Kapitel 12: Wie die Sonne und die Erde entstanden

Nacht 137: Ein Anruf nach Hause an einem Ruhetag

Missionstag 137 war ein Ruhetag. Auf der Station gibt es etwa einmal pro Woche einen Ruhetag, und er ist nicht ganz frei. Am Vormittag machte Noor trotzdem ihr Training, denn Knochen und Muskeln nehmen sich keinen freien Tag vom Schwächerwerden in der Schwerelosigkeit. Sie putzte auch ihre Schlafkabine und wischte die Flächen in der Nähe des Küchenbereichs ab, wo sich gern kleine Tropfen von Essen und Wasser verstecken. Aber nach dem Mittagessen war der Plan vom Boden leer, und der Nachmittag gehörte ihr.

Ruhetage auf der Station haben ihre eigenen stillen Gewohnheiten. Tomás spielte im Hauptmodul Musik von seinem Tablet, nicht laut, und summte mit, wenn er glaubte, dass niemand zuhörte. Ade las ein langes Buch auf seinem Bildschirm und schwebte, von allen anderen aus gesehen, kopfüber, weil es ihm, wie er sagte, beim Denken half. Niemanden störte es. In der Schwerelosigkeit gibt es kein wirkliches Oben oder Unten, nur die Richtung, die die Besatzung vereinbart hat, den Boden zu nennen, damit Beschriftungen und Schalter leicht zu finden sind.

Noor verbrachte einen Teil des Nachmittags mit einer Kamera am großen Fenster. Die Station zog über einen weiten Ozean. Aus etwa 400 Kilometern Höhe war das Wasser von einem tiefen, dunklen Blau, und die Wolken lagen darauf in langen weißen Linien und Locken. Manche Wolken waren dünn und weich, wie verschüttete Milch. Andere standen in hohen Türmen mit flachen Spitzen. Am Rand des Planeten trennte ein dünnes Band hellblauer Luft die Erde vom Schwarz des Weltraums. Noor machte Bild um Bild. Wissenschaftler nutzen solche Fotos, aber sie machte sie auch einfach, weil sie nicht aufhören konnte.

Am späten Nachmittag gab es einen Videoanruf mit zu Hause. Sami war an seinem freien Tag dabei und saß am Küchentisch ihrer Mutter. Ihre Mutter hielt den Bildschirm zu nah ans Gesicht, wie immer, und fragte, ob Noor genug esse. Sami fragte nach der Aussicht. Noor drehte die Kamera zum Fenster, damit sie den Ozean und die Wolken vorbeiziehen sehen konnten. Einen Moment lang sagte niemand etwas.

Dann stellte ihre Mutter eine Frage, die einfach klang. „War die Erde schon immer da? Ist sie zur selben Zeit entstanden wie alles andere?“ Sami lachte und sagte, Noor werde eine ganze Nacht brauchen, um das zu beantworten. Er hatte recht. Nach dem Anruf schwebte Noor lange am Fenster. Der Planet unter ihr sah so fertig und so ruhig aus. Und doch hatte er eine Geburt gehabt, und diese Geburt war alles andere als sanft gewesen.

Die Geschichte dieser Nacht handelt also davon, wie die Sonne und die Erde entstanden. In der vorigen Nacht haben wir gesehen, wie Sterne Elemente herstellen und im Raum verstreuen. Heute Nacht kommen einige dieser verstreuten Elemente wieder zusammen. Sie sammeln sich zu einem neuen Stern, unserer Sonne, und zu den Planeten, die um sie kreisen, darunter die blaue Welt unter Noors Fenster.

Eine Wolke, die nach innen fiel

Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren war der Ort, an dem sich heute unser Sonnensystem befindet, Teil einer großen Wolke aus Gas und Staub in der Milchstraße. Damals war das Universum schon mehr als neun Milliarden Jahre alt. Viele Sterngenerationen hatten gelebt und waren gestorben, und ihre Elemente hatten sich in die Wolken zwischen den Sternen gemischt. Die Wolke, aus der unser Sonnensystem werden sollte, bestand vor allem aus Wasserstoff und Helium, aber sie enthielt auch kleine Mengen Kohlenstoff, Sauerstoff, Silizium, Eisen und viele andere Elemente, die frühere Sterne erzeugt hatten.

