließt den inneren festen Kern, der fast komplett aus reinem Eisen entsteht. Durch die Bewegung dieser elektrisch leitenden Flüssigkeiten entsteht ein Magnetfeld, das sich in Magnetfeldlinien darstellen lässt. Und diese Magnetfeldlinien treffen sich an zwei Punkten, die nahe dem geographischen Nord- und Südpol liegen. Diese Punkte bezeichnet man als magnetische Pole, aber sie sind nicht identisch mit dem geographischen Nord- und Südpol. Das können sie auch nicht sein, weil das Erdmagnetfeld aufgrund der Prozesse im Erdkern in Bewegung ist, sind diese magnetischen Pole nicht statisch, sondern sie wandern. 

Wanderung des magnetischen Nordpols
Wanderung des magnetischen Nordpols

Magnetfeld beschützt die Erde

Ein weiterer Einfluss ist auch noch wichtig, um das Erdmagnetfeld zu verstehen und das ist unsere Sonne. Dieser riesige stellare Kernfusionsreaktor versorgt uns nicht nur mit Energie und Licht, sondern schießt auch permanent einen Strom geladener Teilchen in den Weltraum, den sogenannten Sonnenwind. Unglaublicherweise stößt die Sonne – und jetzt haltet euch fest – eine Million Tonnen Sonnenwindpartikel pro Sekunde aus. Wenn dieser Sonnenwind die Erde erreicht, wird er vom Erdmagnetfeld aufgefangen und wandert auf den Magnetfeldlinien in Richtung der magnetischen Pole. Wenn er dort ankommt, reagiert er mit den Molekülen der Erdatmosphäre und bringt sie zum leuchten. Diesen Effekt kennen sicherlich viele von euch, das sind Polarlichter. 

Daran sehen wir auch, dass das Erdmagnetfeld extrem wichtig für uns ist, denn die Magnetosphäre unseres schönen Planeten schirmt die Erdoberfläche von den geladenen Partikeln des Sonnenwinds ab. Ohne Magnetfeld wären wir dieser energiereichen Strahlung völlig ausgesetzt und das würde unsere moderne Zivilisation komplett lahmlegen.

Erdmagnetfeld und Sonnenwind
Der Sonnenwind trifft auf das Erdmagnetfeld

Polsprung möglich – Gefahr für uns?

Wir wissen jetzt, dass das Magnetfeld nicht statisch ist, und es kann im Extremfall sogar dazu kommen, dass es sich komplett umkehrt, also die magnetischen Pole ihre Position tauschen. Das ist dann ein Polsprung. Wie zerstörerisch solche Ereignisse sind, darüber herrscht keine Einigkeit, aber klar ist, dass es massive Auswirkungen hat, denn bei einem Polsprung wandern die magnetischen Pole über den Planeten bis sie ihre neue finale Position erreicht haben. 

Wenn wir uns vorstellen, dass ein magnetischer Pol direkt über Deutschland wäre, dann wäre das erst mal schön, weil wir wunderschöne Polarlichter über dem Kölner Dom und dem Brandenburger Tor sehen würden. Aber dann könnte es geschehen, dass der Sonnenwind die komplette Stromversorgung zerlegen würde und niemand kann mehr Fortnite spielen oder Dschungelcamp schauen.

Polsprung tritt alle 200.000 Jahre auf

Und jetzt wirds ein wenig beunruhigend: Wissenschaftler gehen davon aus, dass ein solches Polsprungereignis im Schnitt alle 200.000 Jahre auftritt. Der letzte wirklich gesicherte Polsprung war aber vor 780.000 Jahren. Tatsächlich mehren sich die Anzeichen dafür, dass ein neuer Polsprung bevorsteht. Es gibt drei sehr kuriose Verhaltensweisen des Erdmagnetfelds, die sich niemand erklären kann: Einmal ist die Geschwindigkeit der Wanderung des magnetischen Pols auf der Nordhalbkugel kurios. Seit den 90er Jahren wandert er dreimal schneller als im Schnitt davor. Und da fragt man sich: Warum hat der es so eilig? 

Außerdem hat sich auf der Südhalbkugel eine magnetische Anomalie aufgetan. Über dem Südatlantik wächst eine Region mit einem ungewöhnlich schwachen Magnetfeld. Genannt wird dieses Gebiet vor der Küste Brasiliens „Südatlantische Anomalie“. Bereits Alexander von Humboldt konnte dies im 19. Jahrhundert messen, aber seitdem wird die Anomalie immer stärker. Und da dort das Magnetfeld und seine schützende Wirkung schwächer wird, steigt auch die Strahlenbelastung. Auch hier rätseln die Forscher noch darüber, warum diese Anomalie entstanden ist und vor allem weshalb sie immer stärker wird. 

Strahlenbelastung durch die Südatlantische Anomalie
Steht ein Polsprung bevor? Strahlenbelastung durch die Südatlantische Anomalie

Und schließlich gibt es noch einen dritten Faktor, der auf einen Polsprung hindeuten könne und das ist der gravierendste: In den vergangenen 180 Jahren hat die Stärke des gesamten irdischen Magnetfelds um etwa zehn Prozent abgenommen – zehn Prozent, das ist wirklich eine deutliche Abnahme und da wir ja jetzt wissen, dass die Magnetosphäre uns beschützt, kann einem da schon mal Angst und Bange werden. 

