Eine Illustration zeigt, wie die Erde vor 2 Millionen Jahren in einen Korridor aus interstellarem Gas und Staub eintrat.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Wissenschaftler glauben, dass die Erde vor etwa zwei Millionen Jahren kurzzeitig den Schutz vor der Sonne verloren hat und den extremen Bedingungen des interstellaren Raums ausgesetzt war, als das Sonnensystem eine dichte Gas- und Staubwolke zwischen den Sternen durchquerte.
Zu dieser Zeit teilten die frühen menschlichen Vorfahren unseren Planeten mit prähistorischen Tieren wie Mastodonten und Säbelzahntigern. Damals befand sich die Erde auch mitten in der Eiszeit, die erst vor etwa 12.000 Jahren endete. Eiszeiten werden durch eine Reihe von Faktoren ausgelöst, darunter die Neigung und Rotation unseres Planeten, der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre, die Verschiebung der Plattentektonik und Vulkanausbrüche an der Erdoberfläche. In Anbetracht des Zeitpunkts, zu dem die Erde nach Ansicht der Wissenschaftler in den interstellaren Raum eingetaucht ist, deuten diese Forschungsergebnisse jedoch darauf hin, dass radikale Veränderungen des Klimas auf unserem Planeten, wie der Beginn und das Ende von Eiszeiten, auch von der Position unseres Sonnensystems in unserer Heimatgalaxie beeinflusst werden könnten.
Das Team, das hinter den neuen Erkenntnissen steht, vermutet, dass das Sonnensystem bei seiner Durchquerung der Milchstraße vor zwei Millionen Jahren auf einen dichten Fleck aus interstellarem Gas und Staub gestoßen sein könnte. Und dieser Fleck könnte dick genug gewesen sein, um einen Strom geladener Teilchen, den so genannten „Sonnenwind“, zu stören, der von der Sonne kommt und auf die Erde trifft, was zu einem Temperatursturz führen könnte.
„Diese Arbeit ist die erste, die quantitativ zeigt, dass es ein Zusammentreffen zwischen der Sonne und etwas außerhalb des Sonnensystems gab, das sich auf das Klima der Erde ausgewirkt haben könnte“, sagte der Hauptautor der Studie, Merav Opher, ein Weltraumphysiker und Experte für die Heliosphäre an der Boston University, in einer Erklärung.
Inhaltsübersicht
Das Sonnensystem, zurück in der Zeit
Unser gesamtes Sonnensystem ist von einer „Riesenblase“ aus schützendem Plasma umgeben, das von der Sonne kommt und als „Heliosphäre“ bezeichnet wird. Dieser Schutzschild entsteht, wenn die Sonnenwinde auf das interstellare Medium drücken, also auf die Materie, die durch die Räume zwischen den Sternen in der Milchstraße driftet. Die Heliosphäre wird durch einen ständigen Strom geladener Teilchen von der Sonne, die an Pluto vorbeiströmen, immer wieder aufgefrischt.
Die Heliosphäre schirmt die Erdoberfläche vor Strahlung und galaktischen Strahlen ab, die möglicherweise die DNA von Lebewesen beeinträchtigen könnten. Diese Abschirmung ist so wichtig, dass viele Wissenschaftler glauben, dass sie für die Entstehung und Entwicklung des Lebens auf der Erde entscheidend war.
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Dieses Team hält es für möglich, dass eine kalte Wolke aus interstellarem Material den Sonnenwind einst so abbremste, dass die Heliosphäre komprimiert wurde. Dadurch könnten die Erde und andere Planeten des Sonnensystems für eine kurze Zeit (in kosmischen Maßstäben) dem Schutz der Heliosphäre entzogen worden sein.
„Sterne bewegen sich, und diese Arbeit zeigt nicht nur, dass sie sich bewegen, sondern auch, dass sie drastischen Veränderungen unterliegen“, fügte Opher hinzu.
Ein Diagramm, das die Heliosphäre zeigt, die das Sonnensystem von den dichten und kalten Bedingungen des interstellaren Mediums abschirmt (Bildnachweis: Southwest Research Institute)
Um festzustellen, welche Auswirkungen ein solcher Beschuss der Heliosphäre mit dichtem interstellarem Staub auf die Erde gehabt hätte, spulte Opher die Uhr mit hochentwickelten Computermodellen zurück. Auf diese Weise konnten sie und ihr Team sich ein Bild davon machen, wo die Sonne vor zwei Millionen Jahren stand und wo sich die Heliosphäre und der Rest des Sonnensystems zu diesem Zeitpunkt befanden.
Sie verfolgten auch den Weg eines Strangs aus dichtem, kaltem Gas, der als „Lokales Band aus kalten Wolken“ bezeichnet wird, durch die Zeit zurück, während er die Milchstraße durchquerte. Dabei stellte sich heraus, dass eine dichte Wolke am Ende des Lokalen Kaltwolkenbandes, die so genannte „Lokale Luchs-Kaltwolke“, mit der Heliosphäre zusammengestoßen sein könnte.
Dadurch wäre die Erde dem interstellaren Medium ausgesetzt gewesen, einschließlich der schweren und radioaktiven Elemente, die es bevölkern und die die Überreste massereicher Sterne sind, die in Supernova-Explosionen sterben. Die Heliosphäre blockiert normalerweise diese Teilchen – ohne diese Abschirmung hätten diese radioaktiven Elemente auf die Erde niederregnen können. Dies könnte den Anstieg der Isotope Eisen 60 und Plutonium 244 erklären, die in antarktischen Schnee- und Eisbohrkernen und auf dem Mond gefunden wurden und einem Zeitraum von vor zwei Millionen Jahren entsprechen. Der Zeitpunkt des Zusammenstoßes der Heliosphäre mit dem lokalen Luchs der kalten Wolke entspricht ebenfalls einer Abkühlungsperiode auf der Erde vor zwei Millionen Jahren.
Opher geht davon aus, dass der Druck der lokalen Luchs-Kaltwolke die Heliosphäre für einen Zeitraum von nur wenigen hundert Jahren oder bis zu einer Million Jahren eingeschränkt haben könnte. Dies hänge davon ab, wie groß die Wolke tatsächlich sei, so Opher. Sie fügte hinzu, dass die Heliosphäre gewachsen wäre, um die Planeten wieder zu umgeben, nachdem der Einfluss dieser dichten Wolke verschwunden war.
Im Moment ist es jedoch schwierig, genau zu bestimmen, welche Auswirkungen diese kalte interstellare Wolke auf die Erde gehabt hätte, einschließlich der Frage, ob sie wirklich eine Eiszeit ausgelöst haben könnte. Das Team wird nun noch weiter in die Vergangenheit zurückgehen, um andere Zeiten zu finden, in denen sich das Sonnensystem mit dichten interstellaren Wolken gekreuzt hat, und um festzustellen, ob diese ebenfalls mit Eiszeiten in Verbindung stehen.
Sie und ihr Team erforschen nun auch die Auswirkung von so viel Wasserstoff und radioaktivem Material, das die Wege der Erdatmosphäre kreuzt.
„Diese Wolke war tatsächlich in unserer Vergangenheit, und wenn wir etwas so Massives durchquert haben, waren wir dem interstellaren Medium ausgesetzt“, sagte Opher. „Das ist nur der Anfang.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (10. Juni) in Nature Astronomy veröffentlicht.
