Sonnengeburt: Milchstraße und Sagittarius kollidieren

Darstellung einer Kollision zwischen der Sagittarius-Zwerggalaxie und der Milchstraße

Eine Zwerggalaxie kracht mit unserer Milchstraße zusammen, rast komplett hindurch und erschafft dabei… unser Sonnensystem. Was völlig verrückt klingt, ist wirklich passiert.

In diesem Moment rast unsere Nachbargalaxie, die Andromeda-Galaxie, mit einer unfassbaren Geschwindigkeit von 113 Kilometern pro Sekunde auf uns zu. Unser Schicksal scheint besiegelt: Die Milchstraße und die Andromeda werden in einigen Milliarden Jahren zu einer gemeinsamen Riesengalaxie verschmelzen. Das ist aber nicht die einzige galaktische Kollision der Milchstraße. Es gibt eine Galaxie, die immer wieder durch die Milchstraße hindurch randaliert, und der wir womöglich unsere Existenz verdanken.

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Sagittarius-Galaxie fliegt durch die Milchstraße

Die Andromeda-Galaxie ist nicht die nächste Galaxie. Es gibt zahlreiche Zwerggalaxien, die gravitativ an unsere Milchstraße gebunden sind. Von dem Begriff Zwerggalaxie solltet Ihr euch nicht täuschen lassen. Denn auch diese kleinen Galaxien enthalten meist mehrere 100 Millionen Sternsysteme – im Gegensatz zu normalen Galaxien, die mehrere 100 Milliarden enthalten. Eine ganz besonders innige Beziehung zur Milchstraße hat die Sagittarius-Zwerggalaxie. Die wurde erst in den 90er Jahren entdeckt und hat einen sehr kuriosen Orbit um unsere Milchstraße. Sie umläuft das Milchstraßenzentrum in einem fast polaren Orbit senkrecht zur galaktischen Scheibe. Sagittarius begnügt sich aber nicht damit, die Milchstraße zu umkreisen. Daten des GAIA-Weltraumteleskops der ESA zeigen, dass sie bereits mehrfach in unsere Galaxis hinein gekracht ist. Sie kam der Milchstraße dabei zu nahe, wurde dann durch die Anziehungskraft eingefangen und rauschte durch sie hindurch. Die GAIA-Wissenschaftler vermuten, dass das vor etwa fünf bis sechs Milliarden Jahren, dann vor rund zwei Milliarden Jahren und schließlich vor einer Milliarde Jahre passierte. 

Der Orbit der Sagittarius-Zwerggalaxie um die Milchstraße herum

So einem Techtelmechteln zwischen der Milchstraße und Sagittarius-Zwerggalaxie verdanken wir vermutlich unsere Existenz. Denn wenn eine Galaxie durch eine andere rast, dann bleibt das natürlich nicht folgenlos. Tomás Ruiz-Lara, Astrophysiker am Instituto de Astrofísica de Canarias auf Teneriffa beschreibt es so: “Die Milchstraße hatte einen ausgeglichenen Zustand erreicht, in dem sich gleichmäßig Sterne bildeten. Plötzlich fällt Sagittarius hinein und stört das Gleichgewicht, wodurch all das zuvor noch unbewegte Gas und der Staub im Inneren der größeren Galaxis wie Wellen auf dem Wasser herumschwappen.” Und wenn Gas, vor allem Wasserstoff, in Galaxien in Wallung gerät, dann entstehen neue Sterne. Sterne sind im Prinzip nur zusammengequetschter Wasserstoff. 

Durch die rasante Tour von Sagittarius durch die Milchstraße kam es zu solch einer neuen Sternentstehung. Unsere Sonne ist das Ergebnis dieses Prozess, sozusagen eine Tochter der Milchstraße und Sagittarius. Warum soll gerade die Sonne dadurch entstanden sein? Das zeigen die Daten des GAIA-Teleskops. In den Gaia-Daten untersuchten die Forscher die Helligkeit, Entfernung und Farbe von Millionen Sternen in unserer galaktischen Nachbarschaft. So konnten die Astronomen das Alter dieser Sterne abschätzen und sie fanden genau drei Episoden, während denen vermehrt Sterne entstanden sein müssen: vor 5,7 Milliarden, 1,9 Milliarden und vor einer Milliarde Jahren.

Frühere Kollisionen zwischen der Milchstraße und der Sagittarius-Zwerggalaxie

Sonnengeburt durch Sagittarius-Effekt

Es sieht so aus, als wäre unsere gesamte galaktische Nachbarschaft, ungefähr in einem Bereich von 6500 Lichtjahren um uns herum, ein Produkt der Sagittarius-Milchstraßen-Kollision. Dr. Carme Gallart, auch aus Teneriffa, sagt: “Wir wissen nicht sicher, ob die Gas- und Staubwolke, aus der die Sonne entstanden ist, aufgrund des Sagittarius-Effekts kollabierte oder nicht. Aber es ist ein mögliches Szenario, da das Alter der Sonne mit der Entstehung eines Sterns infolge des Sagittarius-Effekts übereinstimmt.”