Solche Wolken können lange ruhig bleiben. Dann bringt etwas einen Teil der Wolke dazu, unter seiner eigenen Schwerkraft nach innen zu fallen. Was in unserem Fall den Zusammenfall auslöste, ist nicht sicher bekannt. Eine Idee ist, dass ein explodierender Stern in der Nähe mit seiner Druckwelle gegen die Wolke drückte und einen Teil von ihr zusammenpresste. Manche Elemente, die man in alten Gesteinen findet, passen zu dieser Idee, aber andere Erklärungen sind möglich, und Wissenschaftler diskutieren noch darüber. Klar ist, dass ein Teil der Wolke zusammenzufallen begann.

Als das Gas nach innen fiel, begann es sich schneller zu drehen. Vielleicht hast du schon gesehen, wie eine Eiskunstläuferin die Arme anzieht und sich auf dem Eis schneller dreht. Dasselbe geschieht mit einer sich drehenden Wolke, wenn sie kleiner wird. Die sich drehende Wolke flachte sich außerdem zu einer Scheibe ab, so wie ein Teigklumpen flach wird, wenn ein Bäcker ihn in der Luft kreisen lässt. Das meiste Material fiel in die Mitte der Scheibe. Dort wuchsen Druck und Hitze immer weiter, bis die Mitte heiß genug wurde, dass die Kernfusion einsetzen konnte. Ein neuer Stern war geboren. Dieser Stern war die Sonne.

Die Sonne nahm fast das ganze Material. Heute steckt mehr als 99 Prozent der Masse des ganzen Sonnensystems in der Sonne. Alles andere, alle Planeten, Monde, Asteroiden und Kometen zusammen, ist nur ein kleiner Rest. Wäre das Sonnensystem das Gebäck eines ganzen Tages in einer Bäckerei, dann wäre die Sonne fast das ganze Brot, und die Planeten wären ein paar Krümel auf dem Tisch. Aber wie wir wissen, können Krümel sehr wichtig sein, denn einer von ihnen ist unser Zuhause.

Heute können Astronomen diesen Vorgang an anderen Orten beobachten. Mit großen Teleskopen finden sie junge Sterne, die von flachen Scheiben aus Gas und Staub umgeben sind. In manchen dieser Scheiben gibt es dunkle Ringe und Lücken, vielleicht Stellen, an denen junge Planeten sich beim Wachsen einen Weg bahnen. Diese Scheiben zu betrachten ist ein wenig so, als sähe man sich alte Familienfotos von den Kindern anderer Leute an, um zu verstehen, wie man selbst als Baby aussah. Wir können nicht zurückgehen und unsere eigene Geburt beobachten, aber wir können die Geburten anderer beobachten.

Die ältesten Steine lesen

Woher wissen wir, wann das Sonnensystem entstanden ist? Niemand war mit einem Kalender dabei. Die Antwort kommt von Steinen, und zwar besonders von Steinen, die vom Himmel fallen. Manche Meteoriten sind Stücke von Material, das sich in der Scheibe um die junge Sonne gebildet hat und nie Teil eines Planeten wurde. Sie sind seit dem Anfang des Sonnensystems weitgehend so geblieben, wie sie waren, wie Briefe, die Milliarden Jahre in einer Schublade aufbewahrt wurden.

Manche Elemente in Gesteinen sind radioaktiv. Das bedeutet, dass sich ihre Atome langsam in andere Atome verwandeln, mit einer gleichmäßigen Rate, die nicht von Hitze oder Kälte abhängt. Wissenschaftler können messen, wie viel von den ursprünglichen Atomen übrig ist und wie viel von den neuen Atomen entstanden ist. Daraus können sie berechnen, wie lange es her ist, dass das Gestein fest wurde. Es ist eine natürliche Uhr, ein wenig wie eine Sanduhr, deren Sand immer gleich schnell rinnt, was auch um sie herum geschieht.

Mitte des 20. Jahrhunderts wandten Wissenschaftler solche Uhren auf Meteoriten an und fanden ein Alter von etwa 4,5 Milliarden Jahren. Spätere Messungen wurden immer genauer. Heute sind die ältesten festen Stücke, die man in Meteoriten gefunden hat, etwa 4,6 Milliarden Jahre alt. Sie sind das älteste feste Material, das wir in unseren Händen halten können. Viele Museen bewahren Stücke solcher Meteoriten auf, und manche lassen Besucher sie berühren.

