Am 3. Januar 2019 erreichte die Erde den Punkt ihrer Umlaufbahn, an dem sie sich der Sonne am nächsten befindet: das Perihel. Jedes Objekt, das eine einzelne Masse (wie unsere Sonne) umkreist, bildet eine Ellipse, die einen Punkt der größten Annäherung enthält, der für diese spezielle Bahn einzigartig ist und als Periapse bezeichnet wird. In den letzten 4,5 Milliarden Jahren hat die Erde die Sonne in einer Ellipse umkreist, genau wie alle anderen Planeten, die ihre Sterne in allen anderen reifen Sonnensystemen in der Galaxie und im Universum umkreisen.

Aber es gibt etwas, das Sie vielleicht nicht erwarten oder schätzen, das aber dennoch auftritt: Die Umlaufbahn der Erde bleibt im Laufe der Zeit nicht gleich, sondern dreht sich spiralförmig nach außen. In diesem Jahr, 2019, war unser Perihel 1,5 Zentimeter weiter entfernt als im letzten Jahr, das wiederum weiter entfernt war als im Jahr zuvor usw. Das gilt nicht nur für die Erde, sondern für jeden Planeten, der sich von seinem Mutterstern entfernt.

Die Kraft, die für die Bahnen jedes Planeten um jedes Sonnensystem im Universum verantwortlich ist, ist dieselbe: das universelle Gravitationsgesetz. Ob man es nun im Sinne von Newton betrachtet, wo jede Masse jede andere Masse im Universum anzieht, oder im Sinne von Einstein, wo Masse und Energie das Gewebe der Raumzeit krümmen, durch das sich andere Massen bewegen, die größte Masse dominiert die Umlaufbahn von allem, was sie beeinflusst.

Wäre die zentrale Masse unveränderlich und der einzige Faktor, der eine Rolle spielt, würde die Gravitationskraft über die Zeit konstant bleiben. Jede Umlaufbahn würde sich für immer in einer perfekten, geschlossenen Ellipse fortsetzen und sich niemals verändern.

Natürlich ist das nicht das, was passiert. In jedem Sonnensystem gibt es andere Massen: Planeten, Monde, Asteroiden, Zentauren, Kuiper-Gürtel-Objekte, Satelliten und mehr. Diese Massen stören die Bahnen und bewirken eine Präzessionsbewegung. Das bedeutet, dass sich der Punkt der größten Annäherung – die Periapsis im Allgemeinen oder das Perihel einer Umlaufbahn in Bezug auf unsere Sonne – im Laufe der Zeit dreht.

Die Präzession der Tagundnachtgleichen wird von der Orbitalmechanik auf verschiedene Weise beeinflusst. Bei der Erde beispielsweise waren das Perihel und die Dezembersonnenwende noch vor 800 Jahren auf einer Linie, aber sie driften langsam auseinander. Mit einer Periode von 21.000 Jahren bewegt sich unser Perihel so, dass es nicht nur den Punkt der größten Annäherung auf unserer Umlaufbahn verändert, sondern auch die Position unserer Polarsterne.

Es gibt noch andere Faktoren, die unsere Umlaufbahn verändern, darunter:

• die zusätzliche Krümmung der Raumzeit aufgrund der Allgemeinen Relativitätstheorie, die bewirkt, dass Planeten in der Nähe einer großen Masse eine zusätzliche Präzession erfahren,
• die Anwesenheit von Materieteilchen in der Ebene des Sonnensystems,
• und die Entstehung von Gravitationswellen, die auftreten, wenn eine Masse (wie ein Planet) eine Region durchquert, in der sich die Krümmung der Raumzeit ändert (z. B. in der Nähe eines Sterns), was ebenfalls eine Inspirationswelle verursacht.

Diese beiden letztgenannten Effekte sind jedoch nur unter extremen Bedingungen von Bedeutung, etwa in der Nähe einer großen, kompakten Masse oder in den frühen Stadien der Entstehung eines Sonnensystems, wenn protoplanetare Scheiben vorhanden und noch massiv sind.

Heute sind die Erde (und alle Planeten) so weit von der Sonne entfernt und von einer so geringen Menge an Materie umgeben, dass eine Inspirationszeitskala Billionen bis Billiarden Mal länger ist als das gegenwärtige Alter des Universums. Da die protoplanetare Scheibe vor etwa 4,5 Milliarden Jahren vollständig verdampft ist, gibt es fast nichts mehr, was unseren Drehimpuls zerstreuen könnte. Der größte Effekt, der zu unserer Spirale beiträgt, ist die Emission des Sonnenwindes, d.h. Teilchen von der Sonne, die auf unseren Planeten prallen und dort haften bleiben, wodurch wir ein wenig Drehimpuls verlieren.

Insgesamt bewegt sich die Erde nicht einmal spiralförmig auf die Sonne zu, sondern spiralförmig nach außen, weg von ihr. Das gilt auch für alle Planeten des Sonnensystems. Mit jedem Jahr, das vergeht, entfernen wir uns nur geringfügig – 1,5 Zentimeter oder 0,00000000001% des Abstands zwischen Erde und Sonne – weiter von der Sonne als im Jahr zuvor.

