Die Entwicklung der Sonne

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Die Sonne

Die Entstehung der Sonne

Die Sonne ist der Garant für alles existierende Leben auf der Erde. Schon immer wollten Menschen wissen, was es mit dem gigantischen Feuerball am Himmel auf sich hat. „Warum entstand die Sonne?“ „Wie ist sie entstanden?“ oder „Wann wird sie erlöschen?“, sind daher Leitfragen zum Thema Sonne. Die Wissenschaft hat in den letzten Jahrhunderten einige interessante Theorien bezüglich der sonnenschein2Entstehung, der Entstehungsursache und dem Zeitpunkt der Entstehung aufgestellt. Dieser Artikel beschäftigt sich sowohl mit den Daten und Fakten, als auch mit Theorien rund um die Entstehung der Sonne.

Am Anfang der Entstehungsgeschichte steht der Urknall. Hierbei geht man davon aus, dass vor 15 Milliarden Jahren die Elemente aus dem Nichts entstanden sind. Die gesamte Masse muss im Augenblick einer gewaltigen Explosion an einem unendlich kleinen und dichten Punkt von unendlichegalaxyr Hitze vereint gewesen sein. Diese stark konzentrierte Materie explodierte plötzlich unter gewaltigem Druck, dehnte sich dadurch aus und schuf so Raum und Zeit. Unsere Sonne entstand dann aus der riesigen umherwirbelnden Wolke aus Gasen, vor allem Wasserstoff und Helium, und Staub wie beispielsweise Eispartikel und Eisen, welche durch den Urknall entstand. Vor ca. 4,5 Milliarden Jahren entwickelte sich dann in dieser dünn verstreckten, noch homogenen, also im Raum gleichmäßig verteilten Materie eine Gravitationskraft (vgl. Isaac Newton, Gravitationsgesetz: Zwei Körper ziehen sich abhängig von Masse und Entfernung der beiden Körper voneinander an). In diesem Fall zogen sich Atome gegenseitig an, wodurch die Masse und die Dichte dieser durch Gravitation entstandenen Wolke immer weiter stieg. Aufgrund der ansteigenden Masse wurde auch die Schwerkraft, welche die Wolke zusammenhält, immer größer. An dieser Stelle gibt es jetzt zwei unterschiedliche Szenarien: Zum einen ist es möglich, dass diese Wolke aufgrund der eigenen Schwerkraft kollabierte. Dies würde bedeuten, dass die dauerhaft ansteigende Masse so groß wurde, dass die Schwerkraft zu stark wurde, und die Wolke deshalb in sich zusammengestürzt ist. Zum anderen kann es auch sein, dass die Wolke durch die Druckwelle einer nahen Supernova-Explosion zusammenstürzte. Die beiden Theorien unterscheiden sich nur bezüglich der Art und Weise, wie die Wolke kollabierte. Die Folgen sind bei beiden Szenarien die gleichen. Durch den Zusammensturz rotierte die Wolke immer schneller, wodurch sie erheblich abflachte (siehe Abbildung). Dadurch entstand im Inneren der Wolke über einige Millionen Jahre eine unvorstellbare Hitze und eine gewaltige Dichte, wobei die Masse nach wie vor anstieg. Als im inneren eine Hitze von mehreren Millionen Grad erreicht war, kam es zur Verschmelzung von Wasserstoffkernen zu Helium. Diese sogenannte Kernschmelze war sozusagen die Startreaktion der Sonne. Durch die Kernschmelze wird ungeheuer viel Energie in Form von Licht und Wärme frei.

Der aktuelle Stand der Sonne

Nun, da wir uns bereits die Geburtsstunde der Sonne vor Augen geführt haben, wollen wir uns ein Bild vom gegenwärtigen Zustand dieses Himmelskörpers machen, ohne den es kein Leben auf dem blauen Planeten gäbe. Der folgende Artikel soll einen anschaulichen Überblick zu allgemeinen Daten und Fakten bezüglich unserer Sonne liefern.

Das Hauptmerkmal unserer Sonne ist natürlich, dass sie uns Licht und Wärme spendet. Mithilfe moderner Technologie wie Solar- und Fotovoltalikanlagen versuchen wir uns diese Energie nutzbar zu machen. Tatsächlich kommt nur ein Bruchteil der von der Sonne produzierten Energie auf der Erde an. Von 384 Trillionen Megawatt erreichen uns “nur“ 178 Milliarden Megawatt. Dabei braucht jeder Lichtstrahl ungefähr 8 Minuten, um die 149,5 Millionen Kilometer Entfernung zur Erde zu überwinden. Zum Vergleich: ein durchschnittliches Passagierflugzeug bräuchte für diese Entfernung 14 Jahre, ein Auto bräuchte sogar 170 Jahre. Um sich das Ausmaß der Lichtenergie klar zumachen, muss man sich vorstellen, dass 1 Quadratmeter der Sonne heller leuchtet als 1 Millionen Glühbirnen.