Die Position der Sagittarius-Zwerggalaxie

Und es wird noch spektakulärer: Die GAIA-Forscher haben herausgefunden, dass der Kern der Sagittarius-Zwerggalaxie schon in den nächsten 100 Millionen Jahren erneut mit der Milchstraße kollidiert. Technisch gesehen hat diese Kollision bereits begonnen, denn die Außenbereiche der Galaxien berühren sich bereits. Durch all diese galaktischen Crashs zieht Sagittarius eine Art Schweif aus Sternen und Wasserstoff hinter sich her, den sogenannten Sagittarius-Sternstrom. Dieser galaktische Schweif befindet sich gerade mitten in der Kollision mit unserer Galaxie und wird nach und nach von ihr absorbiert. Man bezeichnet das als Galaxien-Kannibalismus. Genau genommen wird die Sagittarius-Zwerggalaxie von den Gezeitenkräften der Milchstraße zerstört. Aktuell verdaut sie schon den Sagittarius-Sternstrom und irgendwann wird sie sich die komplette Zwerggalaxie einverleiben. 

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Kosmischer Kannibalismus

Voraussichtlich in einer Milliarde Jahr wird die Verschmelzung komplett abgeschlossen sein und die Sagittarius-Zwerggalaxie ist dann integraler Bestandteil unserer Milchstraße. Durch all diese Prozesse wird es natürlich wieder dazu kommen, dass galaktisches Gas in Wallung gerät und neue Sterne entstehen. Vielleicht werden dann neue Sonnensysteme geboren und in einigen Milliarden Jahren wundern sich die außerirdischen Bewohner dort genauso über ihre galaktische Herkunft wie wir. 

Und der Appetit der Milchstraße wird damit nicht gesättigt sein, es existieren noch zahlreiche weitere Zwerggalaxien um uns herum, die diesem kosmischen Kannibalismus zum Opfer fallen werden, wie beispielsweise die Canis-Major-Zwerggalaxie. Wie nah diese Trabanten uns teilweise sind, seht Ihr daran, dass unser Sonnesnystem nur 25.000 Lichtjahre von der Canis-Major-Galaxie entfernt ist. Diese ist damit näher an uns dran als das galaktische Zentrum der Milchstraße mit seinem supermassiven Schwarzen Loch Sagittarius A*.

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Ein wahrer Super-Star: Sensationelle Aufnahmen der Sonne

Solar Orbiter vor der Sonne

Es gibt neue Aufnahmen der Sonne. In einer so hohen Auflösung, die absolut beeindruckend ist. Lest weiter, wenn ihr wissen wollt, was es mit dem Sonnenigel auf sich hat.

Unsere Sonne ist der wichtigste Himmelskörper unseres Sonnensystems. Sie macht über 99 Prozent der Masse des gesamten Sonnensystems aus und sorgt mit ihrer Schwerkraft dafür, dass die Planeten und Himmelskörper eine feste Bahn um sie herum bilden. Und nicht nur das: Sie versorgt uns mit Licht und Energie.

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Es ist aber gar nicht so einfach, die Sonne zu erforschen. Die Hitze des Sterns erschwert es den Forschern, Raumsonden zu bauen, die diesen extremen Bedingungen trotzen können. Die meisten Raumsonden erkunden daher lieber das äußere Sonnensystem – weit weg von der gefährlichen Hitze. Doch die Sonde Solar Orbiter der ESA hat das schwierige Unterfangen auf sich genommen und unseren Heimatstern erkundet. 

Detailliertes Foto vom Südpol der Sonne

Im Februar 2020 ist sie gestartet. Die ersten Bilder wurden nun veröffentlicht, die die Sonde von der Sonne geschossen hat. Und die sind wirklich faszinierend. Unten auf dem Foto sehen wir etwa den Südpol der Sonne in einer Detailvielfalt, die es vorher noch nie gab. Es ist das erste Mal überhaupt, dass, egal, ob aus dem Weltraum oder von der Erde, solch detaillierte Bilder von dieser Region der Sonne aufgenommen wurden. Der Südpol der Sonne ist übrigens besonders interessant. Wissenschaftler vermuten, dass dort das Magnetfeld der Sonne gebildet wird – wie das genau funktioniert, ist aber bislang noch ziemlich rätselhaft. 