Der Grund dafür liegt in der Sonne selbst.

Im Inneren der Sonne findet der Prozess der Kernfusion statt. Jede Sekunde gibt die Sonne etwa 3,846 × 1026 Joule an Energie ab, die durch die Umwandlung von Masse in Energie im Kern freigesetzt werden. Einsteins E = mc2 ist die Ursache, die Kernfusion ist der Prozess, und die kontinuierliche Energieabgabe der Sonne ist das Ergebnis. Diese Energie ist der zugrundeliegende Prozess, der praktisch jeden biologisch interessanten Prozess auf der Erde antreibt.

Was jedoch unterschätzt wird, ist, dass die Umwandlung von Materie in Energie im Laufe der Zeit dazu führt, dass die Sonne eine beträchtliche Menge an Masse verliert. Im Laufe der 4,5 Milliarden Jahre währenden Geschichte des Sonnensystems hat unsere Sonne durch den Prozess der Kernfusion etwa 0,03 % ihrer ursprünglichen Masse verloren: vergleichbar mit der Masse des Saturns.

Jährlich verliert die Sonne etwa 4,7 Millionen Tonnen Materie, was die Anziehungskraft auf alle Objekte in unserem Sonnensystem verringert. Diese Anziehungskraft bewirkt, dass sich unsere Umlaufbahnen so verhalten, wie wir es kennen.

Wenn die Anziehungskraft unverändert bliebe, gäbe es aufgrund der Auswirkungen von Reibung, Kollisionen und Gravitationsstrahlung eine sehr, sehr langsame Spirale nach innen. Aber mit den Veränderungen, die wir tatsächlich erleben, ist die Erde, wie alle Planeten, gezwungen, langsam von der Sonne wegzudriften und sich spiralförmig nach außen zu bewegen. Obwohl der Effekt gering ist, ist diese Veränderung von 1,5 Zentimetern pro Jahr leicht berechenbar und eindeutig.

Was wir jedoch noch nicht tun konnten, ist, diese Entfernungsänderung direkt zu messen. Wir wissen, dass sie stattfinden muss; wir wissen, wie groß sie sein muss; wir wissen, dass wir uns spiralförmig von der Sonne entfernen; wir wissen, dass dies mit allen Planeten geschieht.

Aber was wir gerne tun würden, ist, sie direkt zu messen, als einen weiteren Test für die Gesetze der Physik, wie wir sie kennen. So macht die Physik Fortschritte:

• durch die Vorhersage dessen, was wir auf der Grundlage des gesamten Wissens, das wir angesammelt haben, und unserer besten Theorien zu beobachten erwarten,
• durch die Durchführung eines Experiments/einer Beobachtung, das/die die Ergebnisse eines solchen Tests mit der erforderlichen Genauigkeit misst,
• und um zu vergleichen, was wir sehen und was wir erwarten.

Wenn die Dinge übereinstimmen, werden unsere Theorien bestätigt; wenn nicht, ist das ein Hinweis darauf, dass wir vielleicht an der Schwelle zu einer wissenschaftlichen Revolution stehen.

Im Falle des Sonnensystems wäre es allerdings ein Schock, wenn sich die Erde und alle Planeten nicht spiralförmig von der Sonne entfernen würden. Die Geschichte, warum wir uns spiralförmig von der Sonne entfernen müssen, ist so einfach und überzeugend, dass sie unmöglich ignoriert werden kann.

Die Sonne gibt Energie ab, die wir beobachten können, was es uns ermöglicht, die Geschwindigkeit des Massenverlustes über Einsteins E = mc2 zu berechnen.

Die Masse der Sonne bestimmt zusammen mit den Bahnparametern unserer Planeten die Bahn und die Form ihres Umlaufs um die Sonne.

Wenn wir diese Masse ändern, ändern sich die Bahnen um einen leicht berechenbaren Betrag, selbst wenn wir die einfache Newtonsche Physik anwenden.

Und wenn wir diese Berechnungen durchführen, stellen wir fest, dass sich die Erde mit ~1.5 Zentimeter pro Jahr von der Sonne entfernt.

Der Massenverlust der Sonne durch die Verbrennung ihres nuklearen Brennstoffs sorgt dafür, dass sich jede Masse, die unser Sonnensystem umkreist, im Laufe der Zeit langsam nach außen bewegt. Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren war unser Planet etwa 50.000 Kilometer näher an der Sonne als heute, und er wird sich mit der weiteren Entwicklung der Sonne immer weiter entfernen.

Mit jedem Umlauf werden die Planeten immer weniger eng an unsere Sonne gebunden. Die Geschwindigkeit, mit der die Sonne ihren Brennstoff verbrennt, nimmt zu und beschleunigt die Geschwindigkeit, mit der sich alle Planeten nach außen drehen. Obwohl sich dadurch keiner der heutigen Planeten lösen dürfte, ist die langsame, stetige Auswärtswanderung aller Welten unvermeidlich.

Wir sind der Sonne in diesem Jahr näher als je zuvor. Das gilt auch für jeden Planeten um jeden bekannten Stern im Universum, was uns einen Grund mehr gibt, all das zu schätzen, was wir heute haben.