Glühender Planet

Die Sonne, „unser Stern“, macht das Leben auf unserem Planeten erst möglich. Sie erscheint als an ihrer Oberfläche knapp 6.000 Grad heisse, im Wesentlichen aus Wasserstoff und Helium bestehende, 1.4 Millionen Kilometer im Durchmesser grosse Gaskugel. Der Kern als eigentliche Kraftquelle der Sonne hat einen gigantischen Durchmesser von etwa 175.000 km und ist ein Fusionsreaktor. In ihrem Inneren herrschen für uns Menschen kaum vorstellbare Temperaturen von 15 Millionen Grad Celsius. Selbst bei diesen höllischen Temperaturen brennt das Sonnenfeuer gemächlich vor sich hin. Die Sonne hat – wie das Sonnensystem insgesamt – ein Alter von etwa 4,57 Milliarden Jahren und wird vermutlich weitere 5 Milliarden Jahre leuchten. In nur einer Sekunde wandelt die Sonne ungefähr fünf Millionen Tonnen Materie in Energie um. Und um nur mal eine Vorstellung zu geben: Wenn ein Gramm Wasserstoff zu Helium verschmilzt, wird eine Energie von 180.000 Kilowattstunden frei. Damit kann ich mein Tiefkühlgerät 1294 Jahre betreiben oder auf dem elektrischen Kochherd für 720`000 Menschen eine Mahlzeit kochen. Auf einer Stromrechnung würde diese Energie 45.000 Euro kosten. Ein Hauptreihenstern wie die Sonne setzt pro Sekunde mehr Energie frei als alle im Jahr 2011 vorhandenen Kernkraftwerke der Erde in 750.000 Jahren. Aus diesem Masseverlust stammen also die wichtigsten Eigenschaften der Sonne: Licht und Wärme. Um den Sonnenkern herum befindet sich die Strahlungszone. Hier wird die Energie aus dem Sonneninneren in Form von Licht nach aussen transportiert. Entfernen wir uns weiter vom Kern der Sonne, sinkt die Temperatur auf „nur“ noch drei Millionen Grad Celsius ab und wir erreichen die nächste Schicht – die Konvektionszone. Die danach folgende Schicht heisst Photosphäre. Sie ist die sichtbare Oberfläche der Sonne und mit rund 6.000 Grad Celsius vergleichsweise kühl. Diese Zone besteht aus einer 400 Kilometer dicken Gasschicht, die nicht fest, aber undurchdringlich ist. Die Chromosphäre und die Korona bilden zusammen die Sonnenatmosphäre. Die Chromosphäre schliesst sich als nächste Schicht an die Photosphäre an und wird auch Farbsphäre genannt. Diesen Namen erhielt sie wegen ihrer rötlich leuchtenden Farbe. Hier steigt die Temperatur wieder bis auf etwa 10.000 Grad Celsius an. Die äusserste Schicht der Sonnenatmosphäre wird von der Korona gebildet. Diese Zone besteht aus sehr dünnem Gas. In dieser Schicht steigt die Temperatur wieder auf mehreren Millionen Grad Celsius an. Die Sonne ist im Schnitt 149,6 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, das Licht hat eine Geschwindigkeit von 299.792,458 Kilometer pro Sekunde. Das bedeutet, dass das Licht 499 Sekunden von der Sonne zur Erde benötigt, also 8 Minuten und 19 Sekunden. Könnten wir zu Fuss zur Sonne gehen, bräuchten wir über 4.400 Jahre. Wir müssten dabei aber täglich mindestens 93 Kilometer weit marschieren. Das Strahlungsmaximum der Sonne liegt im sichtbaren Licht (keineswegs im Infrarot) und wird vom menschlichen Auge als reines Weiss wahrgenommen. Der ungeschützte Blick zur Sonne – besonders durch ein optisches Instrument wie Fernglas oder Fernrohr – wird dir dein Augenlicht kosten. Mit einem Teleskop darf die Sonne nur mit einem ausdrücklich vom Hersteller für die Sonnenbeobachtung vorgesehenen Filter in der vom Filterhersteller beschriebenen Weise beobachtet werden. Verzichte im Zweifelsfalle auf eigenständige Beobachtungen.

Der Merkur ist ein Gesteinsplanet und von allen der kleinste Planet im Sonnensystem. Sein Durchmesser beträgt mit 4`879.4 km nur knapp 40 Prozent des Erddurchmessers. Die Oberflächentemperaturen des sonnennächsten Planeten liegen in einem Bereich zwischen -170°C und +425°C. Auf keinem anderen Planeten im Sonnensystem schwanken die Temperaturen in einem so grossen Bereich. Der bis zur Glut erhitzte Körper differenzierte sich durch seine innere Gravitation chemisch in Kern, Mantel und Kruste. Dem gängigen Modell zufolge entfallen damit rund 70 Prozent der Gesamtmasse Merkurs auf dessen Kern, welcher mit einem Durchmesser von etwa 3.600 Kilometern dann sogar grösser als der Erdmond wäre. Der Kern besteht in diesem Modell zu 65 Prozent aus Eisen und zu 35 Prozent aus Nickel. Der sich daran anschliessende Mantel ist demnach ungefähr 600 Kilometer dick und besteht hauptsächlich aus geschmolzenen Silikatgesteinen. Darüber liegt eine feste Kruste, die mit 30-40 Kilometern recht dick ist.