Solar Orbiter hat dieses Foto vom Südpol der Sonne geschossen

Polsprung auf der Sonne

Die Sonne durchläuft einen elfjährigen Aktivitätszyklus, in dem die Intensität der Entstehung von Sonnenflecken und Sonneneruptionen ansteigt und wieder abnimmt. Auf dem Höhepunkt dieses Zyklus kehren sich die Magnetpole der Sonne um, der magnetische Norden wird zum Süden und umgekehrt, es kommt also zu einem Polsprung. Durch detaillierte Messungen der Vorgänge in den Polarregionen der Sonne durch den Solar Orbiter hoffen die Sonnenphysiker nun, das Geheimnis dieses seltsamen Verhaltens zu lüften. David Berghmans, Sonnenphysiker am Königlichen Observatorium von Belgien sagt: „Die Bilder sind wirklich atemberaubend. Selbst wenn der Solar Orbiter morgen aufhören würde, Daten zu sammeln, wäre ich noch jahrelang damit beschäftigt, all diese Dinge herauszufinden.“ 

Der Sonnenigel – ein Geysir auf dem Stern

Denn es gibt noch wesentlich mehr spektakuläre Bilder des Solar Orbiters. Unten sehen wir zum Beispiel einen seltsamen Geysir aus heißem und kaltem Gas, der von der Sonnenoberfläche in alle Richtungen ausströmt. So ein Phänomen hatte man vorher noch niemals beobachtet und die Wissenschaftler gaben dem Geysir den schönen Namen Sonnenigel. 

Ein echtes Foto von der Sonne: Der Sonnenigel

Wer sich die Bilder anschaut, muss sich gleichzeitig die riesigen Ausmaße vor Augen führen. Dieser Sonnenigel erstreckt sich über 25.000 Kilometer. Das ist zwar nur ein kleiner Bruchteil des gesamten Sonnendurchmessers von 1,4 Millionen Kilometern, aber dennoch ist dieser Igel aus Gas immer noch doppelt so groß wie die Erde. Irre wie klein wir sind! Durch welche Prozesse dieser Sonnenigel genau entstanden ist, ist noch rätselhaft. Hardi Peter vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung sagt: “Ein derartiges Phänomen haben wir bisher noch nie gesehen. Es ist unklar, was dort genau vor sich geht und wie diese Struktur entsteht” 

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Plasmaströme auf der Sonne

Und jetzt kommt noch eine spektakuläre Aufnahme. Was um alles in der Welt könnte das wohl sein? Wir werden hier wieder Opfer der sogenannten Pareidolie. Das bezeichnet die Tendenz von uns Menschen in unbelebten Objekten bekannte Muster oder Formen zu erkennen. Was hier aussieht wie eine Gestalt in der Sonne, ist in Wahrheit nur eine spezielle Anordnung von Plasmaströmen auf der Sonne.

Foto von der Sonne: Wer sieht hier auch eine Person in der Sonne?

Der Solar Orbiter wurde auf seiner Mission auch Zeuge einer heftigen Sonneneruption. Bei solchen Ereignissen werden Unmengen an Sonnenplasma und energiereichen Partikeln, dem sogenannten Sonnenwind, ins All geschleudert. In dieser vergrößerten Aufnahme sieht man gut, mit welcher gewaltigen Kraft Material aus der Sonne herausgeschleudert wird. Am 13. Oktober wird der Solar Orbiter der Sonne übrigens noch näher kommen, spätestens dann können wir uns also auf neue noch faszinierende Fotos gefasst machen. Er wird sich der Sonne dann bis auf 42 Millionen Kilometer nähern. Irgendwie ist das alles unglaublich, wenn sich mal vor Augen führt, dass wir jeden Tag um dieses gigantische Fusionskraftwerk namens Sonne rotieren. Mit diesen neuen Bildern des Solar Orbiters im Hinterkopf wird der nächste Sonnenuntergang sicherlich noch viel aufregender werden.

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Animation des Sonnensystems: So schnell dreht sich der Jupiter!

Sonnensystem

Mit dieser Animation des Sonnensystems werdet ihr euch winzig fühlen! 

Unser Sonnensystem ist nur eines von mehreren 100 Milliarden Systemen innerhalb unserer Galaxis, der Milchstraße. Und unsere Sonne ist ein absolut durchschnittlicher Stern. Da draußen in den Weiten des Kosmos existieren Sterne, die über 1.000 mal größer als unsere Sonne sind. Und obwohl selbst unser Sonnensystem insgesamt nur ein winziger Teil des Universums ist, sind schon die Maßstäbe innerhalb unseres Systems für uns Menschen absolut unvorstellbar. 

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Niemand zeigt uns unsere eigene Winzigkeit besser als der Planetenforscher James O’Donoghue. Er erschafft regelmäßig beeindruckende Animationen des Sonnensystems. Astro-Tim hat James O’Donoghue dann bei Twitter gefragt, ob er seine Animationen auf dem Blog zeigen darf und er hat innerhalb weniger Minuten zugestimmt.