Veränderungen des Erdmagnetfelds gut im Blick

Weil Sonnenstürme ohne Magnetfeld direkt auf uns treffen würden. Das würde nicht nur das Erdklima massiv verändern, sondern wie bereits erwähnt die Technik auf der Erde ziemlich frittieren. Es gibt aber auch ein bisschen Entwarnung. In einer neuen Studie haben schwedische Forscher Informationen über vergangene Polumkehrungen gesammelt. Sie haben versteinerte Lava und sogar jahrtausende alte Tontöpfe analysiert und konnten so mithilfe empfindlicher Instrumente die Richtung und Stärke des Magnetfelds an bestimmten Orten und zu bestimmten Zeiten rekonstruieren. Der beteiligte Geologe Andreas Nilsson sagt: “Wir haben die Veränderungen des Erdmagnetfeldes in den letzten 9000 Jahren kartiert. Anomalien wie die im Südatlantik sind wahrscheinlich wiederkehrende Phänomene, die mit entsprechenden Schwankungen der Stärke des Erdmagnetfeldes zusammenhängen.“ 

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Ein interessanter Punk der Studie ist auch, dass es nicht immer zu einem kompletten Polsprung kommt, sondern nur zu heftigen Bewegungen der magnetischen Pole, die dann wieder in der Ausgangsposition enden. Ein solcher gescheiterter Polsprung geschah vor 42.000 Jahren und könnte auf die damals lebenden steinzeitlichen Menschen starke Auswirkungen gehabt haben. Die schwedischen Forscher haben durch ihre Erkenntnisse auch neue Modelle der Prozesse im Erdkern erstellen können und kommen insgesamt zu einem beruhigenden Fazit: “Aufgrund der Ähnlichkeiten mit den nachgebildeten Anomalien sagen wir voraus, dass die südatlantische Anomalie wahrscheinlich innerhalb der nächsten 300 Jahre verschwinden wird und dass die Erde nicht auf einen Polsprung zusteuert.” 

Das klingt erst mal gut, aber nicht wirklich überzeugend. Zwar kann jetzt die südatlantische Anomalie als Indiz für einen Polsprung ausgeschlossen werden, aber wir haben ja festgestellt, dass es noch weitere Kuriositäten gibt wie die Bewegung des magnetischen Pols und die allgemeine Abschwächung des Magnetfelds. Diese Phänomene bleiben weiterhin einigermaßen rätselhaft und ein Fakt kann schlicht nicht von der Hand gewiesen werden: Irgendwann wird es definitiv zu einem Polsprung kommen. Der Redakteur und Chemiker Lars Fischer schrieb im Spektrum der Wissenschaft: “Andere Untersuchungen hatten ebenfalls ergeben, dass das Erdmagnetfeld sehr variabel ist und sein derzeitiges Verhalten wohl kein Indiz für anstehende dramatische Veränderungen ist.” 

Wir können mit einiger Sicherheit sagen, dass zu unseren Lebzeiten kein Polsprung anstehen wird. Frei nach dem Motto “nach mir die Sintflut” ist das ja schon mal schön. Doch unsere Nachfahren werden sich damit beschäftigen müssen und daher ergibt es Sinn, jetzt schon daran zu forschen, wie man diese Effekte auffangen kann. Wir bräuchten technische Mittel, um menschliche Ballungszentren und vor allem empfindliche technische Geräte vor dem Einfluss des Sonnenwindes abzuschirmen. Im Optimalfall haben wir bis dahin sogar Technologien erfunden, mit denen wir die Ozonschicht davor bewahren könnten, durch die heftige Strahlung durchlöchert zu werden. Und schließlich müsste man durch eine Art Geoengineering die klimatischen Effekte abfedern können, die durch die Bewegung der magnetischen Pole entstehen würden. Also wirklich keine leichte technische Aufgabe, aber immens wichtig, wenn wir nicht in der Zukunft durch einen Polsprung auf dem falschen Fuß erwischt werden wollen. 

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Die Silur-Hypothese: Waren vor uns Menschen da?

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Ein Alien vor der Weltkugel

Eine mächtige Zivilisation fremdartiger Lebewesen beherrschte die Erde – und zwar Millionen Jahre vor unserer Zeit. Das besagt zumindest die Silur-Hypothese.

Bestimmt gibt es unter euch einige Dr. Who-Fans, oder? Falls das der Fall ist, kennt Ihr sicherlich die Silurianer, die bei Dr. Who eine Spezies von Reptiloiden sind, die lange Zeit vor der Menschheit als intelligente Spezies die Erde bewohnten. Nach dieser Dr.-Who-Spezies ist die Silur-Hypothese oder silurianische Hypothese benannt, also die Idee, dass es vielleicht auch in der Realität vor der Menschheit bereits andere Zivilisationen auf der Erde gegeben haben könnte. 

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Die ganze Überlegung hat nichts mit der Verschwörungstheorie zu tun. Forscher haben sich rein wissenschaftlich mit der Idee einer vorangegangen Zivilisation beschäftigt. Im Journal of Astrobiology ist eine Arbeit erschienen, in der der Astrophysik-Professor Adam Frank und NASA-Forscher Gavin Schmidt ausgearbeitet haben, ob wir eine vorangegangene Spezies überhaupt entdecken könnten. 

Gab es frühere intelligente Spezies auf unserem Planeten?

Aber wie wahrscheinlich ist es, dass dieses Szenario überhaupt eintrifft? An sich erscheint es nicht unwahrscheinlich, dass sich auf einem Planeten im Laufe der Zeit mehrere intelligente Spezies entwickeln. Unsere Erde ist vier bis fünf Milliarden Jahre alt. So weit wir wissen, existiert das Leben auch schon sehr lange. Man konnte nachweisen, dass schon vor knapp 3,7 Milliarden Jahren die ersten Mikroben entstanden sind. 3,7 Milliarden Jahre existiert das Leben also schon. 