Auf der Erde selbst ist es schwerer, Gesteine aus der allerersten Zeit zu finden. Die junge Erde war heiß, und ihre Oberfläche ist seitdem viele Male geschmolzen, zerbrochen, abgetragen und wiederverwertet worden. Deshalb sind die ältesten Gesteine der Erde jünger als die ältesten Meteoriten. Aber winzige, sehr harte Mineralkörner haben aus einer Zeit überdauert, nicht lange nachdem die Erde entstanden war, und sie verraten uns, dass die Erde schon recht früh eine feste Kruste hatte. Verschiedene Arten von Belegen, aus Meteoriten, aus Gesteinen der Erde und aus Gesteinen, die vom Mond zurückgebracht wurden, weisen alle auf dasselbe Alter des Sonnensystems hin.

Planeten aus der Scheibe

Während sich in der Mitte die Sonne bildete, war auch der Rest der Scheibe beschäftigt. Nahe der jungen Sonne war es heiß. Nur Stoffe, die große Hitze aushalten, wie Gestein und Metall, konnten dort fest werden. Weiter draußen war es kalt genug, dass Wasser und andere Stoffe zu Eis gefroren. Dieser Unterschied hilft zu erklären, warum die Planeten nahe der Sonne, Merkur, Venus, Erde und Mars, klein und felsig sind, während die Planeten weiter draußen, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, viel größer sind und viel Gas und Eis enthalten.

In der Scheibe hafteten winzige Staubkörner aneinander, ein wenig wie Staub, der sich unter einem Bett sammelt. Die Klümpchen wuchsen zu Kieseln, die Kiesel zu Felsbrocken und die Felsbrocken zu Körpern von vielen Kilometern Durchmesser. Diese Körper stießen zusammen und verbanden sich, immer wieder. Am Ende räumten einige wenige große Körper ihre Bahnen frei und wurden zu den Planeten. Der ganze Aufbau der Gesteinsplaneten dauerte wahrscheinlich einige Dutzend Millionen Jahre, und das ist im Vergleich zum Alter des Sonnensystems kurz.

Die Riesenplaneten mussten ein Wettrennen gewinnen. Jupiter und Saturn bestehen vor allem aus Wasserstoff- und Heliumgas, und dieses Gas konnten sie nur sammeln, solange es noch in der Scheibe war. Ein Teil des Gases fiel in die junge Sonne, und der Rest wurde langsam vom starken Licht der jungen Sonne und von den Teilchen, die sie nach außen blies, fortgetrieben. Innerhalb weniger Millionen Jahre war das meiste Gas in der Scheibe verschwunden. Die Riesenplaneten müssen also schnell gewachsen sein, indem sie zuerst feste Kerne bildeten und dann riesige Mengen Gas an sich zogen, bevor es verschwand. Die Gesteinsplaneten nahe der Sonne brauchten kein Gas, und sie konnten sich Zeit lassen.

Die junge Erde hatte kein ruhiges Leben. Sie wurde immer wieder von kleineren Körpern getroffen, und ihre Oberfläche war heiß und oft geschmolzen. Schwere Metalle wie Eisen sanken zur Mitte und bildeten den Erdkern. Leichteres Gestein schwamm darüber. Gase entwichen aus dem heißen Gestein, und langsam bildete sich eine frühe Atmosphäre. Mit der Zeit kühlte die Oberfläche ab, und Wasser sammelte sich zu den ersten Ozeanen.

Nicht jedes Stück der Scheibe wurde Teil eines Planeten. Viele felsige Überbleibsel kreisen noch immer in einem breiten Gürtel zwischen Mars und Jupiter um die Sonne, und man nennt sie Asteroiden. Weiter draußen, jenseits des Neptun, gibt es viele eisige Überbleibsel, und manche von ihnen werden zu Kometen mit langen leuchtenden Schweifen, wenn ihre Bahnen sie nahe an die Sonne bringen. Diese Überbleibsel sind für Wissenschaftler kostbar, weil sie sich weniger verändert haben als die Planeten. Raumsonden haben mehrere Asteroiden und Kometen besucht, und manche haben sogar kleine Proben zur Erde zurückgebracht, damit das älteste Material des Sonnensystems in Laboren untersucht werden kann.

