Sonne - Basiswissen

von Wolfgang Paech

Sonne - Basiswissen

Wenn man an einem warmen Sommertag in die Sonne blinzelt, debkt man selten daran, dass dieser dem blossen Auge als ein ruhige Quelle von Licht und Wärme erscheinende Stern tatsächlich ein brodelndes "Inferno" ungeheuren Ausmaßes ist.

Dabei ist die Sonne ist ein normaler Fixstern, wie alle anderen Sterne die wir am nächtlichen Himmel beobachten können. Sie ist - im Vergleich zu vielen anderen Sternen - weder besonders groß noch aussergewöhnlich heiss oder kühl.

Sonne und Sonnensystem (Planeten, Kometen) sind zur gleichen Zeit - vor ungefähr 4.6 Milliarden Jahren - aus einer interstellaren Gas- und Staubwolke entstanden. Die Sonne ist im Sonnensystem der einzige Körper, der selbst Licht und Wärme abstrahlt. Planeten sind nur sichtbar, weil sie das von ihrer Sonne abgestrahle Licht reflektieren.

Die Sonne beinhaltet etwa 99.8% der Gesamtmasse des Sonnensystems. Ihr ungefähres Alter kennt man aus den Untersuchen ältester Mineralien der Erdoberfläche und von Meteoriten über die Halbwertzeitbestimmung radioaktiver Elemente. Dass die Sonne über mehrere Milliarden Jahre ihre Energieabstrahlung nahezu konstant gehalten hat, schliesst man aus 3.5 Milliarden Jahre alten Versteinerungen von Blaualgen, die damals wie heute gleiche Umweltbedingungen (flüssiges Wasser) zum Leben benötigten. Und dass die Sonne zumindest in den letzten 5.000 Jahren keine Änderungen ihres Durchmessers und damit ihrer Leuchtkraft erlitten hat, weiss man definitiv aus Beschreibungen historischer totaler Sonnenfinsternisse, die nicht hätten beobachtet werden können, wenn der Sonnendurchmesser größeren Schwankungen unterlegen gewesen wäre.

Unsere Sonne ist eine gigantische Gaskugel ohne festen Kern, mit einem Durchmesser von knapp 1.4 Millionen Kilometern. Unsere Erde kreist in einem mittleren Abstand von 149 Millionen Kilometer um das Zentralgestirn (1 astronomische Einheit = 1AE). Um einen Körper vom Volumen der Sonne zu erzeugen, müsste man 1.300.000 Erdkugeln zusammenpacken.

Die Stabilität dieser Gaskugel wird dadurch erreicht, dass daß sich die Summe der nach außen gerichteten Kräfte und die Summe der nach innen gerichteten Kräfte zu Null summieren.

Dabei sind nach außen gerichtet: die Zentrifugalkraft. Die Kraft, die von der rotierenden Masse in ihrem Bestreben radial zu entfliehen (Fliehkraft) und demStrahlungsdruck (Energieerzeugung, Kernfusion, Energietransport aus dem Zentrum nach außen).

Nach innen gerichtet ist hauptsächlich: die Gravitationskraft, die durch die eigentliche Masse der Sonne entsteht.

Bitte beachten Sie, dass dies eine sehr simple Darstellung des Stabilitätszustandes der Sonne ist, da die Sonne rotiert - wie die Erde - um eine Rotationsachse. Die Rotationsgeschwindigkeit ist - da die Sonne kein starrer Körper ist - unterschiedlich zwischen Äquator und Sonnenpol (man nennt das differentielle Rotation). Am Äquator beträgt die Rotationsperiode knapp 26-, an den Polen ca. 35 Tage und die Sonne ein sehr starkes Magnetfeld (siehe auch Tabelle)besitzt, welches zusammen mit der Sonne - ebenfalls differentiell - rotiert und dabei starke lokale Massenverschiebungen auslösen.

Magnetfelder und Magnetfeldlinien sind der Schlüssel zu allen beobachtbaren Sonnenphänomenen aber sie sind bis heute - im Detail - wenig verstanden und daher zur Zeit Gegenstand intensiver Erforschung (Stichwort: Magnetohydrodynamik).

Alle beobachtbaren Sonnenphänomene (Sonnenflecken, Protuberanzen, Magnetfelder, Form der Korona etc.) verlaufen in einem ca. 11-jährigem Zyklus, den man ebenfalls einige Tausend Jahre zurückverfolgen kann.

