Flucht vor dem Sonnentod

Flucht vor dem Sonnentod
Prof. Dr. Ulrich Walter
Lehrstuhl für Raumfahrttechnik
TU München, Garching
© 2004
erschienen in
Bild der Wissenschaft, Ausgabe November 2000, S. 54-56
Das Szenario ist sicherlich allen Astronomie-Interessierten
bekannt: Unsere Sonne
scheint nicht ewig. In 0,9-1,4 Milliarden
Jahren wird ihre Leuchtstärke um 10%
zugenommen und damit alle irdischen
Ozeane verdampft haben. In etwa fünf
Milliarden Jahren wird sich dann wirklich
dramatisches ereignen. Dann hat der nicht
mehr weiter fusionsfähige Sonnenkern
zwölf Prozent der Gesamtmasse der
Sonne erreicht – das sogenannte Schönberg-Chandrasekhar-Limit
– und innerhalb
nur weniger Millionen Jahre wird sie sich
so stark zu einem sogenannten Roten
Riesen aufblähen, daß sie dabei vielleicht
gerade die Erde berührt und in sich aufnehmen
wird. Nicht allzu lange danach (in
kosmischen Maßstäben), wird sie ihre
äußere Hülle absprengen, um schließlich
zu einem bedeutungslosen kleinen weißen
Zwerg zu kollabieren, der irgendwann
seinem strahlungslosen Ende entgegen
geht.

Nicht gerade berauschende Aussichten. In
spätestens einer Milliarden Jahre wird es
also kein Leben mehr auf der Erde geben,
denn eine Grundvoraussetzung für alles
Leben auf unserer Erde ist flüssiges
Wasser. Jede lebende Zelle besteht zu
etwa 60 Prozent aus Wasser. Wenn man
bedenkt, daß es Leben auf der Erde
bereits seit vier Milliarden Jahren gibt,
dann ist 80 Prozent der Lebensspanne auf
der Erde bereits verflossen! Es wird Zeit
sich zu überlegen, was man machen
könnte, sich dieser ungemütlichen Situation
zu entziehen. Nun werden manche
sagen, halb so schlimm, denn bis dahin
werden wir Menschen mit Sicherheit
andere Planeten in unserer Galaxis
kolonialisiert und damit den Fortbestand
der Menschheit gesichert haben. Dem
stimme ich voll und ganz zu. Dennoch, wer
einmal von oben die Schönheit der Erde
geschaut hat, der wird sie nicht so einfach
den Flammen der Sonne übergeben
wollen. Diese unsere Heimat muß erhalten
werden mit allen Mitteln, die uns zur
Verfügung stehen. Und die gibt es und
nicht nur eine, sondern gar deren drei!
Gehen wir sie der Reihe nach einmal
durch.
Die Sonne wird zu heiß,
also weiter weg mit der Erde
In dem Maße wie sich die Sonne erwärmt
und ausdehnt verschiebt sich die sogenannte
Ökosphäre – der Abstandsbereich,
in dem ein Planet lebensfähige Bedingungen
bietet – weiter nach außen. Wir
bräuchten also nur die Erde innerhalb
dieser Ökosphäre mit nach außen befördern.
Im Prinzip geht das. In einem Artikel
im Jahre 1982 machte der schweizerische
Physiker M.Traube erstmals diesen
Vorschlag (er nannte ihn den „Erd-Shift“)
und beschrieb im Detail, wie das gehen
könnte. Er stellte sich 240 Fusionsantriebe
vor, die je 20 Kilometer hoch (Die Rückstoßgase
müßten über der Erdatmosphäre
ausgestoßen werden und sich frei im All
ausbreiten, weil sie sonst mit ihr wechselwirken
und ihren Impuls so zurück auf die
Erde übertragen. Damit wäre alles umsonst.)
und jeweils im Zehnerpack entlang
am Äquator angeordnet sind. Je nachdem
welches Pack durch die Erddrehung
gerade in Richtung der Sonne weist,
werden diese Raketen nacheinander für
jeweils eine Sekunde, also in Intervallen
von zehn Sekunden, gezündet. Wie die
Rechnungen zeigen, bräuchte man innerhalb
der einen Sekunde eine Spitzenleistung
von 8,3·10 17 Watt pro Antrieb, wobei
durch die Fusionsenergie, erzeugt von 2,4
Tonnen Deuterium, 15.000 Tonnen Wasserstoff
als Rückstoßgas beschleunigt und
ausgestoßen würden. Nach einer Milliarde
Jahre ununterbrochenen Betriebs der
Fusionsantriebe könnte die Erde dann ein
Satellit des Jupiters sein.
