Eine Illustration zeigt die Erde und die Sonne, während ein eindringender Stern die Umlaufbahn unseres Planeten stört.(Bildnachweis: Robert Lea/NASA)
Sterne, die in den kosmischen Hinterhof der Sonne eindringen, könnten in der fernen Vergangenheit die Erdumlaufbahn verschoben und damit große Klimaereignisse in der Geschichte unseres Planeten ausgelöst haben.
Der Gravitationseinfluss dieser eindringenden Sterne hat sich auch auf die Umlaufbahn anderer Planeten im Sonnensystem ausgewirkt und kleinere Abweichungen, so genannte Störungen, verursacht.
Neue Forschungsarbeiten befassen sich mit den Auswirkungen dieser Begegnungen zwischen der Sonne und anderen Sternen auf die Rückwärtsprognosen der Erdumlaufbahn um ihren Stern und die Klimaauswirkungen, die sich aus den Verschiebungen dieser Umlaufbahn und der Ausrichtung unseres Planeten ergeben.
„Störungen – eine geringfügige Abweichung in der Bahn eines Himmelskörpers, die durch die Anziehungskraft eines benachbarten Körpers verursacht wird – von vorbeiziehenden Sternen verändern die langfristige Bahnentwicklung der Planeten der Sonne, einschließlich der Erde“, sagte der Leiter des Forschungsteams Nathan Kaib, ein leitender Wissenschaftler am Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, in einer Erklärung.
„Ein Grund, warum dies wichtig ist, ist, dass die geologischen Aufzeichnungen zeigen, dass Veränderungen in der Exzentrizität der Erdbahn mit Schwankungen im Klima der Erde einhergehen“, fügte Kaib hinzu. „Wenn wir nach den Ursachen für frühere Klimaanomalien suchen wollen, ist es wichtig, eine Vorstellung davon zu haben, wie die Erdumlaufbahn während dieser Episoden aussah.“
Da die Sonne und andere Sterne das Zentrum der Milchstraßengalaxie umkreisen, ziehen sie, kosmisch gesehen, gelegentlich relativ dicht aneinander vorbei.
Man nimmt an, dass sich die Sonne im Durchschnitt etwa alle eine Million Jahre einem anderen Stern bis auf 50.000 AE nähert und etwa alle 20 Millionen Jahre einem Nachbarstern bis auf 20.000 AE. (Eine AE, oder astronomische Einheit, ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne – etwa 93 Millionen Meilen oder 150 Millionen Kilometer).
Im Laufe der 4,6 Milliarden Jahre, die das Sonnensystem existiert, wurde es also von vielen dieser Sternbegegnungen beeinflusst. Die neue Forschung ist die erste, die solche Ereignisse in die „Rückwärtsprognosen“ der Umlaufbahn und des Klimas unseres Planeten einbezieht, die zur Vorhersage der vergangenen Entwicklung der Erde und der anderen Planeten des Sonnensystems verwendet werden.
Illustration der Unsicherheit in Modellen der Erdumlaufbahn vor 56 Millionen Jahren aufgrund eines möglichen Vorbeizugs des sonnenähnlichen Sterns HD7977 vor 2,8 Millionen Jahren (Bildnachweis: N. Kaib/PSI).
Die Exzentrizität der Erdbahn – der Betrag, um den der Kreis, den sie um die Sonne zieht, abgeflacht ist – wird stark von den Bahnen der Riesenplaneten des Sonnensystems, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, beeinflusst.
Sterne, die am Sonnensystem vorbeiziehen, stören die Bahnen dieser Riesenplaneten, was wiederum die Flugbahn der Erde um die Sonne verändert. Das bedeutet, dass die Riesenplaneten als Bindeglieder zwischen den vorbeiziehenden Sternen und der Erdumlaufbahn fungieren.
Wie bei vorausschauenden Wettervorhersagen werden die Unsicherheiten umso größer, je mehr Zeit die rückwärts gerichteten Klimamodelle abzudecken versuchen. Kaib und sein Team fanden heraus, dass bei der Berücksichtigung von Sternbegegnungen die Unsicherheiten auf der Umlaufbahn rasch zunehmen und die Modelle schnell unzuverlässig werden.
Dies hat nach Ansicht der Forscher zwei wesentliche Folgen. Erstens waren die Wissenschaftler zu zuversichtlich, wenn es darum ging, die Erdumlaufbahn und ihre Exzentrizität zu bestimmten Zeitpunkten in der Geschichte unseres Planeten genau vorherzusagen. Zweitens gab es Punkte in der Erdgeschichte, an denen Sternbegegnungen bestimmte Orbitalregime ermöglichten – längere Perioden mit besonders hoher oder niedriger Exzentrizität -, die in den aktuellen Modellen nicht berücksichtigt werden.
Kaib sagte, dass ein Beispiel für eine solche Episode das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum sein könnte, das vor etwa 56 Millionen Jahren auftrat und während dessen die Temperatur der Erde um 9 bis 14 Grad Fahrenheit (5 bis 8 Grad Celsius) anstieg.
„Es wurde bereits vorgeschlagen, dass die Exzentrizität der Erdbahn während dieses Ereignisses besonders hoch war, aber unsere Ergebnisse zeigen, dass vorbeiziehende Sterne detaillierte Vorhersagen über die frühere Entwicklung der Erdbahn zu diesem Zeitpunkt höchst unsicher machen und ein breiteres Spektrum an Bahnverhalten möglich ist als bisher angenommen“, erklärte Kaib.
Kaib und Kollegen konnten auch eine kürzliche stellare Begegnung zwischen der Sonne und einem Stern in der kosmischen Nachbarschaft des Sonnensystems nachweisen. Die Entfernung, in der der Stern HD 7977 die Sonne vor etwa 3 Millionen Jahren passierte, ist mit großer Unsicherheit behaftet, wobei die geschätzten Entfernungen von nur 4.000 bis 31.000 AE reichen. Sollte es sich jedoch um eine nahe Begegnung gehandelt haben, könnte dies die Rückwärtsprognosen für die Erdumlaufbahn noch unzuverlässiger machen.
Diese Begegnung war „möglicherweise stark genug, um die Vorhersagen der Simulationen über die Erdumlaufbahn nach etwa 50 Millionen Jahren zu verändern“, schloss Kaib. „Bei größeren Entfernungen hätte HD 7977 keinen signifikanten Einfluss auf die Entfernung der Erde. Am unteren Ende des Spektrums würde er jedoch wahrscheinlich unsere Vorhersagen über die frühere Erdumlaufbahn verändern.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 14. Februar in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