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Die Menschheit gibt es in ihrer modernen Form erst seit ungefähr 200.000 Jahren. Und unsere jetzige Zivilisation noch viel kürzer. Unser modernes Leben ist nur ein Wimpernschlag im Laufe der Erdgeschichte. Da muss man nicht allzu viel Fantasie haben, um es zumindest für möglich zu halten, dass die Menschen nicht die erste Spezies auf dem Planeten Erde waren, die ein Bewusstsein entwickelten und eine Zivilisation errichteten. 

Können wir die Silur-Hypothese beweisen?

Daher es ist sehr interessant, dass sich Forscher genauer damit beschäftigt haben, wie wir die Silur-Hypothese denn beweisen könnten. Gäbe es irgendwelche Rückstände einer solchen Zivilisation, die wir aufspüren können? Je nachdem wie lange eine solche Spezies vor der Menschheit gelebt hat, könnten wir nicht einfach ihre Gebäude ausbuddeln wie etwa Archäologen das tun. Wir können auch nicht einfach Fossilien knapp unter der Erdoberfläche finden, sondern müssten schon nach sehr tiefen geologischen Abdrücken suchen. 

Fossil auf der Erde
Geologische Spurensuche: Fossilien könnten weiterhelfen

In der Forschungsarbeit heißt es: “Wenn es um direkte Beweise für eine industrielle Zivilisation geht, reichen die geologischen Aufzeichnungen nicht weiter zurück als vor 2,6 Millionen Jahren. Wenn man viel weiter zurückgeht, ist alles umgestürzt und zu Staub zermahlen.” Wir werden also wohl nicht versehentlich auf verlassene unterirdische Reptiloidenstädte stoßen. Denn wenn es so etwas gäbe, wäre es eben schon längst zu Staubkörnern zermahlen worden. 

Was hinterlassen wir in Zukunft?

Aber vielleicht gibt es ja andere Rückstände, die noch erhalten wären. Um das herauszufinden, hilft es, sich vorzustellen, welche Rückstände von uns Menschen Alien-Wissenschaftler in der fernen Zukunft, in Millionen von Jahren, noch finden würden. Was würde unsere Zivilisation für Rückstände hinterlassen, die die Zeit überdauern würden? Tatsächlich hinterlassen wir kollektiv sehr viele Spuren, die sogar noch da wären, sobald all unsere Gebäude längst verfallen wären. 

Der Einsatz von Düngemitteln zum Beispiel bedeutet, dass wir die Stickstoffströme des Planeten in die Nahrungsmittelproduktion umleiten. Künftige Forscher könnten dies an den Merkmalen des Stickstoffs in den Sedimenten der Erde aus unserer Zeit ablesen. Das Gleiche gilt für Seltene Erden, die in unseren Smartphones und Autos stecken. Unseretwegen wandern jetzt viel mehr dieser Atome auf der Planetenoberfläche statt in der Erde herum, wie es sonst der Fall gewesen wäre. Auch das lässt sich später in den Sedimenten nachweisen. Das gleiche gilt für Mikroplastik-Ablagerungen – unsere Zivilisation hinterlässt definitiv Spuren in den Sedimenten, die zwar einem ungeschulten Auge niemals auffallen würden, aber futuristische Alien-Geologen würden es definitiv feststellen. 

Plastik am Meer
Plastik: Wir hinterlassen Spuren auf der Erde

Silur-Hypothese: geologische Spurensuche

Das bedeutet, dass wir nach genau solchen geologischen Signaturen suchen müssten um vielleicht eine Zivilisation zu finden, die schon gelebt hat. Wenn es andere alte fortgeschrittene Spezies zu finden gäbe, könnten wir diese durch die Erforschung von Element- und Zusammensetzungsanomalien in den Sedimentaufzeichnungen entdecken. Wie einfach das wäre, hinge natürlich auch davon ab, wie lange eine solche Zivilisation existierte. Eine Spezies, die über hunderttausende oder sogar Millionen Jahre den Planeten dominierte, hätte sich viel deutlicher im Sediment verewigt, als eine Spezies, die nur ganz kurz existierte und sich dann in einem Atomkrieg selbst ausgelöscht hätte. Wobei der Atomkrieg vermutlich auch durch die Messung radioaktiven Verfalls im Sediment auffindbar wäre.

Gibt es solche Hinweise in der Erdgeschichte? In Betracht käme etwa ein heftiger Temperaturanstieg, den man auf einen Zeitpunkt vor circa 56 Millionen Jahren datieren kann. Damals durchlief die Erde das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum, ein wirklich gutes Wort für Scrabble. Während dieses Thermalmaximuns kletterte die Durchschnittstemperatur auf der Erde um bis zu 15 Grad über das heutige Niveau. Es war eine Welt komplett ohne Eis, denn die Sommertemperaturen waren so hoch, dass selbst Nord- und Südpol komplett geschmolzen sind. 

ein blauer Planet
Thermalmaximum: ein extremer Temperaturanstieg vor mehr als 50 Millionen Jahren

Es gibt Hinweise darauf, dass dieses Thermalmaximum durch eine massive Freisetzung von vergrabenem fossilem Kohlenstoff in die Luft ausgelöst worden sein könnte, aber der ganze Prozess erstreckte sich über hunderttausende Jahre, das klingt verdächtig nach einem natürlichen Prozess und nicht nach einem Indiz für eine silurische Zivilisation. Man könnte auch sagen: Die Isotopenspitzen, die wir in den geologischen Aufzeichnungen sehen, sind nicht spitz genug, um die silurische Hypothese zu erfüllen. 