Woher das Wasser der Erde kam, wird noch diskutiert. Ein Teil davon war vielleicht in dem Gestein, aus dem die Erde aufgebaut wurde. Ein Teil wurde vielleicht später von eisigen Körpern aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems gebracht, etwa von bestimmten Asteroiden oder Kometen. Wissenschaftler vergleichen die Arten von Wasser, die man in Kometen, Asteroiden und den Ozeanen der Erde findet, um herauszufinden, welche Quellen am besten passen, aber die vollständige Antwort ist noch nicht bekannt. Wenn du also das nächste Mal ein Glas Wasser trinkst, trinkst du etwas, dessen genaue Herkunft noch ein kleines Rätsel ist.

Der Mond und die Familiengeschichte der Sonne

Auch der Mond hatte eine dramatische Geburt. Die führende Idee heute ist, dass früh im Leben der Erde ein anderer Körper, ungefähr so groß wie der Mars, mit der jungen Erde zusammenstieß. Der Zusammenstoß schleuderte eine riesige Menge heißen Materials in den Raum rund um die Erde. Ein Teil dieses Materials sammelte sich und wurde zum Mond. Diese Idee erklärt mehrere Tatsachen, zum Beispiel, warum der Mond einen kleinen Eisenkern hat und warum seine Gesteine den Gesteinen der Erde in vieler Hinsicht ähneln. Aber die Einzelheiten werden noch erforscht, und Wissenschaftler prüfen weiterhin andere Fassungen der Idee.

Der junge Mond war der Erde viel näher als heute. Seit seiner Geburt entfernt er sich langsam. Wissenschaftler können das sehr genau messen, indem sie Laserlicht an Reflektoren zurückwerfen lassen, die auf der Mondoberfläche zurückgelassen wurden, und messen, wie lange das Licht für den Rückweg braucht. Heute entfernt sich der Mond um etwa vier Zentimeter pro Jahr von der Erde, ungefähr so schnell, wie deine Fingernägel wachsen. Über Milliarden Jahre haben sich diese kleinen Schritte zu einer großen Entfernung summiert.

Jetzt können wir die Frage beantworten, die Noors Mutter gestellt hat. Nein, die Erde ist nicht zur selben Zeit entstanden wie alles andere. Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Die Sonne und die Erde sind etwa 4,6 Milliarden Jahre alt. Das heißt, das Universum existierte schon etwa zwei Drittel seines heutigen Alters, bevor unser Sonnensystem begann. Viele Sterne waren gekommen und gegangen, bevor die Sonne geboren wurde.

Tatsächlich trägt die Sonne den Beweis dafür in sich. Wenn Astronomen das Spektrum des Sonnenlichts untersuchen, finden sie nicht nur Wasserstoff und Helium, sondern auch kleine Mengen schwererer Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen. Die allerersten Sterne können diese Elemente nicht enthalten haben, weil die ersten Minuten des Universums fast keine davon erzeugten. Die Sonne muss sich also aus Material gebildet haben, das schon durch frühere Sterne gegangen war. Die Sonne ist kein erstes Kind des Universums. Sie ist eine Enkelin oder vielleicht eine Ururenkelin vieler früherer Generationen.

Das ist eine der stillen Lehren der Geschichte dieser Nacht. Die Erde ist nicht so uralt, wie das Universum uralt ist. Sie kam spät, gebaut aus dem, was frühere Sterne hinterlassen hatten. Alles unter Noors Fenster, die Ozeane, die Wolken, die Gesteine und die Lebewesen, hängt von einer langen Geschichte von Sternen ab, die arbeiteten und endeten, lange bevor es jemanden gab, der sie hätte sehen können.

Auf dieser jungen, sich wandelnden Erde begann schließlich das Leben. Wie und wann genau das geschah, ist noch immer eine der großen offenen Fragen der Wissenschaft. Die ältesten allgemein anerkannten Lebensspuren, die Wissenschaftler gefunden haben, sind etwa dreieinhalb Milliarden Jahre alt, und manche möglichen Spuren sind vielleicht älter, auch wenn die frühesten Spuren klein und schwer zu deuten sind und ihr genaues Alter noch diskutiert wird. Klar scheint, dass das Leben ziemlich früh in der Geschichte der Erde erschien, sobald es Ozeane und eine kühlere Oberfläche gab. Von diesen ersten einfachen Lebewesen führte eine sehr lange Geschichte zu den Planktonwolken in den Ozeanen, den Wäldern an Land und viel später zu den Menschen, die vom Fenster der Station hinunterschauen.