Der Massenverbrauch zum Verschieben
der Erde über diese Zeit ist natürlich
enorm: Insgesamt acht Prozent der Erdmasse
würde dabei verbraucht und in den
Weltraum geschleudert werden. Das ist
weit mehr als der Inhalt aller unserer
Ozeane zusammen genommen, weshalb
der größte Teil des Wasserstoffs vom
Jupiter herangeschafft werden müßte.
Aber auch das dürfte im Prinzip kein
Problem sein, weil, wie ich in meiner
Kolumne im Mai 1999 bereits vorgerechnet
habe, die Menschheit in 3.000 Jahren
das Potential hätte, mit der Sonnenenergie
von 800 Jahren die Masse des Jupiters als
eine Schale um die Sonne herum zu
verteilen. Damit sollte sie es erst recht
schafften, die gesamte Jupitermasse
(soviel bräuchten wir allerdings dann doch
wieder nicht) zur Erde zu bringen.
Der Abstand der Erde von der Sonne als
Jupiter-Satellit reichte zwar immer noch
nicht, um bei maximaler Ausdehnung der
Sonne ein Verdampfen der Ozeane zu
verhindern, aber der letzte Rest ließe sich
vielleicht mit einer größeren Albedo der
Erde abfangen, so Traube. Wie das genau
gehen soll, ob durch eine flächendeckende
Bepflanzung mit Gänseblümchen oder
sonst wie, das sagt er uns jedoch nicht.
Sich noch weiter von der Sonne zu entfernen,
wäre nämlich unpraktisch. Denn
„kurz“ danach kollabiert die Sonne zu
einem sogenannten Weißen Zwerg – und
weg sind die wärmenden Strahlen. Dann
wieder näher an den Zwerg ran zu gehen,
macht keinen Sinn. Erstens strahlt sie
dann ein so hochfrequentes Licht ab, daß
jegliches Leben in ihrer Nähe vernichtet
würde. Außerdem würde die Erde in der

Entfernung, in der es dann warm wäre
(näher als der heutige Merkur), durch die
dort herrschenden Gezeitenkräfte so
schnell an Drehgeschwindigkeit verlieren,
bis sie schließlich der Sonne, wie der
Mond der Erde, immer nur eine Seite
zuweisen würde. Während es dann auf
der Sonne zugewandten Seite unerträglich
heiß wäre, würden auf der abgewandten
Seite alle Ozeane wegen Temperaturen
weit unterhalb –100 Grad Celsius zufrieren
und auch sonst Leben unmöglich sein.
Die Alternative könnte dann lauten, so
Traube, in der Nähe der Erde beim Jupiter
eine künstliche Sonne zu installieren. Die
könnte uns theoretisch per kontrollierter
Fusion des vom Jupiter herbeigeschafften
Deuteriums und gezielt auf die Erde
abgestrahlter Energie uns Leben für
weitere großzügige 100 Milliarden Jahre
gewähren. Soweit die Rahmenbedingungen.
Traube läßt auch hier offen, wie die
Details aussehen sollen. Eine Idee kommt
von dem amerikanischen Astronomen
Martyn Fogg. Er schlägt vor, den Jupiter
dann insgesamt zu einer Sonne zu konvertieren,
indem man ihn mit einem primordialen
Schwarzen Loch impft. Unglücklicherweise
würde der kleine rote Stern
Jupiter dabei nach relativ kurzer Zeit von
etwa 100 Millionen Jahren selbst in dem
Schwarzen Loch verschwinden und die
Erde würde dann gefährlich nahe um
dieses Loch kreisen. Eine nicht besonders
clevere Lösung. Überlassen wir also
großzügig zukünftigen Generationen,
besseres zu ersinnen. Die haben ja bis
dahin auch noch ein bißchen Zeit.