Fremde intelligente Zivilisation bleibt unwahrscheinlich

Dass es tatsächlich mal andere intelligente Zivilisationen gab, die den Planeten Erde beherrschten, scheint eher unwahrscheinlich. Aber sich mit der Silur-Hypothese zu beschäftigen, ist trotzdem interessant. Denn es hilft uns auch beim besseren Verständnis der Evolution auf anderen Planeten. Adam Frank sagt dazu: “Indem wir nach Zivilisationen fragen, die in der Tiefe der Zeit verloren gegangen sind, stellen wir auch die Frage nach der Möglichkeit universeller Regeln, die die Entwicklung aller Biosphären in ihrem gesamten kreativen Potenzial steuern, einschließlich der Entstehung von Zivilisationen.”

Dieser Beitrag handelt von: kosmischen Falten. Ja, richtig gelesen. Um zu schauen, was es damit auf sich hat, müssen wir erst mal in die äußeren Bereiche des Sonnensystems reisen, weit hinter den Zwergplaneten Pluto. Der ist sehr weit von uns entfernt, 7,5 Milliarden Kilometer. 

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Die Erde dreht sich plötzlich schneller

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Bild von der Erde im Weltall

Jetzt wird’s rasant: Unsere Erde dreht sich plötzlich schneller – und die Wissenschaftler sind ratlos. Was das für uns bedeutet und weshalb unser Planet plötzlich den Turbo einlegt, erfahrt Ihr in diesem Beitrag. 

Unsere Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst. So lernt es jedes Kind. Aber ist das so? Vor Kurzem ist etwas sehr Seltsames passiert. Am 29. Juni drehte sich die Erde um 1,59 Millisekunden weniger als 24 Stunden um sich selbst. 1,59 Millisekunden – nicht viel, aber absoluter Rekord. 

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Seit Beginn der Messungen der Rotationsgeschwindigkeit unseres Planeten mit Atomuhren war der 29. Juni der kürzeste Tag überhaupt. Damit hat die Erde ihren eigenen Geschwindigkeitsrekord gebrochen, den sie erst 2020 aufgestellt hatte. Sehr mysteriös, denn eigentlich ging man davon aus, dass unsere Erde sich im Laufe der Zeit immer langsamer bewegt. Man nahm an, dass diese allmähliche Verlangsamung unseres Planeten vor allem auf den Mond zurückzuführen ist, dessen Umlaufbahn und Schwerkraft um die Erde eine Gezeitenreibung erzeugt, die die Rotation sowohl der Erde als auch des Mondes allmählich verlangsamt. Diese nun plötzliche Beschleunigung stellt die Wissenschaftler vor ein großes Rätsel. Warum wird die Erde schneller, obwohl sie langsamer werden müsste? 

Die Erde und die Zeit

Schnellere Drehung: Die Pole sind schuld

Eventuell könnten die Pole verantwortlich sein. Genau genommen der geographische Nord- und Südpol, also nicht die magnetischen Pole. Die geografischen Pole sind fix an Ort und Stelle, die Erdachse bildet eine Linie durch sie hindurch, also eine Achse, um die der Planet rotiert. Aber sie rotiert nicht perfekt. Wie ein Spielzeugkreisel wackelt sie, wenn sie sich dreht. Man bezeichnet dies als das Chandler-Wackeln, benannt nach dem amerikanischen Astronomen Seth Carlo Chandler. Am Nordpol kommt es durch das Wackeln zu einer Verschiebung von rund sechs Metern. Es handelt sich um einen periodischen Effekt, das heißt, dass es 433 Tage dauert, bis ein Wackeln vollständig abgeschlossen ist. Das Chandler-Wackeln ist also ein winziger Effekt, der in unserem Alltag keine große Rolle spielt.

Das Chandler-Wackeln: Die Erde wackelt wie ein Kreisel

Für Astronomen hingegen ist es wichtig, diesen Effekt zu kennen, da man ansonsten beispielsweise Teleskope längerfristig nicht perfekt auf einen Punkt am Himmel ausrichten kann. Der Wissenschaftler Leonid Zotov beschäftigt sich schon lange mit dem Phänomen und beschreibt es so: “Das Chandler-Wackeln ist eine Komponente der momentanen Drehachsenbewegung der Erde, der sogenannten polaren Bewegung, die die Position des Punktes auf der Erdkugel verändert, an dem die Achse die Erdoberfläche schneidet.”

Was erzeugt das Chandler-Wackeln?

Die Ursache für das Chandler-Wackeln ist nach wie vor nicht ganz klar. Mittlerweile sind sich die meisten Wissenschaftler einig, dass es durch ein Zusammenspiel von vielen Effekten entsteht, die auf unseren Planeten wirken. Schwankungen des Drucks auf dem Meeresboden sowie des atmosphärischen Drucks, die Bewegung der gewaltigen Wassermassen der Weltmeere sowie der Einfluss der Gravitation des Mondes und selbst Erdbeben werden als Erklärungen für möglich gehalten. Es spricht viel dafür, dass all diese Prozesse zusammen das Chandler-Wackeln erzeugen. Und das ist ein gutes Zeichen, denn es zeigt, dass unsere Erde vital und in Bewegung ist. Leonid Zotov sagt: “Die Pole bewegen sich, weil die Erde kein toter Planet ist. Die polare Bewegung wird durch geophysikalische Prozesse im Erdsystem verursacht, insbesondere durch Strömungen im Ozean, Winde in der Atmosphäre und interne Prozesse im Inneren der Erde. Aber niemand hat erwartet, dass die Erde sich beschleunigen würde.”

