Wenn Sirius in einer Supernova explodiert, wird die Ökologie der Erde zerstört? Die Wissenschaft gibt Ihnen die Antwort

Sirius ist einer der der Erde am nächsten gelegenen Sterne, die mit bloßem Auge sichtbar sind, und befindet sich in einer Entfernung von etwa 8,6 Lichtjahren. Wenn dieser Stern als Supernova explodiert, wie viel Energie wird er haben? Wird es die Ökologie der Erde zerstören oder gibt es überhaupt noch Hoffnung für die Menschheit?

Lassen Sie uns dies nun auf der Grundlage des bestehenden wissenschaftlichen gesunden Menschenverstands analysieren.

Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, was für ein Stern Sirius ist.

Tatsächlich ist der uns am nächsten gelegene Stern Proxima Centauri, der etwa 4,22 Lichtjahre von uns entfernt ist. Es handelt sich jedoch um einen sehr kleinen roten Zwergstern mit einer Masse von etwa 12 % der Sonne, sodass er für das menschliche Auge unsichtbar ist. Aber Proxima Centauri ist ein Dreifachsternsystem. Die anderen beiden heißen Alpha Centauri A und Alpha Centauri B. Sie haben eine ähnliche Masse wie die Sonne und sind die dritthellsten Sterne, die für das menschliche Auge sichtbar sind.

Ein weiterer Stern, der uns näher ist, ist Barnards Stern, ebenfalls ein Roter Zwerg mit einer Masse von etwa 15 % der Sonne und mit bloßem Auge nicht sichtbar. Weiter entfernt liegt Sirius, der etwa 8,6 Lichtjahre von uns entfernt ist. Er ist neben der Sonne der hellste Stern und hat an seiner hellsten Stelle eine Helligkeit von -1,47.

Sirius ist ein Doppelsternsystem. Der hellste Stern, den wir sehen, ist Sirius A, ein blauer Zwerg mit einer Masse, die etwa der doppelten Sonnenmasse entspricht, einem Durchmesser, der etwa 1,7-mal so groß ist wie der der Sonne, einer Oberflächentemperatur von etwa 10.000 K, einem Alter von etwa 242 Millionen Jahren und einer Lebensdauer von etwa 1,76 Milliarden Jahren.

Die Sonne ist ein gelber Zwergstern mit einer Masse von etwa 2*10^30 Kilogramm. Sterne, die massereicher und leuchtender als die Sonne sind, werden Blaue Zwerge genannt. Doch egal, ob es sich um einen Gelben Zwerg oder einen Blauen Zwerg handelt, ein Stern mit einer Masse von etwa dem 0,5- bis 8-fachen der Sonnenmasse wird am Ende seiner Entwicklung zu einem Roten Riesen. Danach dehnt sich die äußere Gasmaterie allmählich aus und löst sich im Weltraum auf, sodass im Kern ein Weißer Zwerg zurückbleibt.

Die moderne Astrophysik geht davon aus, dass nur Sterne mit ausreichender Masse in den späten Stadien ihrer Entwicklung eine Supernova-Explosion erleben können. Der Massenbedarf beträgt mindestens das 8-fache der Sonne. In den späten Entwicklungsstadien dieses Sterntyps, nachdem der Wasserstoffbrennstoff im Kern ausgebrannt ist, führt der enorme Gravitationsdruck zu einer Kernfusionskette, die so lange anhält, bis das Eisen erreicht ist. Schließlich führt der Kollaps zu einem thermonuklearen Durchgehen, bei dem die äußere Hülle und sogar der gesamte Stern explodieren.

Nach diesem Evolutionsgesetz hat Sirius A keine Chance, eine Supernova zu werden. Das Problem besteht jedoch darin, dass Sirius ein Doppelsternsystem ist. In einem Doppelsternsystem sind zwei Sterne durch die Schwerkraft miteinander verbunden und miteinander verschränkt. Sirius B ist ein Begleitstern mit einer geringeren Masse als Sirius A, aber tatsächlich ist es ein toter Stern – ein Weißer Zwerg.