Faszinierende Animation unseres Sonnensystems

Beeindruckend, oder? Und zudem sehr interessant, auch mal die Drehrichtung der Planeten in so einer Animation in korrekter Weise zu sehen. Denn in dem Video sind nicht nur die Größen maßstabsgetreu, sondern auch die Drehungen und Neigungen der Planeten. Besonders interessant ist der Uranus. In dem Video sehen wir, dass er komplett geneigt ist. Man könnte sagen, er ist umgefallen und dreht sich daher nicht horizontal sondern vertikal. Er rollt permanent voran auf seiner Bahn um die Sonne. Weshalb das so ist, ist nicht gänzlich geklärt. Man vermutet, dass er einen heftigen Crash in der Frühphase des Sonnensystems erlebt hat mit einem nun nicht mehr existierenden Planeten, der wohl doppelt so groß wie die Erde gewesen sein muss.

Wie schnell dreht sich der Jupiter?

Ein weiteres Detail in der Animation ist die Rotationsgeschwindigkeit des Jupiters. Zur Erinnerung: Der Jupiter wiegt doppelt so viel wie alle anderen Planeten des Sonnensystems zusammen. Man würde nicht direkt auf die Idee kommen, dass er so geschwind unterwegs ist. Tatsächlich dauert ein Tag auf dem Jupiter nur neun Stunden und 56 Minuten. Der große, schwere Jupiter dreht sich also wesentlich schneller um sich selbst als unsere Erde. 

Plüsch Saturn

Hol dir Saturn nach Hause!

Um endlich mal den Saturn zu knuddeln, musst du gar nicht weit durch das Sonnensystem reisen. Hol ihn dir einfach als Plüsch-Saturn nach Hause!

Und vielleicht ist euch auch aufgefallen, dass wir bei der Venus fast gar keine Bewegung erkennen können. Bei der Venus ist das mit Tages- und Jahreslänge nämlich richtig bizarr: Ein Venustag dauert länger als ein Venusjahr. Sie braucht länger für eine Umdrehung um sich selbst als für eine Umdrehung um die Sonne. Ein Tag auf der Venus erstreckt sich sage und schreibe über 243 Erdentage. Also wenn ihr auf der Venus einen tollen Bürojob ergattert, dann dauert euer Arbeitstag 243 Mal länger als auf der Erde. Außerdem ist es sehr heiß und es regnet Säure. 

Wollt ihr mehr tolle Video über den Weltraum sehen? Dann fangt doch mal mit folgenden Video von Astro-Tim an:

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Wie ist das möglich: Voyager-Sonden kommen zurück?

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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Internet-Apokalypse durch Sonnensturm nur Frage der Zeit

Ein heftiger Sonnensturm, der die gesamte moderne Technik zerstören könnte, ist relativ wahrscheinlich. Das besagt zumindest eine neue Studie.

Unsere Sonne ist ein gigantisches stellares Kraftwerk, das uns beständig mit Licht und Energie versorgt. Doch ihre Aktivität unterliegt Zyklen. Und je nachdem wo sie gerade in ihrem Zyklus steht, unterscheidet sich das Ausmaß von beispielsweise Sonnenflecken oder Protuberanzen, also heftigen Materieausbrüchen auf der Sonnenoberfläche. Schon länger haben Astronomen herausgefunden, dass dieser Aktivitätszyklus der Sonne wohl so ungefähr elf Jahre umfasst. Man spricht daher auch vom elfjährigen Sonnenzyklus. Der letzte Sonnenzyklus war eher ruhig, was für Astronomen und Hobby-Himmelsbeobachter einigermaßen unerfreulich ist. Denn das bedeutet, dass bei der Sonnenbeobachtung, die übrigens nur mit speziell dafür geeigneten Teleskopen und Filtern erfolgen sollte, nicht viel zu sehen ist. Keine Sonnenflecken, keine Protuberanzen, keine Flares. Nun hat wohl seit Dezember 2019 der neue Zyklus begonnen, wie vom sogenannten Solar Cycle Prediction Panel der NASA festgelegt wurde. Der neue Zyklus wird Sonnenzyklus 25 genannt, da er seit Beginn der verlässlichen Sonnenbeobachtung eben der 25. ist.

Die Aktivität der Sonne nimmt seit langer Zeit ab

Und was können wir uns nun vom neuen Zyklus erwarten? Spektakuläre Aktivitäten auf unserer Sonne? Nicht ganz. Tatsächlich nimmt die Aktivität der Sonne seit Dezember 2019 wieder zu, so dass man grundsätzlich schon optimistisch sein kann, dass der neue Zyklus uns etwas mehr Aktivität bescheren wird als der alte. Aber Fachleute glauben, dass die Sonne es auch im Zyklus 25 eher gemächlich angehen lassen wird. Robert Cameron vom Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung sagt dazu: 

“Die aktuelle Phase geringer Sonnenaktivität im Vergleich zu den starken Zyklen, die während des Großteils des vergangenen halben Jahrhunderts vorherrschten, setzt sich in den nächsten elf Jahren offenbar fort.”