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Es noch viele Unklarheiten, aber als einigermaßen sicher kann man wohl Folgendes zusammenfassend festhalten: Überraschenderweise beschleunigt sich die Rotation der Erde und das kann wohl am Chandler-Wackeln liegen, einem Effekt der veränderten Bewegung der Pole. 

Keine Schaltsekunde mehr

Das Ganze könnte tatsächlich gravierende Auswirkungen auf die Art und Weise haben, wie wir die Zeit messen. Denn die Rotationsgeschwindigkeit der Erde um sich selbst ist ein wesentlicher Faktor für die Zeitbemessung. Seit 1962 werden Unregelmäßigkeiten in der Rotationsgeschwindigkeit der Erde genau gemessen und zwar mit Atomuhren. Was regelmäßig vorkam war, dass die Erde etwas länger als 24 Stunden für eine Rotation benötigte und daher müssen manchmal Schaltsekunden hinzugefügt werden, um die langsamere Drehung auszugleichen. Zuständig für sowas ist der Internationale Dienst für Erdrotation und Referenzsysteme, kurz IERS. 

Arbeiten an einer Atomuhr

Seit 1972 wurden 28 Mal Schaltsekunden hinzugefügt. Und es wurde schon bestätigt, dass es für Ende diesen Jahres keine Schaltsekunde geben wird, was ja auch nicht wirklich überraschend ist, da die Erde sich ja beschleunigt. Es könnte nun zum ersten Mal überhaupt dazu kommen, dass der Trend in die andere Richtung geht und dass wir eine negative Schaltsekunde brauchen. Das gab es noch nie und wird nun vom IERS geprüft. Schon in den nächsten Tagen soll es dazu eine Pressemitteilung geben und es kann gut sein, dass wir die ersten Menschen sein werden, die im Zeitalter der negativen Schaltsekunde leben. Wie wahrscheinlich ist es, dass es so kommt? Leonid Zotov sagt: “Ich hoffe, dass die Erdbeschleunigung aufhört und wir keine negative Schaltsekunde einführen müssen, aber wer weiß? Die Vorhersage von Schwankungen der Erdrotation ist fast so schwierig wie die Vorhersage von Aktienkursen.”

Wenn es so kommt, dass die Uhren, die auf den Atomuhren basieren, eine Sekunde überspringen müssen, dann ist das keine Kleinigkeit. Viele von euch, die beruflich mit IT-Systemen zu tun haben, können sich sicherlich vorstellen, was das für erhebliche Komplikationen in vielen technischen Abläufen hervorrufen könnte. Die ganze Sache erinnert ein wenig an die Weltuntergangstheorien, die 1999 vor Beginn des neuen Jahrtausends in die Welt gesetzt wurden, dass die gesamte Technik des Planeten durch den Sprung auf die Jahreszahl 2000 abstürzen würde. Das ist offensichtlich nicht geschehen und auch die negative Schaltsekunde würde nicht zum Weltuntergang führen, aber eben doch eine Herausforderung für die IT-Systeme der Welt darstellen.

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Wie ist das möglich: Voyager-Sonden kommen zurück?

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Die Voyager-Sonden erkunden die äußersten Bereiche des Sonnensystems und sind die von Menschen gebauten Objekte, die bisher am tiefsten in den Kosmos vorgedrungen sind. Doch nun nähern sie sich wieder der Erde an – was ist denn da los?

Es gibt wohl kaum Sonden, die ein größerer Erfolg waren, als die Voyager-Sonden. Diese beiden Schwestersonden wurden Ende der 70er Jahre in den Weltraum befördert. Sie sind immer noch in Betrieb und lassen sich sogar noch anfunken. Viele der bis heute besten Bilder der Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun verdanken wir Voyager 1 und Voyager 2. Und nun lüften sie für uns sogar Geheimnisse über den noch weitgehend unbekannten Teil des Sonnensystems weit hinter dem Pluto. 

Der Saturn, fotografiert von Voyager 2

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Haben die Voyager-Sonden das Sonnensystem verlassen?

So haben die Voyager-Sonden vor einiger Zeit die sogenannte Heliosphäre durchquert, eine Art Schutzschild, den unsere Sonne im interstellaren Raum erschafft. Vielfach wurde daraufhin in den Medien geschrieben, dass die Voyager-Sonden nun das Sonnensystem verlassen hätten – das ist nicht zutreffend. Das Ende des Sonnensystems befindet sich in der sogenannten Oortschen Wolke. Das ist der Bereich, in dem die Schwerkraft der Sonne gerade noch stark genug ist, um Objekte in ihren Bann zu ziehen. Dahinter nimmt die Schwerkraft anderer Sterne außerhalb des Sonnensystems Überhand. So umgeben in der Oortschen Wolke unzählige Objekte wie Kometen, Staubpartikel und Asteroiden unser Sonnensystem wie so eine Art kosmische Schale. Wenn die Voyager-Sonden diese Grenze überqueren, kann man davon sprechen, dass sie das Sonnensystem verlassen haben – das wird allerdings noch ein wenig dauern. In ungefähr 30.000 Jahren werden die Voyager-Sonden die Oortsche Wolke durchquert haben.

