Warum gelten kleine rote Zwergsterne für Wissenschaftler als Wiege des Lebens?

Sterne sind der Hauptbestandteil sichtbarer Materie im Universum und machen 99 % der sichtbaren Materie im gesamten Universum aus. Warum wird es sichtbare Materie genannt? Denn die moderne wissenschaftliche Forschung geht davon aus, dass das, was das Universum wirklich dominiert, unsichtbare Materie ist, nämlich dunkle Energie und dunkle Materie. Diese beiden Substanzen machen etwa 95 % der Masse und Energie des gesamten Universums aus.

Heute werden wir nicht über diese unsichtbaren und immateriellen Dinge sprechen, sondern nur über die Sterne, die in unserem Sichtfeld aktiv sind.

Das Leben eines Sterns kann grob in drei Phasen unterteilt werden: die Geburtsphase, die Reife- und Stabilitätsphase und die Niedergangsphase. Die Geburts- und Zerfallsphasen machen nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Lebensdauer eines Sterns aus, während die Reife- und Stabilitätsphase mehr als 90 % des Lebenszyklus des Sterns ausmacht. Die Sterne in diesem Zeitraum werden als Hauptreihenstadium bezeichnet und zu den wichtigsten aktiven Sternen zählen Rote Zwerge, Orange Zwerge, Gelbe Zwerge, Blaue Zwerge und andere Sterne.

Manche Menschen glauben, dass es Braune Zwerge gibt, aber diese Sterne werden als gescheiterte Sterne bezeichnet, weil sie zu klein sind und der Druck und die Temperatur im Kern nicht ausreichen, um die Kernfusion von Wasserstoff zu zünden. Ich finde nicht, dass man sie zu den Stars zählen sollte.

Bei den Sternen, die tatsächlich Licht und Wärme abgeben und in den Weltraum strahlen, handelt es sich hauptsächlich um Rote Zwerge, Orange Zwerge, Gelbe Zwerge, Blaue Zwerge und andere Sterne. Die Klassifizierung dieser Sterntypen basiert hauptsächlich auf der Masse und dem Spektrum der Sterne. Generell gilt: Je größer die Masse eines Sterns, desto heller ist er. Daher hängt der Spektraltyp eines Sterns eng mit seiner Masse zusammen.

Astronomen unterteilen die Spektraltypen von Sternen in sieben Kategorien: O, B, A, F, G, K und M. Natürlich hat jeder Spektraltyp einen Amplitudenbereich, daher unterteilen Wissenschaftler jede dieser Hauptkategorien in zehn Untertypen, die mit arabischen Ziffern von 0 bis 9 gekennzeichnet sind, beispielsweise A1 oder G2 usw.

Dadurch wird die Beziehung zwischen Sternmasse und Spektrum mit Vielfachen der Sonnenmasse hergestellt, die von klein nach groß angeordnet sind: Sterne mit M-Typ-Spektren beziehen sich auf die kleinsten roten Zwerge, deren Masse zwischen 0,08 und 0,5 Mal der der Sonne liegt, mit einer Oberflächentemperatur von etwa 2000 bis 3500 K, einer roten Farbe und etwa 4 % der Helligkeit der Sonne; Sterne mit K-Typ-Spektren sind orange Zwerge mit einer Masse zwischen 0,5 und 0,8 Sonnenmassen, einer Oberflächentemperatur von etwa 3500 bis 5000 K, einer orangefarbenen Farbe und etwa 40 % der Helligkeit der Sonne.

Weiter oben befindet sich der Spektraltyp, zu dem unsere Sonne gehört, das heißt, ein gelber Zwergstern mit einem Spektraltyp von G, einer Masse zwischen dem 0,8- und 1,7-fachen der Sonnenmasse, einer Oberflächentemperatur von etwa 5000–6000 K, einer hellgelblich-weißen Farbe und einer Helligkeit zwischen dem 0,8- und 6-fachen der Sonnenhelligkeit. Unsere Sonne gehört zum Spektraltyp G2.