Die Venus ist oft der strahlendste „Stern“ am ganzen Firmament – so hell und gross wie kein anderer. Dabei ist sie mit etwa 12.104 Kilometern Durchmesser kleiner als die Erde. Die Venus ist eines der auffälligsten Objekte am Himmel – und nach der Sonne und Mond auch das hellste: Ihre dichte Wolkendecke reflektiert 76 Prozent des auftreffenden Sonnenlichts. Die Venus ist ähnlich wie die Erde aufgebaut. Sie enthält einen ca. 3000 km mächtigen metallischen Kern, der von einem ebenso mächtigen Mantel aus dichten eisenhaltigen Silikaten umhüllt ist. Es ist nicht bekannt, ob der Venuskern so wie der Erdkern in seinem Zentrum fest und in seiner äusseren Zone geschmolzen ist. Die Oberflächenkartierung der Magellan-Sonde ergab, dass die derzeitige Venusoberfläche nicht älter als 500 bis 1000 Millionen Jahre ist. Das legt nahe, dass es früher tektonische Bewegungen auf der Venus gegeben haben muss, die vor 500 bis 1000 Millionen Jahren zum Stillstand gekommen sind.

Im Vergleich zur Sonne mit ihren 1,4 Millionen Kilometern im Durchmesser, wirkt unsere Erde mit einem Durchmesser von 12`742 Kilometern winzig. Stell dir vor, die Sonne wäre ein Fussball und die Erde eine drei Millimeter kleine Kugel, die ca. 30 Meter vom Fussball entfernt ist. Oder denkt man sich beispielsweise die Erde winzig wie der Kopf einer Stecknadel, dann umkreiste sie der Mond in drei Zentimeter Abstand mit der Grösse einer Nadelspitze, während die Sonne, eine Kugel von 11 Zentimeter Durchmesser, in zwölf Meter Entfernung zu positionieren wäre. Was zugleich bedeutet, dass wenn die Erde mit einem Durchmesser von gut 5 mm den gleichen Durchmesser wie die Pupille unseres Auges hätte, demgegenüber die Sonne einem Strassenschild „Allgemeines Fahrverbot“ mit dem Durchmesser von 60 cm entspricht, welches wir in einer Entfernung von cirka 65 m erblicken würden. Die Erde besteht nach seismischen Messungen aus drei Schalen: Dem Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Der innere Erdkern, mit einem Radius von 3450 km, beginnt ab einer Tiefe von 5.150 km und reicht bis zum Erdmittelpunkt. Trotz der sehr hohen Temperaturen im inneren Kern, die bei etwa 5.500°C liegen, besteht dieser Teil des Erdkerns vorwiegend aus festem Eisen und geringeren Anteilen von Nickel. Mit 5.500°C sind die heissesten Stellen im Erdinneren immer noch leicht kühler als die kühlsten Punkte der Sonnenoberfläche. Der enorme Druck, der im Innern herrscht, könnte eine Erklärung dafür sein, warum der innere Kern fest und nicht flüssig ist, wie dies beim äusseren Kern der Fall ist. Der äussere Erdkern beginnt ab einer Tiefe von im Mittel 2,900 km und endet an der Grenze zum inneren Erdkern bei 5.150 km. Bei Temperaturen um die 4.200°C an der Kern-Mantel-Grenze und ca. 4.400°C am Übergang zum inneren Erdkern, verhält sich die auch hier hauptsächlich aus Eisen bestehende Materie auf Grund des geringeren Drucks flüssig. Die Erde hat einen weissglühenden Nickel-Eisen-Kern, der von einem dicken, flüssigen Mantel umhüllt ist. Im unteren Mantel, zwischen 660 km und 2900 km Tiefe, herrscht eine Temperatur von etwa 2000°C. Der Bereich zwischen 410 km und 660 km Tiefe gilt als Übergang vom unteren zum oberen Mantel. Der obere Mantel beginnt in 410 km Tiefe und erstreckt sich bis herauf zur Erdkruste. Drum herum bilden mehrere Platten eine Gesteinskruste. Diese Platten schwimmen auf dem flüssigen Mantel – das heisst: Sie sind beweglich. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die Lithosphäre. Sie ist zwischen 50 und 100 km dick und besteht aus grossen und kleineren tektonischen Platten.

