Sie ist jeden Morgen da, seit Milliarden von Jahren. Die Sonne wirkt auf menschlichen Zeitskalen wie etwas Unveränderliches – ein Fixpunkt, der schon leuchtete, lange bevor es Menschen gab, und scheinbar auch in einer unvorstellbar fernen Zukunft noch am Himmel stehen wird. Doch auch die Sonne ist ein Stern. Sie wurde geboren, sie verändert sich und irgendwann wird ihre heutige Existenz enden.

Die beruhigende Nachricht zuerst: Dafür bleibt sehr viel Zeit. Unsere Sonne ist ungefähr 4,6 Milliarden Jahre alt und befindet sich noch immer in einer vergleichsweise stabilen Phase ihres Lebens. Nach heutigen Modellen kann sie noch etwa fünf Milliarden Jahre lang Wasserstoff in ihrem Zentrum verschmelzen, bevor sich ihr Aufbau grundlegend verändert. Astronomisch betrachtet hat die Sonne also ungefähr die Hälfte ihres Lebens als normaler Hauptreihenstern hinter sich.

Wie alt ist die Sonne heute?

Das Alter der Sonne lässt sich nicht einfach an ihrer Oberfläche ablesen. Die Wissenschaft rekonstruiert ihre Geschichte unter anderem über Modelle der Sternentwicklung und das Alter des Sonnensystems. Die heutigen Berechnungen kommen auf rund 4,57 bis 4,6 Milliarden Jahre. Sonne und Planeten entstanden damals aus einer großen Wolke aus Gas und Staub, deren Zentrum sich unter der eigenen Schwerkraft immer stärker verdichtete.

Als Druck und Temperatur im Inneren schließlich hoch genug wurden, begann die Kernfusion. Seitdem wird im Sonnenkern Wasserstoff hauptsächlich zu Helium umgewandelt. Dabei wird ein kleiner Teil der Masse in Energie umgesetzt. Diese Energie wandert aus dem Inneren nach außen und verlässt die Sonnenoberfläche schließlich als Strahlung.

Die Sonne befindet sich damit in der sogenannten Hauptreihenphase – jener langen und vergleichsweise ruhigen Lebensphase, die Sterne mit ihrer Masse über Milliarden Jahre verbringen können. Bei der Sonne wird diese Phase insgesamt ungefähr zehn Milliarden Jahre dauern.

Wie lange wird die Sonne noch leuchten?

Die kurze Antwort lautet: noch sehr lange. In ungefähr fünf Milliarden Jahren wird der Wasserstoffvorrat im Zentrum so weit aufgebraucht sein, dass die heutige Form der Energieerzeugung dort nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Das bedeutet allerdings nicht, dass die Sonne dann plötzlich erlischt.

Genau das Gegenteil wird zunächst geschehen.

Wenn die Wasserstofffusion im Kern zurückgeht, verändert sich das Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und dem nach außen gerichteten Druck des heißen Gases. Der Kern zieht sich zusammen und wird heißer. Gleichzeitig kann Wasserstoff in einer Schale um den Kern weiter verschmolzen werden. Die äußeren Schichten reagieren darauf mit einer gewaltigen Ausdehnung: Die Sonne entwickelt sich zu einem Roten Riesen.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA ordnet diesen Übergang ungefähr bei einem Sonnenalter von zehn bis elf Milliarden Jahren ein. Die heute rund 4,6 Milliarden Jahre alte Sonne befindet sich deshalb tatsächlich ungefähr in der Mitte ihrer stabilen Entwicklung.

Wird die Sonne immer heller?

Die Sonne bleibt während ihrer Hauptreihenphase nicht vollkommen unverändert. Mit zunehmendem Alter verändert sich ihr Inneres, und ihre Leuchtkraft steigt langsam an. Dieser Vorgang ist so langsam, dass er innerhalb eines Menschenlebens keinerlei Rolle spielt. Auf geologischen Zeitskalen wird er dagegen bedeutend.

Modelle der langfristigen Sonnenentwicklung ergeben eine Zunahme der mittleren Leuchtkraft von ungefähr zehn Prozent innerhalb der kommenden Milliarde Jahre.

Das führt zu einem bemerkenswerten Unterschied zwischen zwei häufig gestellten Fragen: Die Erde muss nicht darauf warten, bis die Sonne zum Roten Riesen wird, damit sich ihre Bedingungen drastisch verändern. Eine über lange Zeit immer stärkere Sonneneinstrahlung wird das Klima unseres Planeten wesentlich früher beeinflussen.