Nach dem Anruf

Als die Station in den Schatten der Erde eintrat, verschwand der Ozean unten in der Dunkelheit, und über der dünnen Linie der Luft erschienen die Sterne. Noor packte die Kamera weg und schrieb an Sami und ihre Mutter zusammen.

„Die Erde ist jünger als das Universum“, schrieb sie. „Etwa 4,6 Milliarden Jahre alt, während das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Die Sonne und die Erde entstanden aus einer sich drehenden Wolke voller Staub von älteren Sternen. Der Mond entstand wahrscheinlich, als etwas Großes die junge Erde traf. Also, Mama, die Erde war nicht immer da. Sie kam spät, aber sie kam gut an.“

Nachdem sie die Nachricht abgeschickt hatte, blieb Noor noch ein wenig am Fenster. Als die Station das nächste Mal aus dem Schatten der Erde kam, breitete sich eine dünne Linie orangefarbenen Lichts am Rand des Planeten aus, und der Ozean wurde langsam wieder blau. Es war ein weiterer Sonnenaufgang an einem Tag voller Sonnenaufgänge. Sie hatte aufgehört, sie zu zählen, aber nicht aufgehört, zuzusehen. Dann ging sie in ihre Kabine und kroch in ihren Schlafsack.

Sami antwortete mitten in seiner Schicht. „Mama sagt, das klingt nach dir. Spät gekommen, aber gut angekommen.“ Noor lachte leise in ihrem Schlafsack, um Ade in der Nachbarkabine nicht zu wecken.

Wenn du morgen auf dem Weg zur Arbeit oder auf dem Heimweg auf den Boden unter deinen Füßen schaust, erinnerst du dich vielleicht daran, dass er einmal Staub in einer sich drehenden Scheibe war. Es brauchte lange Zeit und viele Zusammenstöße, bis daraus ein fester Ort wurde, an dem Menschen gehen, bauen und ruhen können. Wie viele Dinge, die es wert sind, wurde er nicht in Eile gemacht.

Verbreitete Missverständnisse

Viele Menschen glauben, die Sonne und die Erde seien so alt wie das Universum, als sei am Anfang alles auf einmal erschienen. Man kann es sich leicht so vorstellen, denn die Sonne und die Erde fühlen sich an wie der feste Hintergrund unseres Lebens. Aber das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt, und die Sonne und die Erde sind etwa 4,6 Milliarden Jahre alt. Mehr als neun Milliarden Jahre lang existierte das Universum ohne unser Sonnensystem. Sterne wurden geboren und starben, und Galaxien wuchsen, lange bevor die Sonne zu leuchten begann.

Viele Menschen glauben auch, die Sonne sei einer der ersten Sterne. Tatsächlich bestanden die allerersten Sterne fast nur aus Wasserstoff und Helium, und die meisten von ihnen lebten wahrscheinlich kurz und endeten vor langer Zeit. Die Sonne enthält schwerere Elemente, die nur frühere Sterne erzeugt haben können. Deshalb sagen Astronomen, dass die Sonne zu einer späteren Generation gehört. Sie ist ein junges Mitglied einer sehr alten Familie.

Und schließlich glauben manche Menschen, die Erde habe schon immer so ausgesehen wie heute, mit blauen Ozeanen, weißen Wolken und grünem Land. Aber die junge Erde war ganz anders. Lange war sie heiß, wurde oft von anderen Körpern getroffen und hatte nicht die Ozeane und die Luft, die wir kennen. Ihre Kontinente haben sich bewegt, ihre Luft hat sich verändert, und ihr Leben hat sich viele Male gewandelt. Die ruhige blaue Welt, die Noor fotografiert, ist das Ergebnis von Milliarden Jahren des Wandels. In der nächsten Nacht betrachten wir einen Wandel anderer Art, viel größer und noch unerklärt: die Art, wie das ganze Universum begonnen hat, schneller zu wachsen.