Aufgrund der langsamen Rotation des Erd-Mondes und seiner nur äusserst dünnen Gashülle gibt es auf der Mondoberfläche zwischen der Tag- und der Nachtseite sehr grosse Temperaturunterschiede. Mit der Sonne im Zenit steigt die Temperatur auf etwa 130°C und fällt in der Nacht auf etwa −160°C. Über den Mondkern ist kaum etwas bekannt und über dessen genaue Grösse und Eigenschaften existieren unterschiedliche Ansichten. Durch aufwendige Aufbereitung seismischer Daten wurde nunmehr ermittelt, dass der Mondkern mit einem Radius von etwa 350 km ungefähr 20% der Grösse des Mondes besitzt und sich die Mantel-Kern-Grenze damit in einer Tiefe von etwa 1400 km befindet. Es wird angenommen, dass er, wie der Erdkern, vor allem aus Eisen besteht. Hierbei liefern die seismischen Daten Hinweise darauf, dass ein fester innerer Kern von einem flüssigen äusseren Kern umgeben ist, an den sich wiederum nach aussen eine teil-aufgeschmolzene Zone des untersten Mantels anschliesst. Aus diesem Modell lassen sich die ungefähren Temperaturen ableiten, die im Kern des Mondes entsprechend herrschen müssen, die deutlich unter denen des Erdkerns, um die 1400°C liegen.

Der Brennstoff der Sonne reicht noch für einige ruhige Zeitalter. Was über die vergangenen fünf Milliarden Jahre gleich geblieben ist und sich nach astronomischem Ermessen auch in den kommenden fünf Milliarden Jahren kaum ändern dürfte, sind die lebensfreundlichen Bedingungen auf unserem Planeten. Und das inmitten eines äusserst unwirtlichen Universums, in dem Temperaturen zwischen Millionen Grad und dem absoluten Kältepunkt von minus 273 Grad herrschen. Erst in fünf Milliarden Jahren wird den Schätzungen der Astrophysiker zufolge aller Wasserstoff im Kern der Sonne zu Helium umgewandelt sein. Der Feuerball hat dann sämtliche Wasserstoff-Atomkerne in seinem Innern zu Heliumkernen verschmolzen. Ist es so weit, schalten Sterne auf einen Energiesparmodus um: Sie zwingen Helium-Atomkerne, zu Kohlenstoff zu fusionieren. Im Zuge dieser Reaktion blähen sich die Sterne zu Roten-Riesen auf. Schliesslich steht die Sonne doppelt so hell am Himmel wie heute. Spätestens in den darauf folgenden zwei Milliarden Jahren wird sich der Segen jedoch ins Gegenteil verkehren, sich die Sonne gewaltig aufblähen. In sieben Milliarden Jahren wird die Sonne plötzlich zu einem fetten, roten Riesenstern wachsen. Erst verschlingt der glühende Gasball Merkur und Venus, dann die Erde. Schon in den Jahren davor wird es so heiss auf dem Blauen Planeten, dass die Ozeane verdampfen und mit ihnen alle verbliebenen Lebewesen. Ist dann auch das Helium aufgebraucht, geht dem Stern die Puste aus. Mit einem mal fällt er in sich zusammen. Je nachdem, wie schwer er ist, lässt er dabei entweder eine weisslich schimmernde Sternleiche zurück, einen sogenannten Weissen Zwerg. Oder die Überreste kollabieren zu einer nur zehn Kilometer grossen, aber extrem massiven Kugel, Physiker sprechen von einem Neutronenstern. Im einstigen Sonnensystem wird es dann dunkler und dunkler werden. Der dann in dieser Himmelsregion einbrechende Winter könnte ewig währen. Vielleicht geht unser Sonnensystem aber auch in einen neuen kosmischen Recycling-Prozess ein: Die noch vorhandene Materie könnte sich mit frischem Gas mischen. Etwa bei einem Zusammenstoss der Milchstrasse mit der langsam näher rückenden Nachbargalaxie Andromeda. Bei dieser Kollision könnte sich auch in unseren Breiten eine neue, dichte Gaswolke und schliesslich eine neue Sonne bilden.

Textcollage: Andreas Gerber

Texte aus:

https://www.tagesspiegel.de/weltspiegel/astronomie-wie-lange-scheint-die-sonne-noch/250754.html

https://de.wikipedia.org/wiki/Sonne

https://www.astronews.com/frag/antworten/frage394.html

https://www.wasistwas.de/archiv-wissenschaft-details/wie-heiss-ist-die-sonne-tatsaechlich.html

https://www.swr.de/blog/1000antworten/antwort/11616/wie-heis-ist-die-sonne/

https://lexikon.astronomie.info/sonne/

https://www.geo.de/geolino/natur-und-umwelt/10511-rtkl-wissenschaft-der-aufbau-der-sonne$

https://www.schwarzwald-energy.de/kwh-kilowatt-stunde.html

https://de.wikipedia.org/wiki/Merkur_(Planet)#Innerer_Aufbau

https://de.wikipedia.org/wiki/Merkur_(Planet)#Aufbau