Darüber liegen Blaue Zwerge, also Sterne mit einer größeren Masse als Gelbe Zwerge. Sie werden in vier Spektralstufen unterteilt, nämlich F, A, B und O. Bei diesen Sternen handelt es sich um Sterne mittlerer bis großer Masse, deren Masse vom Mehrfachen bis zum Dutzenden oder sogar 200-Fachen der Sonnenmasse reicht. Ihre Oberflächentemperaturen liegen zwischen 7.500 K und 60.000 K und ihre Farben reichen von Weiß über bläuliches Weiß bis hin zu Blau. Ihre Helligkeit reicht vom Zehntausend- bis zum 1,4-Millionen-Fachen der Sonne.

Daraus können wir ersehen, dass die Temperatur eines Sterns umso höher und die Helligkeit umso größer ist, je massereicher er ist. Die Lebensdauer eines Sterns ist jedoch genau das Gegenteil seiner Masse: Je größer die Masse eines Sterns, desto kürzer ist seine Lebensdauer.

Infolgedessen variiert die Lebensdauer von Sternen erheblich: Die kürzeste Lebensdauer beträgt nur Millionen von Jahren, die längste Billionen von Jahren. Denn je massereicher ein Stern ist, desto höher sind Druck und Temperatur im Kern, desto intensiver und wilder ist die Wasserstoff-Kernfusionsreaktion und desto schneller wird der Brennstoff verbraucht. Sobald der Kernbrennstoff eines Sterns erschöpft ist, erreicht er das letzte Stadium der Evolution und des Zerfalls.

Je größer die Masse eines Sterns ist, desto gewaltsamer ist sein Tod. Im Allgemeinen können Sterne mit einer Masse von mehr als dem 0,5-fachen der Sonnenmasse am Ende ihres Lebens eine Heliumfusion auslösen und schließlich zu Kohlenstoff reagieren, was dazu führt, dass sich der Stern ausdehnt und zu einem roten Riesen wird. Nachdem sich das äußere Gas im Weltraum aufgelöst hat, bleibt im Kern ein kleiner weißer Zwerg zurück.

Bei Sternen, deren Masse mehr als achtmal so groß ist wie die der Sonne, kommt es am Ende ihrer Entwicklung zu einem thermonuklearen Durchgehen, das eine Supernova-Explosion auslöst. Schließlich werden sie in Stücke gerissen und im Weltraum verstreut oder hinterlassen einen Neutronenstern. Bei Sternen, die mehr als das 30- bis 40-Fache der Sonnenmasse besitzen, bleibt nach einer Supernova-Explosion im Kern ein schwarzes Loch zurück.

Heute werden wir nicht näher auf den heroischen Tod von Sternen eingehen, sondern hauptsächlich darüber sprechen, warum Wissenschaftler so optimistisch in Bezug auf Rote Zwerge sind und glauben, dass Rote Zwerge die Wiege des Lebens oder das endgültige Ziel des Lebens sind.

Vereinfacht ausgedrückt gibt es dafür drei Gründe.

Erstens haben Rote Zwerge die längste Lebensdauer.

Sterne sind die Grundvoraussetzung für die Energiegewinnung des Lebens. Man kann sagen, dass es ohne Sterne kein Leben gäbe, geschweige denn die Entstehung von Intelligenz und Zivilisation. Die Entwicklung von Leben und Zivilisation braucht Zeit, genau wie die Sonne und die Erde 4,6 Milliarden Jahre alt sind. Obwohl das Leben ebenfalls Milliarden von Jahren der Entwicklung und Evolution durchlaufen hat, sind Weisheit und Zivilisation noch sehr unreif. Der Umfang menschlicher Aktivitäten beschränkt sich noch immer hauptsächlich auf die Erde, die uns hervorgebracht hat, und auf das Umherwandern auf der Erde. Aus dem Sonnensystem herauszufliegen ist noch mehr ein Traum.

Unsere Sonne ist ein gelber Zwergstern mit einer Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren. Mit 4,6 Milliarden Jahren ist es nun im mittleren Alter und wird in mehr als 5 Milliarden Jahren sterben. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sonne zu einem Roten Riesen, dessen Durchmesser sich auf etwa das 200-fache seiner heutigen Größe ausdehnt und dessen Rand sich direkt in der Nähe der Erdumlaufbahn befindet. Die Erde wird höchstwahrscheinlich verdampft und von den feurigen Flammen der Sonne verschluckt.