– Robert Cameron

Tatsächlich ist bereits seit den 1980er-Jahren bei der Stärke der Sonnenzyklen ein deutlicher Abwärtstrend zu erkennen. Warum das so ist, ist noch weitgehend rätselhaft. Zwar weiß man, wie gesagt, dass die Sonnenaktivität in diesen mehrjährigen Zyklen verläuft, aber warum genau und ob es noch einen übergeordneten, längeren Zyklus gibt, das ist alles noch relativ unbekannt.

Für Hobby-Astronomen ist das zwar schade, aber wir dürfen nicht vergessen, dass eine sehr aktive Sonne auch Gefahren für die Erde birgt. Denn bei heftigen Ausbrüchen, sogenannten koronalen Massenauswürfen, kann so viel energiereiche Strahlung in Richtung Erde gefeuert werden, dass hohe Schäden angerichtet werden können. Christoph Schuh vom österreichischen Netzbetreiber APG beschreibt die möglichen Folgen eines sehr starken Sonnensturms so: 

Flugfunkverbindungen, starken Spannungsschwankungen im Stromnetz bis dahin, dass Trafos in Umspannwerken deutlich heißer werden können, als üblich, was im Extremfall sogar zu einem Trafobrand führen kann.”

– Christoph Schuh

Ein überdurchschnittlich starker Sonnensturm könnte also durchaus unsere moderne Gesellschaft für einige Zeit lahmlegen. Im schlimmsten Fall können dadurch auch technische Systeme wie etwa Satelliten ausfallen oder Astronauten zu Schaden kommen. 

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Heißt ein ruhiger Sonnenzyklus denn nun, dass gar keine Gefahr eines solch gefährlichen Sonnensturm besteht? Leider nicht. Eine neue Studie der Universität Kalifornien kommt zu dem Schluss, dass die Wahrscheinlichkeit für einen Sonnensturm, der das globale Internet zerstören würde, bei 1,6% bis 12% pro Jahrzehnt liegt. Das ist natürlich eine große Wahrscheinlichkeitsspanne, aber selbst wenn man den niedrigen Wert von 1,6 % ansetzt, liegt es durchaus im realistischen Bereich, dass es alle paar Jahrzehnte mal zu so einem Ereignis kommen könnte. Und bei einem derart zerstörerischen Ereignis wie einem solchen Sonnensturm sind 1,6 % pro Jahrzehnt sogar schon ziemlich erschreckend. Und wenn man mit der zwölfprozentigen Wahrscheinlichkeit pro Jahrzehnt rechnet, dann wären wir statistisch gesehen sehr bald dran. 

Ein heftiger Sonnensturm führt nicht nur zu schönen Polarlichtern

Die Studie beschäftigt sich vor allem mit der Wirkung eines solchen koronalen Massenauswurfs auf die Unterseekabel, durch die die Welt via Internet verbunden ist. Im Jahre 2014 wurden 95 % des Internetverkehrs zwischen Weltregionen durch Unterseekabel übertragen. Mittlerweile geht der Trend ein bisschen mehr in Richtung Satelliteninternet, aber die Unterseekabel sind immer noch mit Abstand das Fundament der interkontinentalen Internetverbindung. Durch die Analyse der Internet-Infrastruktur der Erde kommt die Studie zu dem Schluss, dass ein großer Koronaler Massenauswurf einen kompletten globalen Internetausfall verursachen könnte, der auch noch lange nach dem Ende des Sturms anhält. Das heißt nicht, dass innerhalb kleinerer Regionen das Internet nicht noch funktionieren würde – denn Glasfaser-Internet ist von Sonnenstürmen nicht wirklich betroffen. Aber die globale Kommunikation via Internet würde zusammenbrechen. Die Autorin der Studie, Sangeetha Abdu Jyothi, sagt dazu: 

„Was mich wirklich zum Nachdenken gebracht hat, ist, dass wir bei der Pandemie gesehen haben, wie unvorbereitet die Welt war. Es gab kein Protokoll, um effektiv damit umzugehen, und das Gleiche gilt für die Widerstandsfähigkeit des Internets. Unsere Infrastruktur ist auf ein großflächiges Sonnenereignis nicht vorbereitet. Wir haben nur ein sehr begrenztes Verständnis für das Ausmaß des Schadens.“ 

– Sangeetha Abdu Jyothi

Untersee-Internetkabel sind aus mehreren Gründen potenziell anfällig für Schäden durch Sonnenstürme. Um die Daten nämlich unversehrt über die Ozeane zu leiten, sind die Kabel in Abständen von etwa 50 bis 150 Kilometern mit Repeatern ausgestattet. Diese Geräte verstärken das Signal und sorgen dafür, dass auf dem Weg nichts verloren geht. Die elektronischen Bauteile der Repeater können – im Gegensatz zu den eben erwähnten Glasfaserkabeln – durch einen Sonnensturm beschädigt werden, und wenn genügend Repeater ausfallen, wird ein ganzes Unterseekabel funktionsunfähig. Hinzu kommt, dass Unterseekabel nur in größeren Abständen von Hunderten oder Tausenden von Kilometern geerdet werden, so dass anfällige Komponenten wie Repeater den geomagnetisch induzierten Strömungen stärker ausgesetzt sind.