[1]Allgemein

Kommen wir nun vom Licht zur Wärme. Damit die Temperatur auf der Erde trotz der immensen Entfernung immer noch ausreichend hoch ist, muss die Sonne selbst unglaublich heiß sein. Eine Hitze von 15 Millionen °C entsteht, wenn im innersten der Sonne Wasserstoff in Helium verwandelt wird. Auf ihrer Oberfläche bleiben davon lediglich 5.600 °C übrig. Wie andere Sterne besteht die Sonne größtenteils aus den Gasen, die sich überall im Universum finden lassen: ca. 74% Wasserstoff, 25% Helium. Darüber hinaus lassen sich Spuren von 90 weiteren Elementen finden.

Widmen wir uns jetzt den Ausmaßen der Sonne. Aus unserer Sicht ist die Sonne unfassbar riesig.

Mit einem Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometern und einem Umfang von 4,4 Millionen Kilometern kommt man insgesamt auf ein Körpervolumen, in das die Erde 1,3 Millionen mal reinpassen würde. Wie die Darstellung verdeutlicht, lässt sich das Größenverhältnis von Erde zu Sonne etwa mit dem Verhältnis einer Kirsche zu einem Gymnastikball vergleichen (vgl. Bild [2]). Insgesamt kommen wir damit auf ein Gewicht, das dem 330.000-fachen Gewicht der Erde und dem 1000-fachen Gewicht aller 9 Planeten zusammen entspricht.

Sonne vs. Erde (1024 x 768 px)

Sonne vs. Erde (1024 x 768 px)

Bisher haben wir die Sonne lediglich mit der Erde und anderen Planeten verglichen und festgestellt, dass ihre Ausmaße scheinbar überwältigend sind. Im Vergleich zu anderen Sternen ist sie aber eher mittelgroß bis klein. Man bezeichnet sie als einen gelben Zwerg.

Abbildung links: Sonne im Vergleich zu einem Roten Riesen und einem weißen Zwerg [3]groessenvergleichVergleich-Sonne und andere Gestirne

rechts: Sonne(mitte) im Vergleich zum Blauen Riesen Bellatrix und Roten Riesen Algol B [4]

Es ist also alles eine Frage der Perspektive. Tatsache bleibt, dass ohne die Sonne kein Leben auf der Erde möglich wäre. Darüber müssen sich künftige Generationen auch erst einmal keine Sorgen machen, denn die Sonne hat erst die Hälfte ihrer “Lebensdauer“ erreicht und wird wahrscheinlich noch weitere 5 Milliarden Jahre scheinen. Was passiert, wenn die Zeit der Sonne sich ihrem Ende naht, versucht der Folgeartikel zu beantworten.

Der Untergang der Sonne

Wie alle Dinge, wird auch irgendwann die Sonne Teil der vergangenen Geschichte sein. Laut dem jetzigen Stand der Wissenschaft wird dieser Fall in rund 4,5 Milliarden Jahren eintreten, also existiert die Sonne noch genauso lange wie sie schon besteht.Grafik_1-Lebensdauer-Sonne-435x175

Doch warum wird die Sonne eines Tages erlöschen? Diese Frage kann mittlerweile recht eindeutig beantwortet werden. Auf der Sonne finden andauernd Kernfusionen mit Wasserstoffatomen untereinander statt, die dann zusammen zu Helium werden. Wenn die Wasserstoffreserven der Sonne zur Neige gehen, nimmt selbstverständlicherweise die Zahl solcher Kernfusionen, durch die unter anderem Strahlung emittiert wird, ab. Die Strahlung erzeugt jedoch den sogenannten Strahlungsdruck, welcher entgegen der Gravitationskraft der Sonne auf sich selbst wirkt. Nimmt der Strahlungsdruck ab und gewinnt die Gravitationskraft überhand, zieht sich die Sonne zusammen.

Durch die komprimierte Form wird im Inneren der Sonne eine höhere Temperatur erreicht, welche es möglich macht, mit den ehemaligen Endprodukten der Wasserstoffkernfusionen neue, „schwere“ Kernfusionen durchzuführen. Durch die erneuten Kernfusionen steigt die Strahlung und somit der Strahlungsdruck an, was ein Ausdehnung der Sonne zur Folge hat. Dieser Vorgang wiederholt sich einige Male, während dieses Prozesses wird die Sonne als weißer Zwerg beziehungsweise als roter Riese bezeichnet, bei einer Abkühlung spricht man von einem roten Zwerg.groessenvergleich

Welche Auswirkung hat dieser Vorgang für die Lebewesen beziehungsweise für unser Sonnensystem? Es ist davon auszugehen, dass durch die Ausdehnung der Sonne die zwei inneren Planeten Merkur und Venus „verschluckt“ werden. Darüber hinaus wird durch die Ausdehnung der Abstand von der Sonne zur Erde so gering, dass es schier zu heiß für jegliches Leben wird. Das Problem wird also nicht das fehlende Licht und somit die ausbleibende Vegetation, sondern die hohen Temperaturen, welche zeitweise erreicht werden, darstellen.

