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» WIRD DIE SONNE EINMAL DIE ERDE ZERSTÖREN?«

UND 27 WEITERE FRAGEN ÜBER DIE SONNE UND DAS SONNENSYSTEM

Das Sonnensystem ist unsere kosmische Heimat: Der Stern im Zentrum ermöglicht durch sein Leuchten erst das Leben auf der Erde. Lange Zeit glaubte man, dass sich die Erde im Zentrum des Planetensystems, ja sogar des Universums befindet. Heute wissen wir, dass sie nur einer von acht Planeten ist, die um die Sonne kreisen. Das Sonnensystem besteht zudem aus weiteren Zwergplaneten, unzähligen Asteroiden, Monden und sonstigen Brocken.

Welchen Durchmesser hat die Sonne?

Die Sonne hat einen Durchmesser von knapp 1,4 Millionen Kilometern. Das entspricht mehr als dem 100-Fachen des Erddurchmessers.

Welche Masse hat die Sonne, und nimmt ihre Masse ab?

Unser Zentralstern hat eine Masse von 1,9885 × 10³⁰ Kilogramm, ausgeschrieben sind das 1.988.500.000.000.000.000. 000.000.000.000 Kilogramm. Das ist die 330.000-fache Masse der Erde und mehr als die 700-fache Masse aller Planeten des Sonnensystems zusammen.

Unsere Sonne leuchtet, weil in ihrem Inneren ständig Materie in Energie umgewandelt wird. Dieser Materieverlust beträgt etwa 1,5 × 10¹⁰ Tonnen pro Stunde. Das hört sich viel an, ist aber nur ein winziger Bruchteil ihrer Gesamtmasse. Materie verliert unsere Sonne außerdem noch durch den sogenannten Sonnenwind, einen Partikelstrom, der sich von unserem Zentralstern durch das gesamte Sonnensystem erstreckt.

Warum können Sonneneruptionen die Funksignale auf der Erde stören?

Bei Sonneneruptionen kommt es auch immer zu einem Ausstoß eines Stroms von geladenen Teilchen, der auch die Erde treffen kann. In der Regel schützt das Erdmagnetfeld uns vor diesen Teilchen. Die Partikel werden entlang der Magnetfeldlinien abgelenkt und geraten nur in den Polregionen in die Erdatmosphäre, wo sie für Polarlichter sorgen. Bei einem besonders heftigen Teilchenstrom aber, können mehr Partikel in die Erdatmosphäre geraten und dort für erhebliche Störungen sorgen.

Wie heiß ist die Sonne?

Die Antwort hängt stark davon ab, welche Temperatur genau gemeint ist – denn es gibt dramatische Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bereichen auf der Sonne: So herrschen im Kern der Sonne Temperaturen von über 15 Millionen Grad Celsius, die sichtbare Oberfläche, die Photosphäre, hat eine Temperatur von etwa 5500 Grad Celsius, in der darüberliegenden Chromosphäre kann es bis zu 10.000 Grad Celsius heiß werden. In der Sonnenkorona schließlich, der dünnen Übergangsregion in den interplanetaren Raum, können Temperaturen von bis zu zwei Millionen Grad erreicht werden.

Warum sieht die Sonne während des Sonnenuntergangs oder bei Sonnenaufgang anders aus als im Verlauf des Tages?

Dies liegt an der Streuung des Sonnenlichts an kleinen Teilchen in der Erdatmosphäre. Diese Teilchen streuen hauptsächlich blaues Licht. Je tiefer die Sonne am Himmel steht, desto länger ist der Weg des Sonnenlichts durch die Atmosphäre. Bei einem Sonnenuntergang oder -aufgang geht also ein großer Teil der blauen Komponente des Sonnenlichtes verloren, das Licht erscheint daher rot.

Warum ist die Sonne gelb?

Unsere Sonne ist ein Stern wie viele andere am Nachthimmel. Die Farbe eines Sterns hängt von der Temperatur seiner sichtbaren Oberfläche ab. Die Sterne mit der geringsten Oberflächentemperatur erscheinen rötlich, andere Sterne – wie etwa unsere Sonne – gelblich-weiß, sehr heiße Sterne schließlich bläulich. Das ist ganz ähnlich wie ein Stück Eisen, das man auf hohe Temperaturen erhitzt: Es wird – bevor es schließlich schmilzt – erst rötlich glühen, dann orange und schließlich bläulich-weiß.

Sterne geben allerdings nicht nur Licht einer bestimmten Wellenlänge ab, sondern senden Photonen mit ganz verschiedenen Wellenlängen aus. Mit der Temperatur ihrer Oberfläche ändert sich lediglich die Wellenlänge, bei der sie das meiste Licht abstrahlen. Ein Stern wie die Sonne sendet dabei die meisten Photonen im bläulich-grünen Bereich des Spektrums aus. Trotzdem erscheint sie uns weder bläulich noch grün. Das liegt daran, dass sie noch immer Licht in anderen Wellenlängen aussendet. In unserem Auge werden diese Farbinformationen dann kombiniert, und wir sehen ein Objekt, das uns – im Fall der Sonne – gelblich-weiß erscheint.

