Die Erde hat möglicherweise in der Vergangenheit mehrmals vorübergehend den Schutz der Sonne verloren. Riesige Wolken aus kaltem Gas und Staub könnten die sogenannte Heliosphäre so stark zusammengedrückt haben, dass unser Planet außerhalb dieser schützenden Blase lag. Das zeigen Computersimulationen eines von der Nasa finanzierten Forschungszentrums.

Die Heliosphäre entsteht durch den Sonnenwind, einen Strom elektrisch geladener Teilchen. Sie umgibt das Sonnensystem und schirmt es teilweise vor kosmischer Strahlung und Materie aus dem interstellaren Raum ab. Gemeinsam mit der Sonne bewegt sie sich durch die Milchstraße und trifft dabei auf unterschiedliche galaktische Umgebungen.

Erde lag wohl mindestens dreimal außerhalb der Heliosphäre

Nach Berechnungen der Forscher durchquerte das Sonnensystem in den vergangenen Millionen Jahren mindestens dreimal besonders dichte interstellare Wolken. Die letzten Begegnungen ereigneten sich demnach vor etwa zwei bis drei, sechs bis sieben sowie 13 bis 14 Millionen Jahren.

Der Druck dieser Wolken könnte die Heliosphäre zeitweise bis innerhalb der Erdbahn zurückgedrängt haben. Die Atmosphäre unseres Planeten wäre dann unmittelbar interstellarem Wasserstoff, kosmischer Strahlung und Staub ausgesetzt gewesen.

Die berechneten Zeiträume passen nach Angaben der Nasa zu Funden bestimmter Elemente in Tiefseesedimenten, antarktischem Schnee und Mondproben. Die gefundenen Stoffe werden mit interstellarem Staub in Verbindung gebracht.

Die Simulationen deuten zudem darauf hin, dass der Kontakt mit einer dichten Wasserstoffwolke den Wasserdampfgehalt und die Abläufe in der oberen Atmosphäre verändert haben könnte. Die Auswirkungen könnten bis zur Erdoberfläche gereicht und langfristige Klimaschwankungen begünstigt haben. Auch ein Zusammenhang mit früheren Eiszeiten ist möglich. Bewiesen ist jedoch nicht, dass der zeitweise Verlust des Schutzschilds diese Kälteperioden tatsächlich ausgelöst hat.

Heftige Ausbrüche hielten junge Erde warm

Eine zweite von der Nasa vorgestellte Studie beschäftigt sich mit einem noch weiter zurückliegenden Rätsel. Vor etwa drei Milliarden Jahren leuchtete die junge Sonne nur rund 70 Prozent so hell wie heute. Eigentlich hätte die Erde deshalb vollständig gefroren sein müssen. Geologische Spuren belegen jedoch, dass es schon damals flüssiges Wasser gab.

Als mögliche Erklärung nennen Forscher besonders starke und häufige Sonneneruptionen. In einem Laborversuch setzten sie eine Mischung aus Stickstoff, Ammoniak, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid einem Protonenbeschuss aus. Damit ahmten sie energiereiche Teilchen nach, die bei gewaltigen Sonnenausbrüchen freigesetzt werden.

Dabei entstand unter anderem Lachgas. Dieses wirkt als Treibhausgas ungefähr 300-mal stärker als Kohlendioxid. Berechnungen zufolge hätte bereits ein kleiner verbleibender Anteil genügt, um die Temperatur am Äquator auf etwa fünf Grad Celsius zu erhöhen und Wasser flüssig zu halten.

Die heftige Aktivität der jungen Sonne könnte damit nicht nur eine völlig vereiste Erde verhindert haben. Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt könnten auch chemische Reaktionen begünstigt haben, die der Entstehung des Lebens vorausgingen.

Erde und Sonne bilden ein gemeinsames System

Beide Studien zeigen, dass die Sonne die Entwicklung der Erde nicht nur durch Licht und Wärme geprägt hat. Während ihre Schutzblase das Klima durch den Kontakt mit der galaktischen Umgebung beeinflusst haben könnte, schufen heftige Ausbrüche der jungen Sonne möglicherweise die Voraussetzungen für flüssiges Wasser und frühes Leben.

Entscheidend war damit sowohl die wechselnde Aktivität der Sonne als auch ihr gemeinsamer Weg mit der Erde durch die Milchstraße.