Darstellung der Oortschen Wolke

Wenn die Voyager-Sonden dann in ferner Zukunft ein fremdes Sternsystem erreichen werden, haben sie eine Botschaft von uns Menschen dabei: Die sogenannten Golden Records. Auf ihr sind Bild- und Audio-Informationen über die Menschheit gespeichert. Sorgsam wurden damals einige Songs ausgesucht, die verschiedene Kulturkreise repräsentieren sollen. Von afrikanischer Trommelmusik, über bulgarische Volkslieder bis zu fetzigen Songs von Chuck Berry ist alles dabei. 

Hatte schon Besuch von Voyager: Der Saturn

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Nähern sich die Voyager-Sonden DER auf die Erde an?

Momentan befinden sich die Voyager-Sonden noch innerhalb des Sonnensystems und haben noch nicht mal den inneren Rand der Oortschen Wolke erreicht. Aber was hat es denn nun damit auf sich, dass die Voyager-Sonden sich der Erde nähern? Wie ist das möglich, wenn sie doch schon seit über 40 Jahren durch den Kosmos rasen? Das Näherkommen der Voyagers ist mit der Bewegung unserer Erde innerhalb des Sonnensystems zu erklären. Zwar bewegen sich die beiden Sonden permanent in Richtung äußeres Sonnensystem – aber während das geschieht, bewegt die Erde sich natürlich auch. Und die Erde bewegt sich in ihrer Umlaufbahn für einige Monate im Jahr schneller auf die Raumsonden zu, als diese sich entfernen. 

Die Bewegung der Erde um die Sonne ist schneller als die Bewegung der Voyager-Raumsonden. Die Erde bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 30 Kilometer pro Sekunde durchs All. Voyager 1 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 17 Kilometer pro Sekunde durchs All, Voyager 2 mit 15 Kilometer pro Sekunde – beide also wesentlich langsamer als die Erde. Durch diese Differenz in der Geschwindigkeit gibt es eine Zeit im Jahre, also einen Zeitraum der Erdbewegung um die Sonne, in der wir den Sonden wieder näher kommen. Die Voyagers bewegen sich natürlich weiterhin in Richtung Ende des Sonnensystems, es sind wir, die ihnen näher kommen. 

So weit ist Voyager 2 von der Erde entfernt

Schauen wir uns das Ganze mal konkret anhand der Entfernung von Voyager 2 an. Seit dem 22. Februar kommen wir ihr wieder näher. An diesem Tag betrug die Entfernung zwischen Erde und Voyager 2 130,05 astronomische Einheiten. Eine astronomische Einheit ist der mittlere Abstand zwischen der Erde und der Sonne – man verwendet diese Einheit oft um große Entfernungsmaßstäbe innerhalb des Sonnensystems zu beschreiben. Für diejenigen von euch, die es ganz genau wissen wollen: Eine astronomische Einheit beträgt 149.597.870.700 Meter. 

Entfernung von Voyager 2

Am 4. Juni wird der Zeitraum enden, innerhalb dessen wir Voyager 2 näher kommen. Dann wird die Entfernung nur noch schlappe 129,7 astronomische Einheiten betragen. Allein durch die Position der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne machen wir in diesem Zeitraum also knapp eine astronomische Einheit gut! Aber die Annäherung ist natürlich nur von kurzer Dauer. Ab Juni wird die Entfernung wieder zunehmen und auch wenn sie sich nächstes Jahr abermals für kurze Zeit verringern wird, wird sie netto natürlich immer größer und größer. Wir müssen den Voyager-Sonden also endgültig Au Revoir sagen.

Ihr wollt mehr über die Voyager-Sonden erfahren? Dann schaut euch das neue Video von Astro-Tim an:

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Mond-Rätsel gelöst: Warum die Seiten des Trabanten so anders aussehen

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Kollisionen, riesige Krater und Seen aus flüssiger Lava – all das gab es auf unserem Mond, wie Wissenschaftler nun in einer spektakulären Entdeckung herausgefunden haben.

Wir schreiben das Jahr 1959. Eine Raumsonde der Sowjets ist auf einer absolut historischen Mission, vermutlich eine der historischsten der gesamten Menschheitsgeschichte. Lunik 3 soll das erste Mal die Rückseite, also die erdabgewandte Seite des Mondes erkunden. Der Mond rotiert um die Erde mit einer sogenannten gebundenen Rotation. Das bedeutet, wir sehen immer nur dieselbe Seite. 

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Was ist auf der anderen Seite des Mondes?

Seit Anbeginn der Menschheit haben unsere Vorfahren hoch zum Mond gesehen und sich gefragt: Was ist eigentlich auf der anderen Seite? Dieses Menschheitsrätsel sollte nun Lunik 3 lösen. Und tatsächlich: Lunik schickte das untenstehende Foto zurück. Das erste Mal, das die Menschheit die andere Seite des Mondes zu Gesicht bekam. Was für ein unglaublicher Meilenstein.

Lunik 3: Foto von der Rückseite des Mondes

Seit den Anfängen der Monderforschung steht die Wissenschaft vor einem großen Rätsel: Die erdabgewandte Seite des Mondes besitzt mehr Krater als die erdzugewandte Seite, die eher von riesigen gleichmäßigen Tiefebenen durchzogen ist, den sogenannten Mond-Maren. Auf der Darstellung unten seht Ihr die Unterschiede zwischen den beiden Seiten. 

