Wie speziell ist die Erde?

 

Man hört immer wieder, dass unsere Erde ein ganz besonderer Planet sei, dessen Existenz extrem unwahrscheinlich ist. Daraus wird dann gefolgert, dass Gott bei der Entstehung der Erde seine Hand im Spiel hatte, weil er einen lebensfreundlichen Planeten schaffen wollte. Doch wie speziell ist die Erde wirklich? Und was wissen wir über die Prozesse, durch die Planeten gebildet werden? Der US-amerikanische Astrophysiker Sean Raymond, der führend in der Forschung zur Planetenentstehung ist, erklärt auf seiner Webseite in einer auch für Nicht-Experten verständlichen Sprache den Wissensstand. Dieses Wissen beruht erstens auf der Untersuchung unseres Sonnensystems, insbesondere auch der Meteoriten, zum anderen auf der Beobachtung anderer Sternen und der sie umkreisenden Planeten, und drittens auf Computersimulationen von Planetenentstehung.

Die Geschichte unseres Sonnensystems begann vor etwa 4,6 Milliarden Jahren in einer riesigen Gas- und Staubwolke, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand, aber auch schwerere Elemente enthielt, die frühere Sternengenerationen erzeugt hatten. Aus dieser Wolke bildete sich nicht nur unsere Sonne, sondern gleichzeitig viele weitere Sterne. Solche Sternentstehungsgebiete beobachten Astronomen auch heute noch in anderen Teilen der Milchstraße, etwa im Orionnebel, wo dichte Gaswolken sich unter dem Einfluss ihrer Schwerkraft zusammenziehen und ganze Sternhaufen hervorbringen. Die jungen Sterne blieben zunächst gravitativ locker aneinander gebunden, trennten sich aber im Lauf von mehreren Millionen Jahren.

Um die junge Sonne bildete sich eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub. Winzige Staubkörner kollidierten miteinander und blieben zunächst durch elektrostatische Kräfte aneinander haften. Daraus entstanden Kiesel, dann kilometergroße Planetesimale und schließlich mond- bis marsgroße „planetare Embryonen“. Die Temperaturverteilung in der Scheibe bestimmte, welche Arten von Planeten in welcher Entfernung von der Sonne entstehen konnten. Im heißen inneren Bereich des jungen Sonnensystems konnten vor allem Gesteinsmaterialien und Metalle wie Eisen und Nickel bestehen. Die frühen Objekte dort bestanden daher meist aus Mischungen von beidem. Deshalb bildeten sich im inneren Sonnensystem die kleinen Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars. Weiter außen konnten zusätzlich Wasser, Methan und andere flüchtige Stoffe gefrieren. Dort standen also viel größere Materialmengen zur Verfügung, weshalb die Kerne der Gasriesen Jupiter und Saturn schnell wachsen konnten. Sobald diese Kerne einige Erdmassen erreicht hatten, begannen sie enorme Mengen Gas aus der Umgebung einzusammeln. Uranus und Neptun entstanden ebenfalls in den äußeren Regionen, blieben aber kleiner und gasärmer.

Solange die Gasscheibe noch existierte, wechselwirkten die jungen Planeten gravitativ mit dem Gas. Dabei entstanden Dichtewellen und Drehmomente in der Scheibe, die die Planeten langsam nach innen oder außen wandern ließen. Die berühmte „Grand Tack“-Hypothese nimmt an, dass Jupiter dabei große Entfernungen abdeckte und zunächst bis in die Region des heutigen Mars nach innen wanderte. Saturn folgte und holte Jupiter allmählich ein. Sobald beide Planeten einander nahe genug kamen, konnten sie sich in einer Bahnresonanz einfangen, bei der zwei Umläufe des Saturn so lange dauerten wie drei Umläufe des Jupiter. Ab diesem Zeitpunkt veränderte sich ihre gemeinsame Wechselwirkung mit der Gasscheibe: Statt dass die beiden Planeten weiter nach innen gezogen wurden, begann das gekoppelte Jupiter-Saturn-System gemeinsam nach außen zu wandern. Dieses Modell könnte erklären, warum Mars ungewöhnlich klein blieb und warum der Asteroidengürtel aus sehr unterschiedlichen Materialtypen besteht. Gleichzeitig betont Raymond aber auch, dass diese Idee auch Probleme hat und dass alternative Modelle existieren.