Die Masse dieses Weißen Zwergs entspricht etwa der der Sonne, was bedeutet, dass er vor seinem Tod ein massereicherer Stern als Sirius A war. Astronomen haben Modelle erstellt und geschätzt, dass Sirius B vor seinem Tod wahrscheinlich ein Blauer Zwerg mit etwa der fünffachen Masse der Sonne war.

Ein Weißer Zwerg ist ein besonderer Himmelskörper mit hoher Dichte. Aufgrund seiner extrem geringen Größe ist seine Masse so groß wie die der Sonne, sein Volumen jedoch nur so groß wie das der Erde. Daher werden seine Atome durch die extreme Schwerkraft abgeflacht und die Planetenmaterie wird zu einer dichten Spezialsubstanz, die durch den Entartungsdruck der Elektronen unterstützt wird und eine Dichte von 1 bis 10 Tonnen pro Kubikzentimeter aufweist.

Obwohl ein Weißer Zwerg eine Sternenleiche ist, ist er noch immer am Leben und wohlauf. Aufgrund seiner enormen Gravitationskraft wird er interstellare Materie in seiner Nähe absorbieren, was auch als Akkretion bezeichnet wird. Untersuchungen haben ergeben, dass die maximale Grenze des Elektronenentartungsdrucks nur der 1,44-fachen Masse der Sonne standhalten kann. Dieses Gesetz wurde von einem indisch-amerikanischen Physiker namens Subramanian Chandrasekhar entdeckt und die Menschen nennen diese Grenze die Chandrasekhar-Grenze.

Wenn ein Weißer Zwerg akkretiert und seine Masse bis zur Chandrasekhar-Grenze zunimmt, führt die Schwerkraft dazu, dass der Stern weiter kollabiert und der Druck sich plötzlich vom Elektronen-Entartungsdruck zum Neutronenstern-Entartungsdruck ändert. Dieser plötzliche Kollaps wird die Kohlenstoff-Kernfusion des gesamten Weißen Zwergs stimulieren. Die Energie kann nicht sofort freigesetzt werden und ein thermisches Durchgehen verursacht einen enormen Energiestoß. Diese Explosion wird als Supernova vom Typ Ia bezeichnet.

Wird Sirius B über die Chandrasekhar-Grenze hinaus anwachsen?

Meine Antwort ist: sehr wahrscheinlich. Dies liegt daran, dass das Doppelsternsystem Sirius nicht weit entfernt ist. Der durchschnittliche Abstand zwischen den beiden Sternen beträgt etwa 20 AE oder 20 Astronomische Einheiten. Dies entspricht der durchschnittlichen Entfernung von der Erde zur Sonne, also etwa 150 Millionen Kilometern, und 20 AE sind etwa 3 Milliarden Kilometer.

Wenn Sirius B seine Masse durch Akkretion auf das 1,44-fache der Sonnenmasse erhöhen möchte, reicht ein wenig Staub im leeren Raum bei weitem nicht aus. Es muss eine große Menge Materie von Sirius A absorbieren, um seine Masse auf die Chandrasekhar-Grenze zu erhöhen.

Unser Sonnensystem hat nur einen Stern. Die Schwerkraft der Sonne hält die acht Planeten und mehrere Zwergplaneten sowie Hunderte von Planetensatelliten und unzählige Asteroiden, Staub usw. fest. Die Reichweite der Gravitation beträgt mehr als 1 Lichtjahr. Der am weitesten von der Sonne entfernte Planet, Neptun, ist 30 AE und Pluto 40 AE entfernt.

Der Sirius-Doppelstern ist nur 20 AE voneinander entfernt, daher ist es für Sirius B nicht unmöglich, etwas Nahrung von Sirius A zu bekommen.