Deutlich sichtbarer Unterschied zwischen den beiden Mondseiten

Weshalb es so große Unterschiede zwischen Vorder- und Rückseite gibt, war lange Zeit ungeklärt. Denn mit der frühen Entstehungsgeschichte des Mondes an sich ist es nicht zu erklären. Nach allgemein anerkannter Theorie entstand der Mond vor knapp viereinhalb Milliarden Jahren, als ein anderer Planet namens Theia die noch junge Erde gerammt hat. In diesem kolossalen Planeten-Crash ist ein riesiges Stück der Erde abgebrochen, Theia wurde komplett zerstört und aus den Überresten von Theia und den Stücken der Erde formte sich der Mond. Da er sich aus einer heißen Masse von planetarem Material formte, ist nicht wirklich ersichtlich, weshalb die beiden Seiten sich unterscheiden sollten. Vielmehr müssten sie relativ gleichmäßig aussehen. Irgendwas scheint also nach der Entstehung des Mondes noch passiert zu sein. 

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Einschlag ist Schuld für die unterschiedlich aussehenden Mondseiten

Der Planetenforscher Matt Jones von der Brown University ist dem Rätsel nun auf die Schliche gekommen und hat herausgefunden, was unserem Mond wahrscheinlich zugestoßen ist. Die Antwort ist, wie fast immer im Weltraum, eine Kollision. Scheinbar erlitt der Mond einige Zeit nach seiner Entstehung einen heftigen Einschlag. Das führte dazu, dass die erdzugewandte Seite sich in einen riesigen Lavaozean verwandelte. Die Unterschiede, die dadurch entstanden, sind mehr als nur oberflächlich, denn sie spiegeln sich auch in den geologischen Zusammensetzungen der beiden Seiten des Mondes wider. Der Einschlagsort ist das Südpol-Aitken-Becken, ein gigantischer Krater am Südpol des Mondes mit mehr als 1000 Kilometer Durchmesser. Und wenn Ihr euch diese Darstellung des Südpol-Aitken-Becken mal anschaut, stellt Ihr fest, dass es nicht genau am Südpol liegt sondern leicht in Richtung einer der Seiten des Mondes verschoben ist. 

Bild des Südpol-Aitken-Beckens auf dem Mond

Simulationen haben gezeigt, dass das der Einschlag, das sogenannte Südpol-Aitken-Becken-Ereignis, kurz SAB-Ereignis, das sich vor etwa 4,3 Milliarden Jahren ereignete, genau zur richtigen Zeit und am richtigen Ort stattfand, um Veränderungen auf nur einer Seite des Mondmantels auszulösen. Die durch den Einschlag erzeugte enorme Hitze hat den oberen Mantel auf der erdzugewandten Seite so stark erwärmt, dass es nach Ansicht des Forscherteams auf dieser Seite zu einer Konzentration von Kalium, Seltenen Erden, Phosphor und wärmeerzeugenden Elementen wie Thorium gekommen wäre. Und genau diese Elementmischung, die die Forscher in ihrer Simulation ausgerechnet haben, hat man auch in Bodenproben der erdzugewandten Seite des Mondes entdeckt, vor allem im sogenannten Procellarum KREEP Terrane, einer großen Anomalie auf der Mondoberfläche, die bekannt ist für ihren hohen Anteil an den eben genannten Elementen. 

Auf der Darstellung unten seht Ihr den Thorium-Gehalt der Mondoberfläche, wobei das Procellarum KREEP Terrane deutlich hervorsticht, und wir auf der erdabgewandten Seite des Mondes (rechts) kaum Thoriumvorkommen sehen. Das Szenario passt also perfekt: Durch das SAB-Ereignis wurde die erdzugewandte Seite des Mondes in eine gigantische heiße Lava-Hölle verwandelt, die wärmeproduzierenden Elemente wurden dort konzentriert und als die Oberfläche wieder fest wurde, verwandelte sie sich in die uns heute bekannten Mare, also in glatte ebene Strukturen.

Darstellung des Thorium-Gehalts auf dem Mond

Da es auf der erdabgewandten Seite keinen Lava-Ozean gab, hat der Mond dort kein solches Facelifting erhalten und die wärmebildenden Elemente fehlen fast komplett. Matt Jones beschreibt es so: “Wir zeigen, dass unter allen plausiblen Bedingungen, die zur Zeit der Entstehung vom Südpol-Aitken-Becken herrschten, diese wärmeproduzierenden Elemente auf der Nahseite konzentriert wurden. Wir gehen davon aus, dass dies zur Mantelschmelze beigetragen hat, die zu den Lavaströmen geführt hat, die wir an der Oberfläche sehen.”

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Unglaubliche Entdeckung: Im Erdkern liegen Tonnen von Helium

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Forscher haben einen spektakulären Fund im Erdkern gemacht. Dort verbirgt sich etwas, das wohl schon seit der Entstehung der Erde dort schlummert: Helium-3.

Helium-3 kennt man aus vielen Science-Fiction-Filmen als begehrte Ressource auf dem Mond. Jetzt haben Forscher eine gigantische Menge davon im Inneren unserer Erde gefunden. Rund zwei Milliarden Tonnen des primordialen Isotops Helium-3 sind im Metall unseres Erdkerns gebunden. Und das ist wirklich eine erstaunliche Entdeckung, denn, obwohl Helium das zweithäufigste Element im Kosmos ist, kommt es auf der Erde relativ selten vor. 

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Woher kommt Helium?

Helium wird in Sternen wie unserer Sonne ausgebrütet – dort wird bei der sogenannten Kernfusion Wasserstoff zu Helium fusioniert. Aber auf der Erde ist Helium rar und der Grund dafür ist offensichtlich: Helium ist extrem flüchtig. Wenn es freigesetzt wird, steigt es nach oben und wird auch von der Erdschwerkraft nicht festgehalten. Ihr kennt das alle von Helium-Luftballons. In unterirdischen Hohlräumen können sich irdische Heliumvorräte aber halten. Dass im Inneren der Erde aber derart viel Helium-3 gelagert ist, das hätte wohl niemand gedacht. Es war zwar bekannt, dass es dort eine gewisse Menge an Helium gibt. Denn immerhin dringt aus vielen Vulkanen jede Menge Helium nach außen – aber mit zwei Milliarden Tonnen hat niemand gerechnet. 

