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Grundwissen

Aufbau der Sonne

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Der Kern der Sonne stellt einen Fusionsreaktor dar, der letztendlich für die abgestrahlte Energie verantwortlich ist.
  •  Im Inneren der Sonne wird die Energie zunächst durch Strahlung (Strahlenzone), dann durch Konvektion (Konvektionszone) transportiert.
  • In der Photosphäre entsteht der kontinuierliche Teil der Sonnenstrahlung.
Aufgaben Aufgaben

Die Sonne ist ein Plasmaball. Das Plasma ist ein Gas, in dem Atomkerne und Elektronen frei beweglich vorliegen. Wegen der großen Teilchengeschwindigkeit können sich die Atomkerne nicht oder höchstens kurzzeitig mit Elektronen zu Atomen vereinigen, weil diese bei gegenseitigen Stößen immer wieder zerlegt würden. Die meisten Atomkerne sind Protonen, die durch Kernfusion im innersten Kern der Sonne zu Heliumkernen fusionieren. Bei diesen Fusionsprozessen wird die Bindungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt, die letztendlich für die von der Sonne abgestrahlte Energie verantwortlich ist. Dass die Wahrscheinlichkeit für diese Fusionsprozesse auch im Sonneninneren nicht groß ist, erkennt man daran, dass in den letzten 4,5 Milliarden Jahren erst 6% des Wasserstoffs der Sonne eine Kernfusion durchgeführt haben.

Innerer Aufbau der Sonne

Basierend auf Pbroks13, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons, geändert von Stefan Richtberg
Abb. 1 Innerer Aufbau der Sonne
Basierend auf Pbroks13, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons, Änderungen von Stefan Richtberg
Abb. 2 Größenverhältnisse der Sonnenschichten

Abb. 1 und 2 zeigen den Aufbau der Sonne und die Größenordnung der jeweiligen Schichten.

Kern: Im Kern befinden sich etwa \(35\,\%\) der Sonnenmasse. Hier herrschen extremer Druck und Temperaturen von 10 Mio. Kelvin, sodass die Energieproduktion durch Kernfusion stattfinden kann.

Strahlenzone: Hier findet der Energietransport durch Strahlung statt. Dabei findet laufend ein emittieren, streuen, absorbieren und emittieren der Photonen entlang von zufälligen Pfaden. Die Transportdauer der Energie zur Oberfläche beträgt dabei insgesamt zwischen \(10{.}000\) und \(170{.}000\,\rm{a}\).

Konvektionszone: Hier erfolgt der Energietransport maßgeblich durch Konvektion, also das Aufsteigen heißen Wasserstoffes in Blasen. Die Strömungsgeschwindigkeiten betragen zumeist wenige \(10\,\rm{\frac{m}{s}}\) und nimmt erst naher der Oberfläche weiter zu. An der "Oberfläche" bilden die Wasserstoffblasen die "Granulation".

Photosphäre: Aus der Photosphäre entstammt die Kontinuumsstrahlung. Auch entstehen hier die fraunhoferschen Linien und auf ihrer Oberfläche werden die Sonnenflecken, die von starken Magnetfeldern verursacht werden, sichtbar.

Chromosphäre: Die Chromosphäre besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium und ist ohne Hilfsmittel nur bei totaler Sonnenfinsternis kurz zu sehen. Aufgrund ihrer geringen Dichte trägt sie kaum zur Strahlung der Sonne bei. Ihre Temperatur verändert sich von \(5800\,\rm{k}\) innen über \(4000\,\rm{K}\) weiter oben und erreicht außen etwa \(10000\,\rm{K}\). In Folge starker Turbulenzen sowie Störungen entstehen Spikulen, Eruptionen, Protuberanzen.

Korona: Die Korona ist der Bereich oberhalb der Chromosphäre und zeichnet sich durch niedrige Dichte aber sehr hohe Temperatur von einigen Millionen Kelvin. Sie ist direkt nur bei einer totalen Sonnenfinsternis sichtbar. Aus der Corona strömen als sog. Sonnenwind ständig schnelle Ionen und Elektronen von der Sonne ins All.

Detailliertere Darstellung mit Dichten und Temperaturen

Joachim Herz Stiftung
Abb. 3 Detaillierter Aufbau der Sonne mit Dichten und Temperaturen