Astrophysiker berechnen die Wahrscheinlichkeit, dass die Erde vor 2 Millionen Jahren kalten, rauen interstellaren Wolken ausgesetzt war

Vor etwa zwei Millionen Jahren war die Erde ein ganz anderer Ort. Unsere frühen menschlichen Vorfahren lebten neben Säbelzahntigern, Mastodonten und riesigen Nagetieren. Und je nachdem, wo sie lebten, war ihnen möglicherweise kalt: Die Erde war in eine tiefe Kälte verfallen, und bis vor etwa 12.000 Jahren gab es mehrere Eiszeiten.

Wissenschaftler vermuten, dass Eiszeiten aus verschiedenen Gründen auftreten, darunter die Neigung und Rotation des Planeten, sich verschiebende Plattentektonik, Vulkanausbrüche und der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre. Aber was, wenn drastische Veränderungen wie diese nicht nur auf die Umwelt der Erde zurückzuführen sind, sondern auch auf die Position der Sonne in der Galaxie?

In einem neuen Artikel, veröffentlicht in Naturastronomie, Die Hauptautorin und Astrophysikerin Merav Opher – Astronomieprofessorin an der Boston University und Fellow am Harvard Radcliffe Institute – fand Beweise dafür, dass das Sonnensystem vor etwa zwei Millionen Jahren auf eine interstellare Wolke traf, die so dicht war, dass sie den Sonnenwind der Sonne gestört haben könnte. Opher und ihre Co-Autoren glauben, dass dies zeigt, dass die Position der Sonne im Weltraum die Geschichte der Erde stärker prägen könnte als bisher angenommen.

Unser gesamtes Sonnensystem ist von einem schützenden Plasmaschild umgeben, der von der Sonne ausgeht und als Heliosphäre bezeichnet wird. Er besteht aus einem konstanten Strom geladener Teilchen, dem Sonnenwind, der weit über Pluto hinausreicht und die Planeten in etwas einhüllt, das die NASA als „Riesenblase“ bezeichnet.

Sie schützt uns vor Strahlung und galaktischen Strahlen, die die DNA verändern könnten, und Wissenschaftler glauben, dass sie einer der Gründe ist, warum sich das Leben auf der Erde so entwickelt hat, wie es geschah. Der neuesten Studie zufolge komprimierte die kalte Wolke die Heliosphäre so, dass die Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems kurzzeitig außerhalb des Einflussbereichs der Heliosphäre lagen.

„Diese Arbeit ist die erste, die quantitativ zeigt, dass es eine Begegnung zwischen der Sonne und etwas außerhalb des Sonnensystems gab, die das Klima der Erde beeinflusst hätte“, sagt Opher, der ein Experte für die Heliosphäre ist.

Ihre Modelle haben unser wissenschaftliches Verständnis der Heliosphäre buchstäblich geprägt und wie die Blase durch den Sonnenwind strukturiert wird, der gegen das interstellare Medium drückt – also den Raum zwischen den Sternen und jenseits der Heliosphäre in unserer Galaxie. Ihre Theorie besagt, dass die Heliosphäre die Form eines luftigen Croissants hat, eine Idee, die die Weltraumphysiker-Gemeinschaft erschütterte.

Jetzt wirft sie neues Licht auf die Frage, wie die Heliosphäre und die Bewegung der Sonne durch den Weltraum die Chemie der Erdatmosphäre beeinflussen könnten.

„Sterne bewegen sich, und diese Studie zeigt nun nicht nur, dass sie sich bewegen, sondern dass sie dabei auch drastischen Veränderungen ausgesetzt sind“, sagt Opher. Sie entdeckte diese Studie erstmals während eines einjährigen Stipendiums am Harvard Radcliffe Institute und begann, daran zu arbeiten.

Um dieses Phänomen zu untersuchen, haben Opher und ihre Mitarbeiter im Grunde in die Vergangenheit geblickt und mithilfe ausgefeilter Computermodelle visualisiert, wo sich die Sonne vor zwei Millionen Jahren befunden hat – und mit ihr die Heliosphäre und der Rest des Sonnensystems. Sie haben außerdem die Bahn des Systems der lokalen kalten Wolkenbänder kartiert, einer Kette großer, dichter, sehr kalter Wolken, die hauptsächlich aus Wasserstoffatomen bestehen.