Wann genau die Erde ihre heutige langfristige Bewohnbarkeit verliert, hängt allerdings von komplexen Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung, Atmosphäre, Wasserkreislauf, Kohlendioxid und geologischen Prozessen ab. Klimamodelle liefern deshalb keinen einzelnen exakt bestimmten Zeitpunkt. Untersuchungen zeigen jedoch, dass die zunehmende Sonnenleuchtkraft auf sehr langen Zeitskalen schließlich Bedingungen erzeugen wird, unter denen die heutige Erde nicht mehr bewohnbar bleibt. Neuere Modellierungen kommen für Teile der irdischen Biosphäre teilweise auf Zeiträume von deutlich mehr als einer Milliarde Jahren.

Wann wird die Sonne zum Roten Riesen?

In ungefähr fünf Milliarden Jahren beginnt für die Sonne jener Abschnitt ihrer Entwicklung, der das Sonnensystem grundlegend verändern wird. Ihr Kern wird sich weiter verändern, während sich ihre äußeren Schichten immer stärker ausdehnen.

Aus unserem heute vergleichsweise kompakten Stern wird ein Roter Riese, dessen Ausmaße ein Vielfaches der gegenwärtigen Sonnengröße erreichen. ESA beschreibt für diese zukünftige Phase eine Ausdehnung auf mehr als das Hundertfache der heutigen Größe.

Der Begriff „Roter Riese“ bedeutet dabei nicht, dass die gesamte Sonne heißer und greller erscheinen würde. Ihre äußeren Schichten dehnen sich stark aus und kühlen dabei ab. Dadurch verschiebt sich ihre sichtbare Farbe in den rötlicheren Bereich. Gleichzeitig nimmt ihre gesamte Leuchtkraft erheblich zu.

Es ist eine völlig andere Sonne als jene, die heute über unserem Himmel steht.

Wird die Sonne die Erde verschlucken?

Merkur wird die Entwicklung der Sonne zum Roten Riesen mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht überstehen. Auch für die Venus sieht es schlecht aus. Bei der Erde ist die Situation komplizierter.

Die Sonne verliert während ihrer späten Entwicklung einen erheblichen Teil ihrer Masse. Dadurch wird ihre Anziehungskraft schwächer, und die Umlaufbahnen der verbliebenen Planeten können sich nach außen verlagern. Gleichzeitig dehnt sich die Sonnenhülle immer weiter aus. Diese beiden Vorgänge wirken gewissermaßen gegeneinander: Die Erde entfernt sich aufgrund des Masseverlustes etwas, während die Oberfläche des Roten Riesen näherkommt.

Deshalb hängt das endgültige Schicksal der Erde von Details dieser Entwicklung ab. Aktuelle Darstellungen von NASA und ESA sprechen davon, dass Merkur und Venus verschlungen werden und auch die Erde möglicherweise im Roten Riesen endet. Sicher ist jedoch unabhängig davon: Ein lebensfreundlicher Planet wäre die Erde zu diesem Zeitpunkt längst nicht mehr.

Die Frage, ob die physische Erde am Ende noch knapp außerhalb der Sonnenhülle kreist oder tatsächlich in ihr verschwindet, ist damit wesentlich offener als die Frage nach ihrer Bewohnbarkeit.

Explodiert die Sonne irgendwann?

Nein. Die Sonne besitzt nicht genügend Masse, um am Ende ihres Lebens als Supernova zu explodieren.

Massereiche Sterne können nach ihrem Brennstoffverbrauch kollabieren und gewaltige Sternexplosionen erzeugen. Die Sonne gehört jedoch zu einer anderen Gewichtsklasse. Nach ihrer Phase als Roter Riese wird sie ihre äußeren Schichten nach und nach ins All abstoßen. Das freigelegte heiße Zentrum bleibt zurück und entwickelt sich zu einem Weißen Zwerg.

Das abgestoßene Gas kann für eine vergleichsweise kurze astronomische Zeit einen sogenannten planetarischen Nebel bilden. Der Name ist historisch und etwas irreführend: Mit Planeten hat ein solcher Nebel nichts zu tun.

Zurück bleibt schließlich der ehemalige Kern der Sonne.

Wird die Sonne zu einem Schwarzen Loch?

Auch das wird nicht geschehen. Für die Entstehung eines Schwarzen Lochs müsste ein Stern am Ende seines Lebens wesentlich massereicher sein als unsere Sonne.