Wie viel Wasserstoff wird in der Sonne pro Sekunde zu Strahlungsenergie umgewandelt?

Wie alle anderen Sterne auch, erzeugt unsere Sonne in ihrem Inneren Energie durch Kernfusion. Dabei verschmelzen Wasserstoff-Kerne zu Helium-Kernen. Damit dies aber überhaupt geschehen kann, sind extreme Bedingungen nötig, also eine sehr hohe Temperatur und ein sehr hoher Druck. Durch welche Einzelreaktionen Wasserstoffkerne zu Helium fusionieren, wird etwa durch die sogenannte Proton-Proton-Kette beschrieben. Sie stellt eine von zwei möglichen Fusionsreaktionen bei der »Verbrennung« von Wasserstoff dar, spielt in unserer Sonne aber die wichtigere Rolle. Ganz am Anfang steht dabei die Fusion zweier Wasserstoffkerne, also von zwei positiv geladenen Protonen. Diese stoßen sich (da sie die gleiche Landung haben) zunächst einmal stark ab und müssen daher mit einer ungeheuren Energie aufeinanderprallen, um fusionieren zu können. Dies kommt vor – allerdings nur sehr selten: Bis ein bestimmtes Proton mit einem anderen reagiert, können mehr als zehn Milliarden Jahre vergehen. Es gibt in der Sonne aber sehr viele Protonen, sodass trotzdem eine enorme Energiemenge entsteht. In jeder Sekunde werden im Sonneninneren 564 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 560 Millionen Tonnen Helium fusioniert. Die »fehlenden« vier Millionen Tonnen werden als Energie abgestrahlt, bringen unsere Sonne also zum Leuchten.

Wie entstand die Sonne?

Man geht davon aus, dass unsere Sonne – wie alle Sterne – aus einer riesigen Gaswolke entstanden ist. Diese Gaswolke stürzte in sich zusammen. In ihrem Zentrum sammelte sich so eine größere Menge von Materie an. Dieser »Kern« kollabierte nun unter dem Einfluss der eigenen Schwerkraft immer weiter, sodass er dichter und dichter und die Temperatur immer höher wurde. Ab einer bestimmten Temperatur war es heiß genug für nukleare Fusionsprozesse. Gas und Staub, die nicht für die Entstehung der Sonne verbraucht worden waren, sammelten sich in einer rotierenden Scheibe um den sich bildenden Stern. Dieses Material stand dann für die Bildung von Planeten zur Verfügung.

An der Oberfläche der neuen Sonne gab es stürmische Winde, die schließlich alles Material, das noch nicht zur Bildung von Planeten verbraucht worden war, aus dem Sonnensystem hinauspusteten. Nach dieser stürmischen Phase beruhigte sich die neugeborene Sonne, und es begann eine sehr lange und ruhige Periode, in der der Stern Wasserstoff zu Helium verbrannte. Das tut unsere Sonne bis heute. Bis ein »fertiger« Stern entstanden ist, dürften einige zehn Millionen Jahre vergehen. Einige der Phasen der Sternengeburt kann man heute dank leistungsfähiger Teleskope beobachten. So hat man beispielsweise Staubscheiben um junge Sterne entdeckt.

Wird sich die Sonne einmal ausdehnen und das Leben auf der Erde zerstören?

Ja. Unsere Sonne wird, wenn sich der Wasserstoffvorrat in ihrem Inneren erschöpft hat, zu einem Roten Riesen werden und sich auf das vielleicht 150-Fache ihrer jetzigen Größe aufblähen. Das wird in etwa fünf bis sechs Milliarden Jahren passieren. Die Sonne wird dabei so groß werden, dass sie die inneren Planeten Merkur und Venus verschluckt. Die Erde könnte diesem Schicksal gerade noch entgehen, würde aber dann in großer Nähe um den aufgeblähten Stern kreisen und wäre eine heiße Gluthölle.

Für das Leben auf der Erde dürfte es allerdings schon deutlich früher problematisch werden: Die Leuchtkraft der Sonne nimmt nämlich allmählich zu, sodass es auf der Erde immer wärmer wird. Das ist ein sehr langfristiges Phänomen, das erst nach vielen Millionen Jahren einen messbaren Effekt hat – es ist also nicht mit der aktuellen, von uns Menschen verursachten Klimaerwärmung vergleichbar. Durch dieses langsame »Hellerwerden« der Sonne wird es aber auf der Erde so warm werden, dass die Polkappen abschmelzen und schließlich die Ozeane verdampfen. Das könnte schon in weniger als einer Milliarde Jahren passieren, also deutlich bevor sich die Sonne zum Roten Riesen aufbläht.