Zu diesem Zeitpunkt war das gesamte Sonnensystem bereits auseinandergefallen und es gab schon lange kein Leben mehr. Untersuchungen lassen darauf schließen, dass die Sonne von nun an höchstens noch eine Milliarde Jahre lang Leben ermöglichen kann. Nach 1 Milliarde Jahren wird die Helligkeit der Sonne um 10 % zunehmen. Bis dahin wird die Erde austrocknen und unbewohnbar werden.

Niemand weiß, ob sich die Menschheit zu einer interstellaren Zivilisation entwickeln, aus dem Sonnensystem entkommen und in anderen Sternensystemen oder im interstellaren Raum weiterleben kann. Eines ist jedoch sehr wichtig: Für die Entstehung von Leben und die Entwicklung und Verbesserung der Zivilisation ist eine stabile Weltraumumgebung erforderlich. Daher sind die Lebensdauer und die Stabilitätsperiode von Sternen notwendige Voraussetzungen für die Entwicklung von Leben und Zivilisation.

Rote Zwerge sind die Sterne mit der geringsten Masse und haben gemäß dem Gesetz der Sternlebensdauer die längste Lebensdauer. Der größte Rote Zwerg hat laut Masse und Spektrum maximal die 0,5-fache Masse der Sonne und eine Lebensdauer von bis zu 50 Milliarden Jahren; kleinere Rote Zwerge haben eine Lebensdauer von mehr als 100 Milliarden Jahren; und selbst kleinere Rote Zwerge können eine Lebensdauer von Billionen oder sogar mehreren zehn Billionen Jahren haben.

Die extrem lange Lebensdauer roter Zwerge bietet langfristige Möglichkeiten für die Entstehung und Entwicklung von Leben und Intelligenz. Wenn die Menschheit in Zukunft nicht mehr im Sonnensystem bleiben kann, wird sie sich zwangsläufig andere interstellare Orte suchen müssen, um sich niederzulassen. Die wahrscheinlichste Option besteht darin, nach einem roten Zwergstern zu suchen und sich auf die dort vorhandene stabile Energie zu verlassen, um sich weiter zu vermehren und zu überleben.

Der uns am nächsten gelegene Stern heißt Proxima Centauri und ist ein Roter Zwerg. Proxima Centauri hat eine Masse von etwa einem Achtel der Sonne und eine Lebensdauer von über 100 Milliarden Jahren. Wissenschaftliche Untersuchungen haben ergeben, dass dieser schwache Stern, der 4,22 Lichtjahre von uns entfernt ist, von drei Planeten begleitet wird, von denen sich zwei in der bewohnbaren Zone befinden und die Bedingungen für die Existenz von Leben bieten.

Zweitens sind Rote Zwerge die häufigsten Sterne im Universum.

In unserer Milchstraße gibt es etwa 400 Milliarden Sterne, davon sind Gelbe Zwerge wie unsere Sonne etwa 10 %, die Gesamtzahl der Sterne mit einer Masse größer als die Sonne beträgt nur etwa 3 %, Orange Zwerge mit einer kleineren Masse als die Sonne machen etwa 12 % aus und die restlichen 75 % sind Rote Zwerge.

Beobachtungen haben ergeben, dass unter den 10 Gruppen von Sternen, die der Sonne am nächsten sind, 9 rote Zwerge sind; Unter den 50 Sternen, die die Sonne relativ nahe umkreisen, sind mehr als 80 % Rote Zwerge.

Weitere wissenschaftliche Untersuchungen haben ergeben, dass innerhalb eines Radius von 1.500 Lichtjahren um die Sonne die Anzahl der Sterne unterschiedlicher Spektraltypen ungefähr wie folgt lautet: Sterne vom Typ B machen 1 % aus, Sterne vom Typ A 1,5 %, Sterne vom Typ G 13 %, Sterne vom Typ K 20 % und Sterne vom Typ M 56 %. Basierend auf der Beziehung zwischen Spektrum und Masse machen Rote Zwerge die überwiegende Mehrheit aus, was mit der obigen Schätzung übereinstimmt.

