Vor 2,8 Millionen Jahren brachte eine Explosion im All der Erde erhöhte Strahlung und Kühlung: Ein Wiener Astronom hat es errechnet.
Es ist schon reizvoll, darüber zu spekulieren, dass bei der Evolution des Menschen ein kosmischer Einfluss mitgespielt haben könnte", erklärt Ernst Dorfi (Astronomie, Uni Wien), der sich in seiner Hauptbeschäftigung keine Spekulation erlaubt und beispielsweise berechnet, wie sich eine Explosionswolke und die damit verbundene kosmische Strahlung im interstellaren Medium ausbreitet.
Explodieren kann ein großer Stern - mit mehr als 15 Sonnenmassen -, wenn er am Ende seines Lebens angelangt ist und einen massereichen Eisenkern besitzt. Sterne ganz allgemein sind das, was man am Himmel sieht - auch unsere Sonne ist einer, ein eher kleiner -, sie verbrennen sich selbst, betreiben Kernfusion, in der sie leichte Elemente zu immer schwereren verschmelzen und dann mit diesen in die nächste Runde gehen: Erst Wasserstoff, dann Helium, dann Sauerstoff und so weiter bis zum Eisen.
Dann ist Schluss. "Beim Eisen hört die Möglichkeit auf, durch Fusion Energie zu erzeugen", erklärt Dorfi: "Will man schwerere Elemente, muss Energie zugeführt werden." Der Stern erlischt und bricht unter seiner eigenen Last explosiv zusammen, das ist eine Supernova Typ II (mit freiem Auge nicht zu unterscheiden vom Typ I, das sind kleinere Doppelsterne, von denen einer vom anderen so lange und so viel Material bezieht, bis er thermonuklear explodiert).
Der Kundige kann beide Typen schon unterscheiden, auch an den Elementen bzw. Isotopen, die beide in ihrem Finale erzeugen, in der "explosiven Nukleosynthese": Beim Kollaps von Typ II werden so viele Neutronen frei, dass sie rascher in Elemente eingebaut bzw. dort ersetzt werden, als sie zerfallen ("rapid neutron capture"). Dann entstehen andere Elemente bzw. Isotopen, als unsere Sonne mit ihrem "slow neutron capture" erzeugen kann: Elektronenreiche Elemente wie Uran und Thorium, elektronenreiche Isotopen von Eisen: 60Fe. Das kann auf der Erde nicht entstehen - es ist kein Zerfallsprodukt -, das kann auch nicht mehr auf der Erde sein, falls es bei deren Entstehung dort war, die Erde ist über vier Milliarden Jahre alt, 60Fe hat eine Halbwertszeit von 1,5 Millionen Jahren.
Manganknollen: Archive in der Tiefsee
Wenn man also 60Fe bei uns findet, muss es von einer Supernova Typ II stammen. Und man findet es. In den Tiefen der Ozeane _ 4000 bis 6000 Meter _ lagern an manchen Stellen Manganknollen. Die bestehen nicht nur aus Mangan, sondern auch aus Nickel, Kobalt und Eisen. Man weiß nicht genau, warum sich die Knollen in manchen Regionen bilden und in anderen nicht. Was man weiß, ist, wie rasch bzw. gemächlich sie wachsen, 2,5 Millimeter pro Jahrmillion. Die legen sie in Schichten an, die man zählen kann wie die Jahresringe in Bäumen. Also braucht man nur Manganknollen _ Meeresforscher des deutschen Alfred-Wegener-Instituts haben sie zur Verfügung gestellt _ und Spezialisten für die Feinanalytik von Eisen, die sitzen an der TU München.
Sie haben das 60Fe in den Knollen durchgemessen und einen Ausschlag ("peak") vor 2,8 Millionen Jahren gefunden. Damals verglühte also irgendwo eine Supernova Typ II. Aber wo? Nun lag der Ball bei Dorfi, und seine Zunft weiß aus der Theorie, wie viel 60Fe bei einer Explosion frei wird. Aber er hatte mit großen Unsicherheiten zu kämpfen: Die Partikel, die zur Erde fliegen, werden von deren Magnetfeld abgelenkt und vom Sonnenwind, manche werden beim Aufprall auf die Erdatmosphäre zertrümmert, zudem ist unklar, wie sich das Eisen auf der Erde verteilt hat, wie repräsentativ also die Manganknollen aus der Tiefsee sind: "Mit allen Unsicherheiten können wir nur sagen, dass die Supernova ungefähr 100 bis 150 Lichtjahre weit weg war" (Physical Review Letters, 93, 171103). Könnte man mit Mondgestein arbeiten, ginge es exakter, Dorfi ist mit der Nasa im Gespräch.
Wo bleibt nun endlich unsere Evolution, die in den Text hineinlocken sollte? Die hochenergetischen Teilchen der Stoßwelle ("shock-wave") einer Supernova sind kosmische Strahlung, die die Atmosphäre bombardieren und Teilchen ionisieren, auf die sie prallen. Die werden dadurch Kondensationskerne für Wolken, man hört es oft in der letzten Zeit, wenn es um mögliche Ursachen der globalen Erwärmung geht: Die versprengten Zweifler an deren anthropogenen Ursachen weisen gerne auf Schwankungen der Intensität der Sonne hin. Die sind für sich genommen viel zu klein, um unser Klima zu beeinflussen, es braucht einen Verstärker, und der könnte im Zusammenspiel von Sonnenwind und kosmischer Strahlung liegen: Ist der Sonnenwind stark, schirmt er die kosmische Strahlung von der Erde ab, dann gibt es weniger Kondensationskerne, weniger Wolken, die Erde wird weniger abgeschattet, wärmer. Wie groß der Effekt ist, ist allerdings umstritten.
Als sich Australopithecus erhob
Und wie groß er vor 2,8 Millionen Jahren war, ist Gegenstand der Spekulation. "Aus den Ausbreitungssimulationen wissen wir, dass es 50.000 bis 100.000 Jahre erhöhte Intensität an kosmischer Strahlung gegeben hat", schließt Dorfi: "Das heißt 50.000 bis 100.000 Jahre erhöhte Mutationen _ die Strahlung ist ja radioaktiv - und kühleres Klima, das neue Anpassungen erforderlich machte." Ja, was war denn vor 2,8 Millionen Jahren? Ungefähr um damals erhob sich die Menschheit endgültig - zum Homo erectus.