The sun
The origin of the sun

The sun is the guarantor for all existing life on the earth. People always wanted to know what is has with the huge fireball in the sky on itself. „Why did the sun originate?“ „How has she originated?“ or „When she will go out?“ these are leading questions on the subject of the sun. During the last centuries, the science has put up some interesting theories with regard to the origin, the origin cause and the time of the origin. This article deals with the data and facts, as well as with theories all around the origin of the sun.sonnenschein2

At the beginning of the history of the origin stands the big bang. On this occasion, we assume that before 15 milliard years the elements have originated from nothing. The whole mass have been united at the moment of an immense explosion in an infinitely small and thick point by infinite heat. This strongly concentrated matter suddenly exploded under immense pressure, thereby extended and created thus space and time.galaxy Then our sun originated from the gigantic flying cloud of gases before all hydrogen and helium, and dust as for example ice particle and iron which originated from the big bang. Then before approx. 4. 5 milliard years developed in this thinly distributes still to homogeneous, so in the space matter evenly distributes a gravitational force (cf. Isaac Newton, law of gravitation: Two bodies dress depending on mass and distance of both bodies of each other). In this case atoms stretched mutually in through what the mass and the density of this cloud resulted by gravity on and on rose. On account of the rising mass the gravitation which holds together the cloud also became greater and greater. Now at this point there are two different scenarios: On the one hand it is possible that this cloud on collapsed by the own gravitation. The permanently rising mass became so largely that the gravitation became too strong, and, therefore, the cloud has collapsed in itself. On the other hand it can also be that the cloud collapsed by the blast of a close supernova explosion. Both theories differ only with regard to the way like the cloud collapsed, the results are the same ones with both scenarios. By the collapse the cloud rotated faster and faster by which it considerably flattened (see picture). An inconceivable heat and an immense density originated inside of the cloud more than some million years from it and the mass still rose. When in the internal one a heat of several million degrees was reached, it came to the fusion of hydrogen cores to helium. These so-called core glazes was the start reaction of the sun. By the core glazes a lot of energy becomes free. Enormously in the form of light and warmth.

The current state of the sun

Now let’s have a look at the sun’s current state. The following article’s purpose is to give you an overview about basic facts surrounding the sun, the source of all live on earth.

Only a small percentage of the nergy produced by the sun actually reaches eart – about 178 billion megawatt out of 384 trillion megawatt. It takes a single ray of light about 8 minutes to pass a distance of 149.5 million kilometers (about 92.9 million miles). It would take an average car about 170 years to drive from the earth to the sun. To make it clear just how much energy the sun produces everyday, imagine this: 1 square meter of this star shines as bright as 1 million light bulbs.Allgemein

This amount of energy is produced by a chemical reaction that turns hydrogen into helium, which are the elments the sun mainly consists of. That does not only make the sun shine bright but it is also the reason why the sun is so hot. Around the core of the sun there is a heat of about 15 million °C (59 million °F) whereas there are “only“ 5600 °C (10100 °F) left at the surface.

The last thing I would like to show you is how big the sun is. With a diameter of 1.4 million kilometers (about 869000 miles) and a circumference of 4.4 million kilometers (about 2.7 million miles) one could fit 1.3 million earths into the sun. Comparing earth and sun is like comparing an exercise ball with a cherry. Due to such an imense size the sun’s weigt is about 330.000 times the weigt of our planet and about 1000 times the weigt of all 9 planets combined.Sonne vs. Erde (1024 x 768 px)

All that sounds impressive but if you compare the size of the sun with the size of other stars it seems that the sun is relatively small, asthe pictures make clear.Vergleich-Sonne und andere Gestirnegroessenvergleich

The end of the sun

Like all things, the sun will be a part of past history. According to the current state of science this case is going to happen in 4.5 billion years. That’s exactly the time the sun already has existed.Grafik_1-Lebensdauer-Sonne-435x175

However, why will the sun go out, one day? This question is easy to answer nowadays. At the sun, core coalescences with hydrogen atoms take place all the time. Always two of them become a helium atom. If the hydrogen reserves of the sun go to the bending, the number of such core coalescences by which radiation is emitted will decrease. This radiation produces radiation pressure, which works against the gravitational force of the sun on itself. If the radiation pressure decreases and the gravitational force wins, the gravitational force will contract the sun. Inside the sun this causes a higher temperature which makes it possible to carry out new, “heavier” core coalescences with the former products of the hydrogen core coalescences. By the renewed core coalescences the radiation and therefore the radiation pressure rises what has an expansion of the sun as an effect. This process recurs several times, during this process the sun is called white dwarf or red giant, while cooling it’s called red dwarf.

Which effect does this process have for the living beings or for our solar system? Experts are sure that groessenvergleichthe two planets Venus and Mercury, which are nearest to the sun, will be “swallowed” by the expansion of the sun. Furthermore, the sun will turn so big that the distance between sun and earth will be so short that it will be too hot for any piece of living. So the problem will not be the missing light and therefore the missing vegetation. But the high temperatures cause the end of our “earth live.”

Von

Matthias Preintner, Christian Leibel und Andreas Wimmer

Quellen:

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