Wie viel Masse verliert unsere Sonne?

Unsere Sonne wird stetig leichter. Wie groß dieser Massenverlust ist, haben nun Forscher anhand der Bahnveränderungen des Merkur ermittelt. Das Ergebnis: Pro zehn Milliarden Jahre verliert die Sonne knapp ein Zehntel Prozent ihrer Masse. Das klingt nicht viel, reicht aber aus, um die Planetenbahnen um 1,5 Zentimeter pro Jahr und astronomischer Einheit nach außen driften zu lassen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten.

Der Planet Merkur und seine Bahn halfen schon Albert Einstein dabei, seine Allgemeine Relativitätstheorie zu überprüfen. Denn der Schwerkrafteinfluss unseres Sterns führt – zusammen mit den Einflüssen der restlichen Planeten – dazu, dass der Planet um die Sonne eiert: Seine Perihelien verschieben sich mit jedem Umlauf. Auch die durch ihre Rotation verursachte „Ausbeulung“ der Sonne an ihrem Äquator und ihr schleichender Masseverlust durch Kernfusion und Sonnenwind beeinflussen die Merkurbahn.

Merkur-Sonde als Messhelfer

Wie viel Masse unsere Sonne im Laufe der Zeit verliert, konnte bisher nur mit theoretischen Modellen und Daten der Mondbahn ermittelt werden. Jetzt jedoch ist es Antonio Genova vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) gemeinsam mit NASA-Kollegen gelungen, diesen theoretischen Wert durch Daten der Merkur-Raumsonde MESSENGER zu untermauern und zu präzisieren.

Für ihre Messungen hatten die Forscher Daten der Raumsonde aus der Zeit ausgewertet, in der MESSENGER den Planeten Merkur umkreiste. Die Bahndaten der Sonde aus sieben Jahren ermöglichten es ihnen, selbst kleine Veränderungen im Schwerkraftregime des Planeten und der Sonne zu registrieren. „Merkur ist das perfekte Testobjekt für solche Experimente, weil er so sensibel auf die Gravitation und die Aktivität der Sonne reagiert“, erklärt Genova.

Subtile Veränderungen des Merkurorbit - messbar mit Daten der MESSENGER-Sonde - geben Auskunft über den Massenverlust der Sonne. © NASA/ GSFC

Ein Zehntel Prozent in zehn Milliarden Jahren

Die Messungen ergaben: Unsere Sonne verliert pro Jahr 900 Billiardstel ihrer Masse. Oder anders ausgedrückt: Innerhalb von zehn Milliarden Jahren nimmt ihre Masse um knapp ein Zehntel Prozent ab, wie die Forscher berichten. Die experimentellen Daten bestätigen damit die bisherigen theoretischen Berechnungen und präzisieren sie gleichzeitig um den Faktor zehn.

Wichtig ist dies vor allem deshalb, weil der Masseverlust der Sonne eng mit der Stabilität der Gravitationskonstante G verknüpft ist – der Konstante, die die Stärke der Gravitationskraft zwischen zwei Objekten in Abhängigkeit von ihrer Masse bestimmt. Nach Einsteins Relativitätstheorie sollte dieser Wert konstant sein. Aber weil bisher der Wert für G nur für fünf Stellen hinter dem Komma genau ermittelt werden konnte, gilt diese Konstanz bisher als nicht bewiesen.

Planeten rücken nach außen

Interessant auch: Die neuen Messwerte verraten, wie sich der solare Massenverlust auf die Orbits der Planeten im Sonnensystem auswirkt. Denn mit der Masse verringert sich auch die Anziehungskraft der Sonne. Als Folge weiten sich allmählich die Bahnen der Planeten – immerhin um 1,5 Zentimeter pro Jahr und astronomischer Einheit, wie Genova und seine Kollegen jetzt ermittelten.

„Wir gehen mit unserem Planeten-Ansatz damit wichtige und seit langem offene Fragen der fundamentalen Physik und Sonnenforschung an“, sagt Koautor Erwan Mazarico vom Goddard Space Science Center der NASA. „Auf diese Weise werden die bisherigen Werte verlässlicher und wir erfahren mehr über die Wechselwirkungen von Sonne und Planeten.“ (Nature Communications, 2018; doi: 10.1038/s41467-017-02558-1)

(NASA, 22.01.2018 – NPO)