Der umgekehrte Weg –
die Sonne schrumpfen!
Was die Sonne mit sich macht ist doch im
Prinzip die reinste Energie-
Verschwendung. Lediglich 0,45 Milliardstel
der ausgesandten Strahlen treffen auf die
Erde. Der Rest verpufft bisher nutzlos im
All. In meiner Mai 1999 Kolumne habe ich
beschrieben, wie man vorbildlich und
langfristig mit einer Dyson-Schale die
gesamten Sonnenstrahlen für die
Menschheit nutzen könnte. (Da soll mir
jemand noch einmal erzählen, was für ein
Vorbild die Natur in Sachen Energie sei.)
Als wäre die Verschwendung noch nicht
groß genug, wird ihre Energieproduktion in
den kommenden Milliarden Jahren sogar
noch stark zunehmen. Das bedeutet, daß
wir nicht rein passiv zuschauen dürfen,
sondern aktiv etwas dagegen unternehmen
müssen, nicht nur wegen der Verschwendung,
sondern weil wir sonst
zusammen mit dem Wasser der Ozeane
verdampfen würden. Im ersten Teil habe
ich beschrieben, wie wir uns mit der Erde
auf und davon machen könnten und dabei
immer eine konstante Erdentemperatur
beibehalten könnten – bis wir beim Jupiter
landen. Aber wäre der umgekehrte Weg
nicht viel besser: Nicht wir passen uns der
Sonne an, sondern die paßt sich unseren
Bedürfnissen an?
Auch das ist machbar und beschrieben hat
diese Möglichkeit erstmals David Criswell,
ein Mitarbeiter des „California Space
Institut“, im Jahre 1985 in einem Buch.
Seine Idee: Die Sonne abmagern, bis sie
nicht nur die richtige Menge Strahlung
abgibt, sondern auch noch 2.000 mal
länger lebt. „Star-Lifting“ nennt er diese
Methode, wobei Lifting im Sinne von
„leichter machen“ gebraucht ist und genau
das passiert ja auch. Für dieses Star-
Lifting muß man nun folgendes wissen:
Sowohl die Luminosität (Leuchtstärke) als
auch die Lebensdauer eines Sterns
hängen stark von seiner Masse ab. Während
die Luminosität zwischen der dritten
und vierten Potenz der Masse zunimmt,
nimmt umgekehrt die Lebensdauer mit der
zweiten bis dritten Potenz der Masse ab.
Das ist so, weil bei einer größeren Masse
durch ihren größeren internen Druck, den
sie erzeugt, mehr Masse den für die
Fusion kritischen Druck und Temperatur
erreicht und damit wesentlich mehr Masse
fusioniert. Es ist zwar mehr Masse da als
bei einem kleineren Stern, sie verbrennt
dafür aber auch ungleich schneller.
Wie erleichtert man unsere Sonne?
Criswell schlägt vor, einen Ring von
Ionenbeschleunigern um die Sonne
kreisen zu lassen, die zwei starke Strahlen
ionisierter, geladener Elementarteilchen
erzeugen und gegeneinander kreisen läßt.
Es werden zwei gebraucht, weil die
Strahlstärken enorm groß sein müssen
und damit bei diesen Ladungsmengen die
Beschleuniger nicht auseinanderfliegen,
müssen sich die beiden Ladungen gegenseitig
neutralisieren und dürfen nur noch
ein relativ schwaches Dipolfeld erzeugen.
Und sie müssen gegeneinander kreisen,
weil sie dadurch ein gleichgerichtetes
einheitliches Magnetfeld erzeugen. Dieses
Magnetfeld wäre nun in der Lage, die
Sonnengase an den Sonnenpolen soweit
zu erhitzen, daß sie gelenkt durch die
Magnetfelder als zwei Jets von der Sonne
abgestoßen würden. Nach Criswell’s
Berechnungen könnte man die Beschleuniger
mit zehn Prozent der Sonnenenergie
betreiben und dabei drei Milliardstel der
Sonnenmasse, das entspricht 0,1 Prozent
Erdmasse, pro Jahr ins All befördern.