Der Knaller auf jeder Party: Helium-Ballons

Helium-3: Schon immer dabei

Da stellt sich die Frage, wie diese Menge an Helium da hin kommt? Die Atome des Isotops Helium-3 entstanden schon kurz nach dem Urknall. Solche Isotope bezeichnet man auch als primordial. Sie waren von Anfang an dabei. Das bedeutet, dass das Helium-3 nicht durch Prozesse im Erdinneren entstanden ist, sondern dass die Erde es bei ihrer Entstehung eingesammelt haben muss. Vor etwa fünf Milliarden Jahren ist die Erde in einer gigantischen protoplanetaren Scheibe entstanden, eine riesige Ansammlung von Gas, Steinchen und Staub um die noch junge Sonne. In dieser protoplanetaren Scheibe hat sie dann auch riesige Mengen an Helium-3 eingesammelt, die seitdem in ihrem Inneren schlummern. So weit, so unmysteriös. 

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Aber jetzt wirds knifflig: Die Erde hat in der Vergangenheit einen kleinen Unfall erlitten. Sie stieß mit einem Planeten namens Theia zusammen, der etwa die Größe des Mars besaß. Bei dieser Kollision ist ein großes Stück der Erde abgebrochen, aus dem sich schließlich der Mond geformt hat. Hätte sich bei diesem planetaren Crash, der schon viele Milliarden Jahre in der Vergangenheit liegt, nicht das gesamte innerhalb der Erde gespeicherte Helium nicht verflüchtigen müssen? Immerhin hatte die Erde nach dem Zusammenstoß ein riesiges Loch. 

Die Kollision der Erde mit Theia

Wie konnte also das riesige Helium-3-Reservoir im Erdkern den Zusammenstoß mit Theia überstehen? Die Antwort fanden nun Forscher der University of New Mexico in Albuquerque, die mithilfe von Laborexperimenten und geophysikalischen Modellen herausgefunden haben, dass der Helium-3-Vorrat sich sehr tief im Kern der Erde befinden muss, so tief, dass es vor der Kollision mit Theia geschützt war. Und der Grund für diese Tiefenlage ist in den Verhältnissen der damals noch sehr jungen Erde zu suchen. 

Das Helium der Ur-Erde

Damals war es auf unserem Planeten unangenehm heiß. Die Erde war bedeckt von riesigen Lava-Ozeanen, von Leben weit und breit keine Spur. Vermutlich hatte unser Planet damals Ähnlichkeit mit dem Lavaplaneten Mustafar aus Star Wars Episode 3, auch wenn es natürlich auf der Erde keine spektakulären Lichtschwert-Duelle gibt. Damals sah nicht nur die Oberfläche der Erde anders aus als heute, sondern auch ihre Atmosphäre – die war wesentlich heliumhaltiger. Und andauernd vermischte sich Helium aus der dichten Uratmosphäre der jungen Erde mit den Lavaozeanen, also in das geschmolzene Gestein. Als der Lavaozean abkühlte, blieb eine Menge Helium im nun festen Gestein gebunden. 

Aber ein Teil des Heliums sank wohl noch tiefer hinab. Die Forscher der University of New Mexico beschreiben es so: „Experimente zeigen, dass nur ein kleiner Anteil des in der Silikatschmelze gelösten Heliums in die eisenreichen Flüssigkeiten überging, während diese durch den Magmaozean in die Tiefe sanken. Aber dieses Wenige war genug, um substanzielle Mengen an Helium-3 in den Proto-Erdkern zu transportieren.“ Das bedeutet: Ein kleiner Anteil des Helium-3 verblieb nicht im Gestein, sondern sank mit schwereren Elementen wie Eisen tiefer in den Erdkern hinab. Und während der Großteil des im Gestein gebundenen Heliums durch den Crash mit Theia in den Weltraum geschleudert wurde, überdauert der Teil des Heliums, der in den Erdkern gesunken ist, dort bis heute. 

Die verschiedenen Schichten der Erde: Vom Mantel bis zum Kern

Aber die genauen Prozesse zwischen Erdkern und Erdmantel sind immer noch relativ mysteriös. Findet zum Beispiel ein Austausch des Heliums zwischen Kern und Mantel statt? Die Forscher denken, dass das neben Faktoren wie der Temperatur und der Beschaffenheit der Kern-Mantel-Grenze vor allem vom Konzentrationsgefälle zwischen beiden Erdschichten abhängt. Zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel findet also ein stetiger Helium-Austausch statt und das Helium, das irgendwann von Vulkanen emittiert wird, stammt vermutlich ursprünglich aus dem Kern.

Es ist doch wirklich faszinierend, sich vorzustellen, dass in unserer Erde noch direkte Rückstände der Zeit kurz nach dem Urknall zu finden sind. Und so sieht es auch das Forscherteam, das schreibt: “Es ist ein Wunder der Natur und ein Schlüssel zur Geschichte der Erde, dass noch immer signifikante Mengen dieses primordialen Isotops im Erdinneren vorhanden sind”.

Ihr wollt mehr über das Helium in unserer Erde erfahren? Dann schaut euch das neue Video von Astro-Tim an:

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