Die Sonne hat im inneren Kern eine Temperatur von ca. 15 Millionen Grad bei dem unvorstellbaren Druck, der dem 300 Millarden fachem Luftdruck der Erde in Meereshöhe entspricht. Hier wird die Energie der Sonne erzeugt. Die äusseren Gasschichten, die wir mit dem blossem Auge sehen (Photosphäre), sind immer noch ca. 5.500 Grad Celsius heiss (dass ist mehr als die dreifache Schmelztemperatur von Eisen).

Seit 1995 haben die NASA zusammen mit der ESA (Europeen Space Agency) einen speziellen Satelliten (SOHO) zwischen Erde und Sonne stationiert, der die Sonne kontinuierlich in vielen Spektralbereichen (auch solchen, die von der Erdoberfläche nicht zu beobachten sind) "rund um die Uhr" beobachtet. SOHO hat in den letzten Jahren spektakuläre Beobachtungen zur Erde gefunkt. Einige Bilder dieser Sonnenseiten wurden mit Instrumenten von SOHO aufgenommen.

Stellt man sich die Sonne als "Zwiebel" vor und wickelt die einzelnen Schalen ab, so definieren die Sonnenphysiker folgende Gebiete:

Schnitt durch die Sonne (Quelle: © SuW Special 4, Sonne - der Stern in unsere Nähe, Hüthig Verlag Heidelberg), mit freundlicher Genehmigung für Astronomie.de

Die Sonne von innen nach aussen:

Kernbereich
Strahlungszone
Konvektionszone
Photosphäre
Chromosphäre
Korona

Die folgende Tabelle gibt die wichtigsten physikalischen Daten unserer Sonne

Durchmesser 1. 392. 500 km
Volumen 1.4 x 10 hoch 27 Kubikmeter
Masse 2 x 10 hoch 30 Kilogramm
Mittlere Dichte 1.4 Gramm pro Kubikzentimeter
Dichte im Zentrum 1.6 x 10 hoch 5 Kilogramm pro Kubikmeter
Dichte der Photosphäre 1.0 x 10 hoch - 6 Kilogramm pro Kubikmeter
Dichte in der Korona 1.0 x 10 hoch -13 Kilogramm pro Kubikmeter
Temperatur im Kern 15 Millionen Grad Celsius
Temperatur der Photosphäre 5.500 Grad Celsius
Temperatur in einem Sonnenfleck 4.500 Grad Celsius
Temperatur von Protuberanzen ca. 50.000 Grad Celsius
Temperatur in einem Sonnenflare mehrere 100.000 Grad Celsius
Temperatur der Korona 1 - 2 Millionen Grad
Rotationzeit am Äquator 26 Tage
Rotationszeit am SonnenPol 35 Tage
Alter ca. 4.6 Milliarden Jahre
Vermutete Lebenszeit der Sonne weitere 5 - 6 Milliarden Jahre
Magnetische Feldstärken  
Gesamtfeld ca. 1 Gauß (Erde ca. 0.1 Gauß)
in Sonnenflecken ca. 3000 Gauß
in Protuberanzen ca. 10 - 100 Gauß
Chemische Zusammensetzung der Photosphäre (in Prozent)  
Wasserstoff 73.5
Helium 24.8
Sauerstoff 0.8
Kohlenstoff 0.3
Eisen 0.15
Neon 0.12
Stickstoff 0.1
Silizium 0.07
Magnesium 0.05
Schwefel 0.04
alle anderen (67 Elemente eindeutig identifiziert) 0.1

Schaut man sich die Tabelle etwas genauer an, so fallen zwei Dinge deutlich auf:

zum einen nimmt die Dichte des Gases zwischen Photosphäre und der darüber liegenden Chromosphäre und der Korona dramatisch ab. Das ist der Grund, warum wir - beobachten wir die Sonne - einen scharf begrenzten Sonnenrand sehen. Zum zweiten zeigt sich deutlich, dass die Temperatur zwischen Photosphäre und Korona massiv ansteigt. Dieser Prozess ist weitgehend unverstanden, mehr finden Sie im Abschnitt unter Korona.

Weiter lesen: Der Kern unserer Sonne

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