Würde man die Sonne derart nach 300
Millionen Jahren auf acht Prozent ihrer
jetzigen Größe reduziert haben – das ist
die minimale Größe bei der ein Stern noch
brennt – dann würde sie als kleiner roter
Zwerg noch über 23.000 Milliarden Jahre
(!) kontinuierlich Licht und Wärme abgeben.
Wäre man ganz clever, dann würde
man die Jet so dirigieren, daß sie neue
kleine rote Zwerge erzeugen, bis man
schließlich ein Dutzend von ihnen am
Himmel hätte, jeden umkreist von beliebig
vielen bewohnbaren Planeten im entsprechenden
Abstand.
Das ganze hat leider zwei Haken. Saugt
man von der Sonne nur die Oberfläche ab,
bleibt der Kern mit seinen bereits fusionierten
Bestandteilen zurück. Die restliche
Sonne „glaubte“ dann, sie sei schon älter
als sie tatsächlich ist, weil sie näher an
dem zwölf Prozent Schönberg-
Chandrasekhar-Limit liegt als vorher. Ist

das Limit erreicht, wird sie plötzlich zum
Roten Riesen und die ganzen schönen
Pläne gehen nach hinten los. Nur die
neuen Sonnen, die man mit den Jets
erzeugen würde, wären „gute“ Sonnen.
Der andere Haken ist die Ökosphäre eines
Roten Zwergs. Sie liegt immer dichter an
der kleiner werdenden Sonne und wird
dabei auch immer schmaler. Die Menschheit
müßte dann also noch zusätzlich die
Erde shiften wie erst letztens beschrieben.
Warum nicht einfach die Sonne
wechseln?
Nachdem der Aufwand, die Erde zu
shiften oder die Sonne zu beeinflussen,
uns wie kaum lösbare Probleme vorkamen,
schiene der Wechsel unserer Erde
von unserer ausgebrannten zu einer
neuen, jungen Sonne schier aussichtslos.
Ist er aber nicht. Sowas passiert sogar fast
automatisch wenn zwei Sterne nahe
aneinander vorbeifliegen. Solche Begegnungen
zweier Sterne kommen in unserer
Galaxis sogar nicht gerade selten vor und
auch unserer Sonne könnte das hin und
wieder passieren.
Wird die Masse zudem kleiner als 0,7-0,8
Sonnenmassen, dann ist die Ökosphäre
so nah an der Sonne, daß wie beim
Merkur die Gezeitenkräfte die Erdrotation
schnell immer schneller abbremsen würde,
bis sie der Sonne, wie der Mond der Erde,
immer nur eine Seite der Sonne zuweisen
würde. Wir hätten also dasselbe Problem
wie beim letzten mal, als wir die Erde nahe
an die Sonne als Weißen Zwerg shiften
wollten.
Seit 1984 hat der Astronom J.G.Hills vom
Nationallabor in Los Alamos sehr viele
Computersimulationen zu diesem Thema
veröffentlicht. Hills untersuchte Vorbeiflüge
zweier Sterne, beide mit Sonnenmasse
und der Einfachheit halber mit je einem
erdgroßen Planeten. Er fand heraus, wenn
sich die Sterne auf einem kleinsten Abstand,
der dem 2-3 fachen ihres Planetenabstandes
entspricht, begegnen, dann
würden die Bahnen der Planeten stark
verändert oder sie gar vom Heimatstern
abgelöst werden. Diesen Prozeß möchte
ich in Anlehnung an die Namensgebung
Star-Lifting einmal „Star-Switching“ nennen.
Ein großer Anteil der Vorbeiflüge

endeten damit, daß der anfliegende Stern
den Nachbarplaneten mit unterschiedlicher
Endexzentrizität einfing (Die Exzentrizität
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