Das Internet läuft größtenteils über Unterseekabel

Auch die Beschaffenheit des Meeresbodens ist unterschiedlich, so dass einige Erdungspunkte möglicherweise effektiver sind als andere. Die Studie geht auch davon aus, dass Koronale Massenauswürfe größere Auswirkungen in höheren Breitengraden, näher an den magnetischen Polen der Erde, haben, da der energiereiche Sonnenwind vom Magnetfeld der Erde zu diesen Magnetpolen geleitet wird. Deshalb sind wohl einige Kontinente gefährdeter als andere. Asien zum Beispiel könnte glimpflich davon kommen, weil Singapur als Knotenpunkt für viele Seekabel in der Region dient und nah am Äquator liegt. Viele Kabel in dieser Region sind auch kürzer, weil sie von diesem Knotenpunkt aus in viele Richtungen abzweigen und nicht als ein einziges durchgehendes Kabel verlegt sind. Kabel hingegen, die den Atlantik und den Pazifik in hohen Breitengraden überqueren, wären also selbst bei mäßigen Sonnenstürmen einem größeren Risiko ausgesetzt.

Noch mehr Informationen zur möglichen solaren Internet-Apokalypse erhaltet Ihr in diesem Video:

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Toter Klon der Sonne entdeckt

Wissenschaftlern ist nun der Blick in unsere eigene tödliche Zukunft gelungen, in dem sie eine Art Zwilling der Sonne entdeckt haben. 

Wie wird unser Sonnensystem sterben? Vermutlich in 4 bis 5 Milliarden Jahren. Und was dann passiert, gilt mittlerweile als relativ sicher: Unsere Sonne wird sich zu einem Roten Riesenstern aufblähen und dabei so groß werden, dass sie wohl mindestens den Merkur und die Venus verschluckt und die Erde komplett verbrennen wird. Wenn dieser Wachstumsprozess abgeschlossen ist, wird die Sonne in sich zusammenfallen. Sie implodiert zu einem Weißen Zwerg und wird dann nur noch so groß wie unsere Erde sein. Als Weißer Zwerg besteht sie aus verdichtetem Kohlenstoff – in anderen Worten: Die Sonne wird dann ein erdgroßer, heißer Diamant sein. 

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In einigen Milliarden Jahren wird unsere Sonne als Weißer Zwerg enden

Doch die Frage drängt sich auf: Woher will man das so exakt wissen? Wie kann man beispielsweise mit Sicherheit sagen, wie groß die Sonne als Roter Riese genau wird, welche Planeten sie verschlingen wird und welche Planeten genügend Sicherheitsabstand haben? Die Antwort: Kann man noch nicht wirklich. Wie das Ende unserer Sonne genau ablaufen wird, beruht im Prinzip nur auf Spekulationen.. Dabei wäre es ja nicht ganz unwichtig, etwas mehr Details über den Tod der Sonne zu kennen. Wie lange wird die Temperatur auf der Erde beispielsweise noch angenehm bleiben, sobald die Sonne ihren Wachstumsprozess gestartet hat? Wie lange wird es dann noch ein Zeitfenster geben, in dem man auf dem Mars Leben kann? Antworten auf Fragen wie diese könnten über das Überleben unserer Nachfahren in der fernen Zukunft entscheiden.

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Wie können wir also mehr über den Tod der Sonne herausfinden? Am besten indem wir Sternsysteme in unserer Galaxis beobachten, die ganz ähnlich aufgebaut sind wie unseres, nur schon weiter fortgeschritten sind. Die besten Erkenntnisse über das Schicksal von Planeten in so einer Situation können wir also gewinnen, wenn wir uns Exoplaneten suchen, die um einen Weißen Zwerg kreisen. Das klingt allerdings einfacher als es ist, denn Weiße Zwerge scheinen wegen ihrer sehr geringen Größe von der Erde aus sehr leuchtschwach und Exoplaneten um sie herum sind äußerst schwierig zu entdecken. Exoplaneten entdeckt man üblicherweise mit der sogenannten Transitmethode, die wie folgt funktioniert: Astronomen beobachten einen fremden Stern und zeichnen seine Helligkeit auf. Plötzlich nimmt die Helligkeit für einen gewissen Zeitraum ab und dann kehrt sie wieder auf das Ursprungsniveau zurück. Wie ist das zu erklären? Es ist scheinbar ein Exoplanet vor dem Stern vorbei gewandert, der einen Teil des Lichts abgeblockt hat, wodurch die Helligkeit abnahm. Die meisten der bislang entdeckten 4.500 Exoplaneten hat man mit dieser Transitmethode entdeckt, doch bei Weißen-Zwerg-Systemen funktioniert das nicht sonderlich gut, da sich bei so kleinen und leuchtschwachen Sternen der Transit selbst mit den besten Weltraumteleskopen nicht beobachten lässt. Für die Wissenschaft liegt das Schicksal von Exoplaneten, die den Tod ihres Sterns überdauert haben und nun um einen Weißen Zwerg kreisen, also im wahrsten Sinne des Wortes im Dunkeln – genau wie die weiteren Erkenntnisse über unsere eigene Zukunft und unser kosmisches Schicksal.