Die Sonne wird vielmehr als Weißer Zwerg enden – ein extrem dichter Sternrest ungefähr in der Größenordnung der Erde. In diesem Objekt findet keine normale Kernfusion wie in der heutigen Sonne mehr statt. Er leuchtet zunächst weiter, weil er noch enorme gespeicherte Wärme besitzt.

Damit führt die Frage „Wie lange wird die Sonne noch leuchten?“ zu einer kleinen Besonderheit: Es gibt keinen einzelnen Moment, an dem jemand einen kosmischen Lichtschalter umlegt.

Die Sonne wird zunächst noch Milliarden Jahre als Hauptreihenstern Energie erzeugen. Danach leuchtet sie als Roter Riese weiter. Und selbst der Weiße Zwerg, der schließlich übrig bleibt, strahlt zunächst noch Wärme und Licht ab.

Was passiert mit dem Weißen Zwerg?

Nach dem Abstoßen ihrer äußeren Schichten besitzt die Sonne keine Möglichkeit mehr, über gewöhnliche Kernfusion dauerhaft neue Energie zu erzeugen. Der Weiße Zwerg kühlt deshalb sehr langsam aus.

Und „langsam“ bekommt an dieser Stelle eine kosmische Bedeutung.

Weiße Zwerge können über Milliarden Jahre hinweg immer weiter abkühlen und schwächer werden. Theoretisch müsste am Ende ein kalter, dunkler sogenannter Schwarzer Zwerg zurückbleiben. Das Universum ist mit einem Alter von rund 13,8 Milliarden Jahren jedoch noch nicht annähernd alt genug, damit solche vollständig ausgekühlten Sternreste bereits entstanden sein könnten. Die letzten Kapitel der Geschichte unserer Sonne liegen damit in Zeiträumen, die weit über ihr heutiges Alter hinausreichen.

Wie sicher wissen wir, was mit der Sonne passieren wird?

Niemand kann fünf oder zehn Milliarden Jahre in die Zukunft beobachten. Trotzdem gehört die grundsätzliche Entwicklung sonnenähnlicher Sterne zu den vergleichsweise gut verstandenen Bereichen der Astrophysik.

Astronomen müssen dafür nicht ausschließlich theoretische Modelle verwenden. Unsere Galaxie enthält Sterne mit unterschiedlichen Massen und in unterschiedlichen Lebensphasen. Manche befinden sich dort, wo die Sonne heute steht, andere sind bereits Rote Riesen oder Weiße Zwerge. Missionen wie ESA Gaia vermessen enorme Mengen solcher Sterne und ermöglichen es, ihre Eigenschaften mit Modellen der Sternentwicklung zu vergleichen. Gaia-Daten wurden beispielsweise gezielt verwendet, um die bisherige und zukünftige Entwicklung sonnenähnlicher Sterne nachzuzeichnen.

Unsicher sind deshalb weniger die großen Stationen der Geschichte als einzelne Details: der genaue Zeitpunkt bestimmter Übergänge, der Masseverlust der alternden Sonne oder das endgültige physische Schicksal der Erde.

Das große Bild dagegen ist klar.

Die Sonne wird nicht plötzlich ausgehen. Sie wird auch nicht explodieren und kein Schwarzes Loch hinterlassen. Noch ungefähr fünf Milliarden Jahre bleibt sie ein Stern, der unserem heutigen zumindest grundsätzlich ähnelt. Danach beginnt eine gewaltige Verwandlung: Roter Riese, Verlust der äußeren Hülle und schließlich ein Weißer Zwerg.

Für uns ist die Sonne damit gleichzeitig vergänglich und beinahe unvorstellbar langlebig. Seit 4,6 Milliarden Jahren beleuchtet sie das Sonnensystem – und ihre Geschichte ist noch lange nicht zu Ende.

Quellen
▪︎ NASA Science – Our Sun: Facts
▪︎ NASA Science – Star Basics und Star Types
▪︎ NASA Science – Life and Death of Stars: Aging Into Gianthood
▪︎ European Space Agency – Gaia reveals the past and future of the Sun
▪︎ European Space Agency – The Sun’s future
▪︎ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – Wie lange scheint die Sonne noch?
▪︎ Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung – Entwicklung Roter Riesen
▪︎ Schröder & Smith, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – Distant future of the Sun and Earth revisited
▪︎ Wolf & Toon, Journal of Geophysical Research: Atmospheres – The evolution of habitable climates under the brightening Sun
▪︎ Haqq-Misra et al., Journal of Geophysical Research: Atmospheres – Maximum Lifetime of the Vegetative Biosphere