Doch bei einer so großen Entfernung scheint es für B schwierig zu sein, 0,44 Sonnenmassen von A zu erreichen, und selbst wenn die Welt untergehen würde, wäre dies schwer zu erreichen. Diese Gelegenheit könnte sich ergeben, wenn Sirius A stirbt, also in 1,5 Milliarden Jahren. Wenn der Wasserstoff im Kern von Sirius ausgebrannt ist, wird die Kernfusion in der Reihenfolge Helium, Lithium, Beryllium, Bor und Kohlenstoff fortschreiten und schließlich mit Kohlenstoff enden.

Gleichzeitig dehnt sich die äußere Materie des Sterns aufgrund der Schwerkraft und der inneren Strahlungsänderungen aus, und der Radius des Sterns vergrößert sich um das 200- bis 300-fache. Auf diese Weise wird Sirius A mit einem Radius von etwa 1,19 Millionen Kilometern zu einem Roten Riesen mit einem Radius von etwa 238 bis 357 Millionen Kilometern. Trotzdem ist die Entfernung zwischen den beiden Sternen immer noch sehr groß. Die Wahrscheinlichkeit für Stern B besteht darin, dass sich die Expansion von Stern A fortsetzt und schließlich mehr als 70 % der Materie an der Peripherie des Planeten in den umgebenden Weltraum diffundiert.

Auf diese Weise wird eine Menge verdrängter interstellarer Materie von der enormen Schwerkraft von Sirius B eingefangen. Kann die 1,4-fache Masse der Sonnenmaterie, die Sirius A in den Weltraum verliert, schließlich mit so viel Glück von Sirius B eingefangen werden, dass sie eine Masse erreicht, die eine Schockexplosion auslösen könnte? Schwer zu sagen.

Da die beiden Sterne jedoch in einem Zyklus von etwa 9,1 Jahren miteinander verschränkt sind, ist es wahrscheinlich, dass Sirius B in einem solchen Zyklus die gesamte Materie von Stern A auffrisst, die sich in der Nähe der Umlaufbahn ausgebreitet hat, genau wie die Bohnen fressende Schlange im Computerspiel, was ausreicht, um genügend Energie für eine Schockexplosion zu sammeln.

Wie stark ist die Explosion von Sirius als Supernova und welche Auswirkungen wird sie auf die Erde haben?

Eine Supernova, die aus einem Weißen Zwerg explodiert, wird als A-1-Supernova bezeichnet und ihre Explosionsbedingungen folgen der Chandrasekhar-Grenze, die bei 1,44 Sonnenmassen liegt. Daher handelt es sich bei allen La-Supernovas um Explosionen mit extrem normaler Energie, mit ähnlicher Explosionsenergie und grundsätzlich derselben Helligkeit und Lichtkurve.

Auf diese Weise sollte die absolute Stärke einer solchen Supernova-Explosion immer gleich sein, unabhängig davon, in welcher Entfernung die Explosion stattfindet. Aber bei unterschiedlichen Entfernungen ist die scheinbare Helligkeit des Sterns unterschiedlich, das heißt, die wahrgenommene Helligkeit ist unterschiedlich. Diese beiden Helligkeiten können umgerechnet werden und durch die Umrechnung können wir herausfinden, in welcher Entfernung die Explosion stattgefunden hat. Daher wird dieser Typ von Ia-Supernova als Standardkerze im Universum bezeichnet.

Die von Himmelskörpern abgegebene Energie ist proportional zu ihrer Helligkeit. Wenn wir also die Helligkeit des Himmelskörpers kennen, können wir seine Energie berechnen. Der Maßstab zur Messung der Helligkeit von Himmelskörpern ist die Magnitude. Die absolute Helligkeit bezeichnet die Helligkeit eines selbstleuchtenden Himmelskörpers in einer Entfernung von 32,6 Lichtjahren, während die scheinbare Helligkeit die Helligkeit ist, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann.

Je kleiner die Magnitude, desto heller ist es, und je negativer es ist, desto heller ist es. Die Helligkeit jeder Größenordnung unterscheidet sich um das 2,512-fache. Die absolute Helligkeit der Sonne beträgt 4,83 und die absolute Helligkeit einer Supernova-Explosion kann -19,5 erreichen, was etwa dem 4-Milliarden-fachen der Helligkeit der Sonne entspricht.