Bei der Transitmethode misst man die Helligkeitsschwankungen entfernter Sterne

Nun ist es Forschern mit viel Mühe doch gelungen, in 6.500 Lichtjahre Entfernung einen Exoplaneten um einen Weißen Zwerg zu entdecken – und zwar einen großen Gasplaneten. Es handelt sich also um einen Exo-Jupiter, der sich um einen bereits zum Weißen Zwerg verstorbenen Zwilling unserer Sonne dreht. Mit anderen Worten: Ein Blick in die Zukunft unseres Sonnensystems. Entdeckt haben Astronomen dieses System mit dem Keck-Observatorium auf dem Mauna Kea Vulkan auf Hawaii und gelungen ist ihnen dies mit der sogenannten Microlensing-Methode, die anders funktioniert als die Transitmethode. Es wird dabei untersucht, wie sich das Licht aufgrund der Schwerkraft biegt, wenn ein Stern von der Erde aus gesehen kurzzeitig vor einem dahinter liegenden Stern steht. Die Schwerkraft des Vordergrundsterns vergrößert das Licht des dahinter liegenden Sterns. Alle Planeten, die den Stern im Vordergrund umkreisen, verbiegen und verzerren dieses vergrößerte Licht, wodurch Astronomen sie aufspüren können.

Darstellung des Exo-Jupiters im Weiße-Zwerg-System

Die Forscher glauben, dass der neu entdeckte Exo-Jupiter die Ereignisse in dem Sternsystem nur knapp überlebt hat: Wäre er anfangs näher an seinem Mutterstern gewesen, wäre er von der Expansion des Sterns verschlungen worden. Seine ursprüngliche Entfernung zu seinem Stern schätzen die Forscher tatsächlich so ähnlich ein wie die Entfernung des Jupiters zu unserer Sonne. Man ging bislang schon davon aus, dass der Jupiter und seine Monde überleben werden, wenn unsere Sonne stirbt, aber sicher wissen konnte man es nicht. Mit den Erkenntnissen über den Exo-Jupiter kann man aber nun mit größerer Sicherheit davon ausgehen, dass der Jupiter es tatsächlich schaffen wird. Während die Erde also in der apokalyptischen Hitze der Sonne sterben wird, wird der Jupiter weiter existieren. Für die Menschheit sind das tatsächlich gute Neuigkeiten, denn es könnte bedeuten, dass potentielle Siedlungen auf den Eismonden des Jupiters verschont bleiben. Doch spätestens wenn die Sonne dann zum Weißen Zwerg kollabiert, ist sie von ihrer Ausdehnung her zu klein um die Jupitermonde noch mit genügend Licht und Wärme zu versorgen. 

Noch mehr Informationen zu dem toten Klon der Sonne erhaltet Ihr in diesem Video:

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Ganz andere Form als gedacht: Das Sonnensystem ist ein Croissant!

Die Form unseres Sonnensystems ist ganz anders als gedacht. Es ist ein… Croissant!

Dieser Artikel ist ein Beitrag für den Beitrag für den Fast Forward Science 2021/22 Wettbewerb – http://fastforwardscience.de – #FFSci #OpenBoxSpezial

Die Sonne schießt jede Menge energiereiche Partikel ins All, den sogenannten Sonnenwind. In der Milchstraße wiederum, also in unserer Galaxis, befindet sich zwischen den einzelnen Sternsystem überall das sogenannte interstellare Medium, also galaktischer Staub, Gase und auch sehr gefährliche Strahlung. Sonnenwind und interstellares Medium versuchen sich gegenseitig zu verdrängen und es gelingt dem Sonnenwind eine Art sicheren Bereich um uns herum zu schaffen, in dem das interstellare Medium verdrängt wird und wir vor gefährlicher kosmischer Strahlung einigermaßen sicher sind. Diesen Bereich bezeichnet man als Heliosphäre.