Später verschwand das Gas der Scheibe durch Strahlung der jungen Sonne, und damit verschwand auch der Einfluss des Gases auf die Planetenbahnen. Die Planeten beeinflussten sich nun gravitativ direkt und konnten dadurch ihre Bahnen verändern. Besonders die äußeren Planeten scheinen ursprünglich deutlich kompakter angeordnet gewesen zu sein als heute. Es kam vermutlich zu einer Instabilitätsphase, in der Uranus und Neptun nach außen gelenkt wurden und sich die Bahnen aller Riesenplaneten neu ordneten. Dabei wurden riesige Mengen kleiner Objekte in alle Richtungen geschleudert. Ein Teil wurde ins innere Sonnensystem gelenkt und bombardierte die jungen Gesteinsplaneten, ein anderer Teil bildete den Kuipergürtel oder die ferne Oortsche Wolke. Einige Modelle nehmen sogar an, dass ursprünglich ein fünfter großer äußerer Planet existierte, der später ganz aus dem Sonnensystem hinausgeschleudert wurde.

Die Erde erreichte ihre endgültige Größe in einer späten Phase großer Kollisionen zwischen planetaren Embryonen. Der Mond dürfte dabei durch einen gigantischen Einschlag eines etwa marsgroßen Körpers auf die Erde entstanden sein. Gleichzeitig differenzierte sich die Erde: schwere Elemente wie Eisen sanken ins Zentrum und bildeten den Kern, während leichtere Materialien Mantel und Kruste formten.

Das Wasser der Erde stammt wahrscheinlich nicht ursprünglich aus der heißen inneren Region des Sonnensystems selbst, sondern wurde aus weiter außen gelegenen Bereichen geliefert, wo Wasser und andere flüchtige Stoffe als Eis existierten. Während Jupiter und Saturn wuchsen und große Mengen Gas einsammelten, störte ihre Gravitation die Bahnen vieler kleiner eisreicher Körper. Zahlreiche dieser wasserhaltigen Planetesimale wurden nach innen gestreut, einige gelangten bis in den Bereich der entstehenden Gesteinsplaneten und konnten mit der jungen Erde kollidieren.

Ein wichtiges Thema in Raymonds Darstellung ist die Frage, warum unser Sonnensystem so anders aussieht als andere bekannte Exoplanetensysteme. Viele andere Sterne besitzen sogenannte „Supererden“ (Gesteinsplaneten, die ein Vielfaches der Erdmasse haben) auf engen Umlaufbahnen oder „heiße Jupiter“ (Jupiter-große Gasplaneten) direkt in Sternnähe. Möglicherweise bildete Jupiter in unserem Sonnensystem eine Art Barriere, die verhinderte, dass große Mengen Material nach innen wanderten und dort kompakte Planetensysteme bildeten.

Heute befindet sich das Sonnensystem in einer vergleichsweise ruhigen Phase. Die großen Planeten bewegen sich auf langfristig stabilen Bahnen, und die meisten heftigen Kollisionen gehören der Vergangenheit an. Dennoch existieren weiterhin unzählige Überreste der Entstehungszeit: Asteroiden, Kometen und Objekte jenseits des Neptun sind gewissermaßen Fossilien des frühen Sonnensystems. Sie bewahren Informationen über die Bedingungen der Planetenentstehung und erlauben einen Blick zurück in die Frühgeschichte unseres kosmischen Ursprungs.

In Bezug auf die Frage, wie unwahrscheinlich unsere Erde ist, betont Sean Raymond, dass die Kombination außergewöhnlicher Eigenschaften unserer Erde nicht unbedingt notwendig für Leben ist. Lange Zeit wurde etwa angenommen, ein großer Mond wie unserer sei unabdingbar, um die Erdachse zu stabilisieren und dadurch langfristig ein ruhiges Klima zu garantieren. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, dass auch Planeten ohne großen Mond über lange Zeiträume stabile Bedingungen haben könnten. Ähnlich kritisch betrachtet Raymond die ältere Vorstellung, Jupiter wirke als „Schutzschild“ der Erde, indem er gefährliche Kometen abfängt. Tatsächlich kann Jupiter kleine Körper nicht nur entfernen, sondern sie auch ins innere Sonnensystem lenken. Seine Wirkung ist also komplexer und nicht automatisch lebensfördernd. Raymond meint daher nicht, dass die Erde nur durch eine extrem unwahrscheinliche Verkettung besonderer Umstände bewohnbar wurde. Die Entdeckung vieler Exoplaneten (Planeten, die andere Sterne umkreisen) habe vielmehr gezeigt, dass Planetensysteme äußerst vielfältig sind und es wahrscheinlich viele verschiedene Wege zu lebensfreundlichen Welten gibt.

