Wenn heute ein massiver Sonnensturm die Erde treffen würde, würde dies die Technologie zerstören und uns in dunkle Zeiten zurückversetzen. Zum Glück sind solche Ereignisse äußerst selten. Vor vier Milliarden Jahren war unheimliches Weltraumwetter möglicherweise an der Tagesordnung. Nur anstelle der Apokalypse würde sie Leben schaffen. Dies ist die erstaunliche Schlussfolgerung einer kürzlich in Nature Geosciences veröffentlichten Studie. Es baut auf früheren Entdeckungen über junge sonnenähnliche Sterne auf, die mit dem Kepler-Weltraumteleskop gemacht wurden. Es stellte sich heraus, dass junge Leuchten extrem instabil sind und bei "Sonnen-Superflares" unglaublich viel Energie freisetzen. Unser wildestes Weltraumwetter wird im Vergleich dazu wie Nieselregen aussehen.
Vladimir Hayrapetyan von der NASA hat gezeigt, dass unsere Sonne, wenn sie 4 Milliarden Jahre lang so aktiv wäre, die Erde bewohnbarer machen könnte. Nach Hayrapetyans Modellen lösten solare Superflares, die unsere Atmosphäre abwickelten, chemische Reaktionen aus, die zur Ansammlung von Treibhausgasen und anderen lebenswichtigen Bestandteilen beitrugen.
"Vier Milliarden Jahre lang hätte die Erde tiefgefroren sein müssen", sagt Hayrapetyan und bezieht sich auf das "schwache Paradoxon der jungen Sonne", das erstmals 1972 von Carl Sagan und George Mullen formuliert wurde. Das Paradoxon kam, als Sagan und Mullen erkannten, dass die Erde vor 4 Milliarden Jahren Anzeichen von flüssigem Wasser hatte, aber die Sonne 30% dunkler war. "Die einzige Möglichkeit, dies zu erklären, besteht darin, den Treibhauseffekt irgendwie einzuschalten", sagte Hayrapetyan.
Ein weiteres Rätsel um die junge Erde ist, wie die ersten biologischen Moleküle - DNA, RNA und Proteine - genug Stickstoff sammelten, um sich zu bilden. Wie heute bestand die Atmosphäre der alten Erde hauptsächlich aus inertem Stickstoff (N2). Obwohl spezielle Bakterien, "Stickstofffixierer", herausfanden, wie N2 abgebaut und in Ammoniak (NH4) umgewandelt werden kann, fehlte der frühen Biologie diese Fähigkeit.
Die neue Studie bietet eine elegante Lösung für beide Probleme in Form von Weltraumwetter. Die Forschung begann vor einigen Jahren, als Hayrapetyan die magnetische Aktivität von Sternen in der Kepler-Datenbank untersuchte. Er fand heraus, dass Sterne vom Typ G (wie unsere Sonne) in ihrer Jugend wie Dynamit sind: Sie setzen häufig Energieimpulse frei, die 100 Billionen Atombomben entsprechen. Der stärkste geomagnetische Sturm, den Menschen erlebt haben und der weltweit Stromausfälle verursachte, das Carrington-Ereignis von 1859, verblasst im Vergleich dazu.
„Das ist eine enorme Energiemenge. Ich kann es mir kaum vorstellen “, sagt Ramses Ramirez, ein Astrobiologe an der Cornell University, der nicht an der Studie beteiligt war, sondern mit Hayrapetyan zusammenarbeitet.
Sehr bald wurde Hayrapetyan klar, dass er diese Entdeckung nutzen konnte, um in die frühe Geschichte des Sonnensystems zu blicken. Er rechnete damit, dass unsere Sonne vor 4 Milliarden Jahren alle paar Stunden Dutzende von Superflares abfeuern könnte und einer oder sogar mehrere von ihnen jeden Tag das Magnetfeld treffen könnten. "Man könnte sagen, die Erde wurde ständig von den riesigen Carrington-Ereignissen angegriffen", sagt er.
Hayrapetyan zeigte anhand numerischer Modelle, dass solare Superflares stark genug sein müssen, um die Magnetosphäre der Erde, die magnetische Abschirmung, die unseren Planeten umgibt, drastisch zu komprimieren. Außerdem mussten geladene Sonnenpartikel ein Loch in die Magnetosphäre in der Nähe der Pole unseres Planeten schlagen, in die Atmosphäre gelangen und mit Stickstoff, Kohlendioxid und Methan kollidieren. „Alle diese Partikel interagieren mit Molekülen in der Atmosphäre und bilden neue Moleküle - eine Kettenreaktion“, sagt Hayrapetyan.
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Diese Wechselwirkungen zwischen Sonne und Atmosphäre erzeugen Lachgas, ein Treibhausgas mit einem 300-fachen Treibhauspotential gegenüber CO2. Hayrapetyans Modelle deuten darauf hin, dass zu diesem Zeitpunkt genug Lachgas produziert worden sein könnte, damit sich der Planet stark erwärmt. Ein weiteres Produkt des endlosen Sonnensturms, Cyanwasserstoff (HCN), könnte die Oberfläche mit dem Stickstoff düngen, der zur Bildung der ersten Bausteine des Lebens erforderlich ist.
"Die Menschen betrachteten Blitze und fallende Meteoriten als Mittel zur Initiierung der Stickstoffchemie", sagt Ramirez. "Ich denke, das Coolste an dieser Arbeit ist, dass noch niemand daran gedacht hat, Sonnenstürme zu betrachten."
Jetzt müssen Biologen feststellen, ob die genaue Mischung der gewünschten Moleküle nach einem Superflare entstanden sein könnte, und dann Leben entstehen lassen. Diese Forschung ist bereits im Gange. Wissenschaftler am Institut für terrestrische Biowissenschaften in Tokio verwenden bereits Hayrapetyans Modelle, um neue Experimente zur Simulation der Bedingungen auf der alten Erde zu planen. Wenn diese Experimente Aminosäuren und RNA produzieren können, wird möglicherweise Weltraumwetter zur Liste der möglichen Funken des Lebens hinzugefügt.
Neben allem anderen könnten Hayrapetyans Modelle die Bewohnbarkeit des Mars in der Vergangenheit beleuchten. Es wird angenommen, dass der Rote Planet vor vier Milliarden Jahren voller Wasser war. Solche Forschungen werden sich auch bei der Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems als nützlich erweisen.
Schließlich fangen wir gerade erst an herauszufinden, was eine „potenziell bewohnbare Zone“eines Sterns darstellt, in der Planeten mit flüssigem Wasser Ozeane haben können. Jetzt wird die bewohnbare Zone nur noch durch die Helligkeit des Sterns bestimmt.
„Schließlich werden wir herausfinden, ob die Energie eines Sterns zur Bildung von Biomolekülen beitragen kann. Vielleicht wäre ohne ihr Leben ein wahres Wunder."
ILYA KHEL