Heliosphere - Wikipedia
Eine Darstellung der Heliosphäre

Nun würde man annehmen, dass die Heliosphäre sich kugelförmig um unser Sonnensystem herum ausbreitet. Dieser Annahme wollte ein Team von Wissenschaftlern auf den Grund gehen und hat dafür unter anderem die Daten der Voyager Sonden ausgewertet. Denn diese beiden Raumsonden haben bisher als einzige von Menschen gemachte Objekte die Heliosphäre durchquert. Im Jahre 1977 starteten die beiden Sonden und erreichten schließlich viele Jahrzehnte später die Heliosphäre. Seit dem Jahre 2018 befinden sie sich hinter der Heliosphäre und durchfliegen nun das interstellare Medium – und eine Modellierung der Heliosphäre auf Basis der Voyager-Daten hat die Croissant-Form ergeben. Nur wie ist das zu erklären? Was formt die Heliosphäre zu einem Hörnchen? Die Antwort: Jets! Der Sonnenwind wird in besonders heftigem Maße in den sogenannten heliosphärischen Jets ausgestoßen. Dabei handelt es sich um Zwillingsstrahlen, die von den Sonnenpolen, also Sonnennordpol und Sonnensüdpol, ausgehen. Diese Jets schießen jedoch nicht in einer graden Linie heraus, sondern krümmen sich angetrieben von der Bewegung unseres Sonnensystems – diese Krümmung lässt sie sich dann verformen wie die Spitzen eines Croissants. Sozusagen ein Doppelschweif unseres Sonnensystems.

Wir leben schließlich in einer kolossalen Blase in Croissantform
Die Heliosphäre als Croissant

Jetzt natürlich die große Frage: Warum ist das überhaupt wichtig? Warum sollte es uns interessieren, dass wir in einem kosmischen Croissant leben? Weil das Wissen über die Form und Beschaffenheit der Heliosphäre uns mehr darüber verrät, wie und vor allem wo die kosmische Strahlung am ehesten eindringen könnte. Der an der Forschungsarbeit beteiligte Astrophysiker James Drake formuliert es so:

“Die von der Sonne erzeugte Blase, die uns umgibt, bietet Schutz vor der galaktischen kosmischen Strahlung. Natürlich kann die Art und Weise, wie die galaktische kosmische Strahlung eindringen kann, von der Struktur der Heliosphäre beeinflusst werden.”

– James Drake

Aber – und das darf man nicht vergessen – diese Form muss nicht konstant sein. Denn unser Sonnensystem rast mit einer Geschwindigkeit von 230 Kilometern pro Sekunde durch die Milchstraße. Diese Bewegung und auch die Aktivität der Sonne selbst beeinflussen die Form der Heliosphäre. Die Forscher fanden aber noch einen weiteren Faktor, der die Heliosphäre instabil macht und zwar neutrale Wasserstoffatome, also Wasserstoffatome ohne Ladung. Die strömen überall durch die Galaxis und die Wissenschaftler haben in ihrer modellierten Simulation einfach mal ein wenig rumgespielt und den neutralen Wasserstoff als externen Faktor, der mit der Heliosphäre wechselwirkt, ausgeschaltet. Und dann passierte etwas Komisches: Als die Forscher die neutralen Atome aus ihrem Modell herausnahmen, wurden die heliosphärischen Jets plötzlich stabil. Die Heliosphäre verformte sich nicht mehr. Die Astrophysikerin Merav Opher von der Boston University sagt dazu:

“Wenn ich die neutralen Atome wieder einsetze, fangen die Dinge an, sich zu verbiegen, die Mittelachse beginnt zu wackeln, und das bedeutet, dass etwas in den heliosphärischen Jets sehr instabil wird. Unser Modell versucht nicht, das Chaos auszublenden, was es mir ermöglicht hat, die Ursache für die Instabilität der Heliosphäre genau zu bestimmen: Die neutralen Wasserstoffteilchen.”

– Merav Opher

Heißt: die neutralen Wasserstoffatome aus den anderen Bereichen der Galaxis interagieren mit den ionisierten Partikeln des Sonnenwinds in der Heliosphäre und bringen sie ganz durcheinander. Man nennt das Rayleigh-Taylor-Instabilität. Das bezeichnet eine Instabilität, die an der Grenzfläche zwischen zwei Substanzen unterschiedlicher Dichte auftritt, wenn die leichtere Substanz in die schwerere drückt.

File:Adding Milk to Coffee.jpg - Wikimedia Commons
Rayleigh-Taylor-Instabilität in einem Milchkaffee

Dies wiederum führt zu großräumigen Turbulenzen. Das klingt sehr kompliziert, ist aber ein bekanntes Alltagsphänomen: Wenn beispielsweise Milch in Kaffee gegossen wird. Die beiden Substanzen, Milch und Kaffee, haben unterschiedliche Dichten und es kommt in der Tasse zu heftigen Turbulenzen. Was am Rand unserer Heliosphäre geschieht, kann man sich also ein wenig wie das Chaos in einem Milchkaffee vorstellen.

Noch mehr über die Croissant-Form unseres Sonnensystems erfahrt Ihr in diesem Video:

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