Ihre Simulationen zeigten, dass eine der Wolken am Ende dieses Bandes, genannt „Local Lynx of Cold Cloud“, mit der Heliosphäre kollidiert sein könnte.

Wäre das passiert, sagt Opher, wäre die Erde vollständig dem interstellaren Medium ausgesetzt gewesen, in dem sich Gas und Staub mit den übrig gebliebenen Atomelementen explodierter Sterne, darunter Eisen und Plutonium, vermischen.

Normalerweise filtert die Heliosphäre die meisten dieser radioaktiven Partikel heraus. Aber ohne Schutz können sie leicht die Erde erreichen. Laut dem Papier steht dies im Einklang mit geologischen Beweisen, die erhöhte 60Fe- (Eisen 60) und 244Pu-Isotope (Plutonium 244) im Ozean, auf dem Mond, in antarktischem Schnee und in Eisbohrkernen aus demselben Zeitraum zeigen. Der Zeitpunkt stimmt auch mit Temperaturaufzeichnungen überein, die auf eine Abkühlungsperiode hinweisen.

„Nur selten beeinflusst unsere kosmische Nachbarschaft außerhalb des Sonnensystems das Leben auf der Erde“, sagt Avi Loeb, Direktor des Instituts für Theorie und Informatik der Harvard University und Co-Autor der Studie.

„Es ist aufregend zu entdecken, dass unser Flug durch dichte Wolken vor ein paar Millionen Jahren die Erde einem viel größeren Fluss kosmischer Strahlung und Wasserstoffatomen ausgesetzt haben könnte. Unsere Ergebnisse öffnen ein neues Fenster in die Beziehung zwischen der Evolution des Lebens auf der Erde und unserer kosmischen Nachbarschaft.“

Der äußere Druck der lokalen kalten Wolke hätte die Heliosphäre je nach Größe der Wolke mehrere hundert bis eine Million Jahre lang dauerhaft blockieren können, sagt Opher. „Aber sobald die Erde sich von der kalten Wolke entfernt hatte, verschlang die Heliosphäre alle Planeten, einschließlich der Erde“, sagt sie. Und so ist es heute noch.

Es ist unmöglich, die genauen Auswirkungen der kalten Wolken auf die Erde zu kennen – etwa, ob sie eine Eiszeit ausgelöst haben könnten. Aber es gibt ein paar andere kalte Wolken im interstellaren Medium, denen die Sonne in den Milliarden Jahren seit ihrer Entstehung wahrscheinlich begegnet ist, sagt Opher. Und in etwa einer Million Jahren wird sie wahrscheinlich auf weitere stoßen.

Opher und ihre Mitarbeiter arbeiten derzeit daran, herauszufinden, wo sich die Sonne vor sieben Millionen Jahren und sogar noch weiter zurück befand. Die genaue Position der Sonne vor Millionen von Jahren sowie des kalten Wolkensystems lässt sich mit den Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation bestimmen. Diese erstellt die größte dreidimensionale Karte der Galaxie und bietet beispiellose Einblicke in die Geschwindigkeit der Bewegung der Sterne.

„Diese Wolke gehörte tatsächlich unserer Vergangenheit an, und wenn wir etwas so Massives kreuzten, waren wir dem interstellaren Medium ausgesetzt“, sagt Opher. Die Auswirkungen der Kreuzungsbahnen mit so viel Wasserstoff und radioaktivem Material sind unklar, daher untersuchen Opher und ihr Team am SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics) DRIVE Science Center der BU nun die möglichen Auswirkungen auf die Strahlung der Erde sowie auf die Atmosphäre und das Klima.

„Das ist erst der Anfang“, sagt Opher. Sie hofft, dass diese Arbeit die Tür zu weiteren Untersuchungen darüber öffnet, wie das Sonnensystem in der fernen Vergangenheit von äußeren Kräften beeinflusst wurde und wie diese Kräfte wiederum das Leben auf unserem Planeten geprägt haben.

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung der Boston University erneut veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.