Die bei einer Supernova-Explosion abgestrahlte Energie kann 10^46 Joule/Sekunde erreichen, während die Strahlungsenergie der Sonne 3,78*10^26 Joule/Sekunde beträgt. Die Gesamtstrahlung der Sonne in ihren 10 Milliarden Lebensjahren beträgt etwa 1,2*10^44 Joule. Mit anderen Worten: Die von einer Supernova-Explosion abgestrahlte Energie entspricht der von 100 Billionen Sonnen abgestrahlten Energie, was der Gesamtstrahlung von 83 Sonnen während ihres Lebens entspricht.

Wenn es also an der Position des Sirius zu einer Supernova-Explosion kommt, welche Auswirkungen wird die Energie dieser Supernova auf die Erde haben? Manche sagen, dass eine Supernova-Explosion alles Leben im Umkreis von 50 Lichtjahren zerstören kann. Wie verstehen wir diese Macht?

Wissenschaftliche Untersuchungen lassen darauf schließen, dass eine Supernova-Explosion den gesamten Stern in extrem kleine Partikel zerlegt. Diese hochenergetischen geladenen Teilchen breiten sich in Form von Stoßwellen in alle Richtungen aus, wobei die höchste Geschwindigkeit mehr als 20.000 Kilometer pro Sekunde erreicht, was fast 7 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht! Diese Schockwellen werden die Erde in nur 122 Jahren erreichen und wahrscheinlich zum Aussterben von Arten führen.

Als erstes kommt natürlich das Licht der Explosion an, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und 8,6 Jahre später ankommt. Wie hell ist das? Wir verwenden die Umrechnungsformel für absolute und scheinbare Helligkeit: m=M-5log(d0/d). Basierend auf der absoluten Helligkeit M der Supernova la von etwa -19,5 können wir sie in die Formel einsetzen und daraus folgern, dass die scheinbare Helligkeit m der Supernova Sirius von der Erde aus gesehen etwa -22,39 beträgt.

Die Sonne ist mit einer scheinbaren Helligkeit von -26,7 der uns am nächsten gelegene Stern. Der Mond ist der uns am nächsten gelegene außerirdische Körper. Bei Vollmond beträgt seine scheinbare Helligkeit -12,7, was auf die Reflexion des Sonnenlichts zurückzuführen ist. und die scheinbare Helligkeit von Sirius, wenn er in einer Supernova explodiert, beträgt etwa -22,39. Aus dieser Sicht ist die Supernova, die auf Sirius explodiert, immer noch nicht so hell wie die Sonne, mit einem Helligkeitsunterschied von Dutzenden von Malen; aber die Helligkeit dieser Supernova ist bereits jetzt das hellste Objekt am Himmel außer der Sonne und beträgt das 7520-fache der Helligkeit des Mondes.

Auf diese Weise können die Menschen während der Zeit, in der Sirius in einer Supernova explodiert, einen sehr hellen Stern am Himmel sehen, der tagsüber sichtbar ist, solange er nicht mit der Sonne zusammenfällt.

Dies ist jedoch nur sichtbares Licht. Die bei der Explosion entstehenden Röntgen- und Gammastrahlen sind hochenergetische Strahlen, die für das Leben schädlich sind. Wenn es viele dieser Strahlen gibt und sie mit Lichtgeschwindigkeit auf die Erde treffen, werden sie das Leben auf der Erde zerstören, bevor die Schockwelle eintrifft.

Können Menschen die Supernova-Explosion auf dem Sirius überleben?

Meine Antwort ist definitiv ja. Aber dieses „kann“ hat zwei Bedeutungen. Einer davon ist, dass die Menschheit schon lange ausgestorben ist und all dies nicht mehr erleben kann, was auch als Flucht vor dieser Katastrophe angesehen werden kann; die andere ist, dass die Bewältigung dieser Situation ein Kinderspiel gewesen wäre, wenn die Menschheit bis zu diesem Tag überlebt hätte.