Die ruhige Phase des Sonnensystems wird nicht für immer währen. Zwar bewegen sich die Planeten seit Milliarden Jahren auf ungefähr denselben Bahnen, doch ihre Gravitationskräfte beeinflussen sich ständig gegenseitig. Sean Raymond beschreibt das anschaulich so, dass man sich die Planetenbahnen wie Ringe vorstellen kann, die einander dauerhaft „anstupsen“. Dadurch ändern sich die mittleren Abstände zur Sonne kaum, wohl aber langsam ihre Exzentrizität, also wie elliptisch sie sind. Deshalb kann man die exakten Positionen der Planeten auf Zeitskalen von hunderten Millionen Jahren nicht mehr präzise vorhersagen. Computersimulationen der langfristigen Dynamik des Sonnensystems zeigen, dass es sogar möglich ist, dass die Exzentrizität des Merkur in ein paar Milliarden Jahren so groß wird, dass er mit der Sonne kollidiert oder eine enge Begegnungen mit Venus erlebt. Solche Störungen könnten sich anschließend auf die übrigen inneren Planeten übertragen und im Extremfall sogar Kollisionen zwischen Venus, Erde oder Mars auslösen. Derartige Katastrophen sieht man aber nur in einem sehr kleinen Teil der Computersimulationen; sie sind also unwahrscheinlich.

Doch trotzdem ist ein Ende der Planetenbahnen um die Sonne unausweichlich: In ungefähr einer Milliarde Jahren wird die Sonne so hell, dass die Ozeane auf der Erde verdampfen. Später bläht sich die Sonne zu einem roten Riesenstern auf und verschlingt Merkur und Venus und möglicherweise auch die Erde. Die äußeren Planeten überleben zunächst, bewegen sich durch den Massenverlust der Sonne aber auf weiter außen liegende Bahnen. Schließlich endet die Sonne als Weißer Zwerg. Doch selbst dann ist die Geschichte unseres Sonnensystems noch nicht vorbei: Über extrem lange Zeiträume können nahe Sternvorbeiflüge die Planetenbahnen weiter stören und Planeten herausschleudern, so dass sich auf lange Sicht vermutlich unser Sonnensysem ganz auflösen wird.

Doch dies ist nur die materielle, physikalische Perspektive auf unser Sonnensystem. Es gibt viel mehr dazu zu sagen. Als Christin glaube ich, dass Gott der „Schöpfer des Himmels und der Erde“ ist, wie es im apostolischen Glaubensbekenntnis steht. Er ist derjenige, der das Universum ins Dasein gerufen hat und es erhält. Wie auch immer die genauen Prozesse waren, die zur Entstehung der Erde und des Lebens führten; sie waren unter Gottes Kontrolle, und er hatte von Anfang an das Ziel, uns Menschen hervorzubringen. Ob die Entstehung eines lebensfreundlichen Planeten dabei häufig oder extrem selten ist, ist für mich irrelevant.

Mich beschäftigt vielmehr die Frage nach der Zukunft der Schöpfung. Wenn unser Sonnensystem am Ende in Kälte und Dunkelheit vergeht, scheint die ganze Geschichte des Lebens letztlich ohne Ziel zu sein. Der christliche Glaube setzt dem jedoch eine andere Hoffnung entgegen: In der Auferstehung Jesu hat eine neue Schöpfung begonnen. Das bedeutet, dass Gott seine Schöpfung nicht der Vergänglichkeit preisgeben, sondern sie erneuern und vollenden wird. Paulus schreibt in Römer 8,20–22, dass die ganze Schöpfung seufzt und auf die Befreiung von der Vergänglichkeit wartet. Die Geschichte des Universums endet deshalb aus christlicher Sicht nicht im Tod, sondern in Gottes neuer Schöpfung. Mehr dazu habe ich in einem früheren Blogbeitrag geschrieben.

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