Es gibt sehr viele rote Zwergsterne im Universum und ihre Lebensdauer ist extrem lang. Es erscheint unfassbar, dass an solchen Orten weder Leben noch Zivilisation gefördert und entwickelt werden können.

Drittens haben Rote Zwerge lange Perioden der Stabilität.

Für die Entstehung von Leben ist eine relativ angenehme Umgebung erforderlich, doch frühe wissenschaftliche Untersuchungen gingen davon aus, dass Rote Zwerge für die Entstehung und Fortpflanzung von Leben und damit natürlich auch für die Entstehung und Entwicklung einer Zivilisation nicht geeignet seien.

Der Grund ist: Rote Zwerge haben eine geringe Masse und eine niedrige Temperatur. Wenn sich ein Planet, der Leben beherbergen kann, in der bewohnbaren Zone eines Sterns mit solch geringer Masse befinden soll, muss er sehr nahe an diesem Stern liegen. Die sogenannte habitable Zone ist die vom Stern an den Planeten abgestrahlte Wärme, die gerade noch für die Existenz von flüssigem Wasser geeignet ist, das heißt, die Temperatur des Planeten sollte in einem angemessenen Bereich um 0 Grad liegen.

So besitzt beispielsweise Proxima Centauri, der uns am nächsten gelegene Stern, einen Planeten in der bewohnbaren Zone namens Proxima b, der nur etwa 7 Millionen Kilometer vom Hauptstern entfernt ist, also nur ein Einundzwanzigstel der Entfernung von der Erde zur Sonne. Aufgrund dieser Entfernung treten zwangsläufig zwei Phänomene auf. Erstens muss die Umlaufgeschwindigkeit des Planeten sehr hoch sein, damit er nicht in die Schwerkraft des Sterns hineingezogen wird. Zweitens wird es durch die Schwerkraft des Sterns gezeitengebunden sein, das heißt, es wird dem Stern immer zugewandt sein.

Dies ist bei Proxima b der Fall. Er hat eine Umlaufzeit von nur 11,2 Tagen und ist gezeitengebunden an Proxima Centauri. Eine Seite wird vom Stern gebacken, während die andere Seite immer vom Stern abgewandt ist und in Dunkelheit und Kälte getaucht ist.

Ein weiterer Grund besteht darin, dass Rote Zwerge in den frühen Stadien ihres Lebenszyklus normalerweise als Flare-Sterne auftreten, was bedeutet, dass ihre Oberflächen extrem instabil sind und sie häufig Flares mit enormer Energie aussenden. Solche gewaltigen Energieausbrüche kommen auf der Sonne nur alle zehn bis zwanzig Jahre vor, bei Roten Zwergen hingegen alle paar Wochen.

Auf diese Weise greift diese enorme Energiestrahlung Planeten in sehr geringer Entfernung an und macht die Entstehung von Leben und Zivilisation unmöglich.

Doch nach Jahrzehnten der Nachforschungen haben Wissenschaftler neue Entdeckungen und Erkenntnisse gewonnen: Selbst wenn ein roter Zwergplanet gezeitengebunden ist, wird es, solange der Planet eine Atmosphäre hat und die Strömung der Atmosphäre Wärme übertragen kann, sogar auf der ewig dunklen Seite warm sein; und nachdem ein Roter Zwerg sein frühes wildes Stadium durchlaufen hat, steht ihm in einer stabilen Reifephase reichlich Zeit zur Verfügung, die viel länger ist als die eines sonnenähnlichen Sterns und lang genug für die Entstehung von Leben und die Entwicklung einer Zivilisation.

Im Vergleich dazu ist die heutige wissenschaftliche Gemeinschaft, insbesondere Astronomen und Kosmologen, im Allgemeinen der Ansicht, dass die geeignetste Wiege für die Entstehung und Entwicklung von Leben und Zivilisation im Universum oder das endgültige Ziel der kosmischen Zivilisation kein anderer als rote Zwergsterne seien. Was denkst du darüber? Willkommen zur Diskussion.

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