Die Prämisse ist, dass es mehr als zehn Milliarden Jahre dauern wird, bis Sirius als Supernova explodiert.

Die Geschichte der menschlichen Evolution ist nur Millionen Jahre alt, die Geschichte der Evolution des Homo sapiens ist nur Zehntausende Jahre alt, die Geschichte der menschlichen Zivilisation ist nur Tausende Jahre alt und die Geschichte der menschlichen Technologie ist nur Hunderte Jahre alt. Mittlerweile ist die technologische Entwicklung der Menschheit auf die Überholspur gekommen, und ein Jahr in der Neuzeit entspricht fast Tausenden von Jahren in der Antike.

Wenn Gott der Menschheit noch etwa ein Dutzend Jahre Zeit geben könnte, hätte sich die technologische Zivilisation bereits zu einem unvorstellbaren Niveau auf göttlicher Ebene entwickelt. Oder die Menschen hätten die Erde bereits verlassen und andere Sternensysteme oder sogar extragalaktische Galaxien kolonisiert. Werden also alle unerwarteten Ereignisse auf Sirius für die Menschheit immer noch eine große Sache sein?

Die Menschheit sollte sich deshalb Sorgen darüber machen, dass sie nun an einem Engpass des Überlebens und der Entwicklung angelangt ist und sich die Frage stellt, ob sie weitermachen kann. Umweltprobleme, Treibhauseffekte, Selbstzerstörungsprobleme wie Atomkriege, Asteroideneinschläge, katastrophale Veränderungen der Sonnenenergie usw. hängen wie ein Damoklesschwert über der einseitigen Brücke des menschlichen Überlebens. Wenn sie einmal fallen, wird es keine Erholung mehr geben.

Daher sind die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie, der Schutz und die Wiederherstellung der ökologischen Umwelt sowie die Erzielung einer Win-Win-Kooperation der einzige Ausweg für die Menschheit. Wenn Sie sich über Supernova-Explosionen Sorgen machen, sollten Sie sich wahrscheinlich noch mehr Sorgen um Beteigeuze machen, einen Stern, der das Ende seiner Entwicklung schon lange erreicht hat und sehr groß und instabil geworden ist. Jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass Beteigeuze zeitweise hell und dunkel erscheint und kurz vor der Explosion zu stehen scheint. Oder vielleicht ist es bereits explodiert.

Würde er heute explodieren, könnten wir ihn erst 700 Jahre später sehen, da der Stern etwa 700 Lichtjahre von uns entfernt ist.

Beteigeuze ist ein Stern mit einer Masse, die etwa 12-mal so groß ist wie die der Sonne. Den Gesetzen der Sternentwicklung zufolge wird es dort zwangsläufig zu einer großen Explosion kommen. Aufgrund der großen Entfernung hätte die Explosion jedoch, selbst wenn sie stattfinden sollte, keine großen Auswirkungen auf das Leben auf der Erde. Wir werden nur einen Stern mit einer Helligkeit ähnlich der eines Vollmonds sehen.

Es gibt jedoch eine Ausnahme. Wenn es während der Explosion zu einem Gammastrahlenausbruch kommt und dieser zufällig auf die Erde gerichtet ist, geraten wir in große Schwierigkeiten. Einige Studien gehen davon aus, dass das Massenaussterben im Ordovizium vor 445 Millionen Jahren das Ergebnis eines Gammastrahlenausbruchs infolge einer Supernova-Explosion war. Diese Supernova wurde durch die Kollision zweier Neutronensterne 6.000 Lichtjahre von uns entfernt verursacht.

Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit, dass es bei einem nicht allzu massereichen Stern wie Beteigeuze zu einem Gammastrahlenausbruch kommt, sehr gering. Selbst wenn dies der Fall sein sollte, muss dies nicht unbedingt direkt auf die Erde gerichtet sein. Seien Sie daher bitte entspannt, essen und trinken Sie, wie Sie möchten, und gehen Sie erst zu Bett, wenn Sie satt sind. Was denken Sie? Willkommen zum Diskutieren und Kommentieren.

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