Gehörte unsere Sonne einmal zu einem Sternhaufen?

Ja, das ist sehr wahrscheinlich: Astronomen gehen heute davon aus, dass Sternhaufen, also Ansammlungen von vielen Sternen auf vergleichsweise engem Raum, der übliche Entstehungsort von Sternen sind. Auch unsere Sonne wurde vermutlich in einem Sternhaufen aus vielleicht 1.000 bis 100.000 Sternen geboren. Dieser hat sich dann allerdings relativ schnell wieder aufgelöst, sodass seine einzelnen Komponenten heute über große Teile der Milchstraße verteilt sind. Sicher ist, dass sich die Umgebung, die wir heute rund um uns herum beobachten, deutlich von der Umgebung unterscheidet, in der unser Zentralstern vor über viereinhalb Milliarden Jahren entstanden ist.

Wird unsere Sonne als Supernova enden?

Nein. Nur Sterne, die deutlich massereicher sind als unsere Sonne, enden als Supernova, also in Form einer gewaltigen Explosion. Unsere Sonne wird, nach einer vergleichsweise kurzen Phase als Roter Riesenstern, ihre äußeren Hüllen ins All abstoßen und diese dann durch die extreme Strahlung des glühend heißen Sternenrests zum Leuchten anregen. Auf diese Weise entsteht ein sogenannter Planetarischer Nebel. In seinem Zentrum bleibt ein Weißer Zwergstern zurück, der dann im Laufe von Milliarden Jahren immer weiter abkühlen und damit immer dunkler werden wird.

Was sind Sonnenflecken?

Sonnenflecken sind nicht wirkliche »Flecken« auf der Sonne, sondern kühlere Bereiche auf der sichtbaren Sonnenoberfläche. Sie haben eine Temperatur von rund 4.000 Grad Celsius, während die Oberfläche sonst etwa 2.000 Grad heißer ist. Sie entstehen durch lokale Störungen des Magnetfelds der Sonne. Bei Sonnenbeobachtungen darf man übrigens nie mit bloßem Auge oder gar mit einem Fernglas in die Sonne schauen, sondern muss spezielle Filter oder dafür geeignete Instrumente verwenden. Andernfalls kann man seine Augen schwer schädigen.

Schwankt die Aktivität der Sonne?

Ja, die Aktivität unserer Sonne schwankt im Mittel in einem elfjährigen Zyklus. Zu erkennen ist dies vor allem durch das Auftreten dunkler Flecken auf der Sonnenoberfläche: Es gibt Phasen mit außerordentlich wenig bis gar keinen Sonnenflecken und Zeiten, in denen unsere Sonne von Flecken übersät ist. Dieser Aktivitätszyklus ist mit dem magnetischen Zyklus der Sonne verknüpft: Das Magnetfeld der Sonne polt sich regelmäßig um – der magnetische Nordpol wird dadurch zum magnetischen Südpol und umgekehrt.

Dreht sich die Sonne?

Ja, das tut sie. Man kann das sogar erkennen, wenn man etwa Sonnenflecken beobachtet, die immer wieder einmal an einem Sonnenrand auftauchen und dann über die Sonnenoberfläche wandern und schließlich wieder verschwinden.

Die Sonne ist allerdings ein gewaltiger Ball aus Gas und rotiert nicht wie ein starrer Körper um die eigene Achse. In verschiedenen Regionen dreht sich unser Zentralgestirn unterschiedlich schnell. Am Äquator benötigt die Sonne beispielsweise für eine Umdrehung etwa 25 Tage und neun Stunden, am 75. Breitengrad hingegen sind es rund 31 Tage und 19 Stunden.

Wie lange dauert es, bis es auf der Erde dunkel wird, wenn man die Sonne ausknipsen würde?

Wäre unsere Sonne eine riesige Glühlampe, die man einfach abschalten könnte, oder würde ihr Licht durch eine direkt vor ihr aufgebaute Blende plötzlich abgedunkelt werden, dann würde es noch etwa acht Minuten und 19 Sekunden dauern, bis wir davon auf der Erde etwas mitbekämen. So lange dauert es nämlich, bis das Licht die im Schnitt 149,6 Millionen Kilometer von der Sonne bis zur Erde zurückgelegt hat.

Wie groß ist die Entfernung von der Sonne zum Zentrum der Milchstraße?

Das Zentrum der Milchstraße ist rund 26.000 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt. Es ist identisch mit der Radioquelle Sagittarius A* (sprich: Sagittarius A-Stern) im Sternbild Schütze, wobei es sich dabei sehr wahrscheinlich um ein supermassereiches Schwarzes Loch handelt.

Es gibt eine Hypothese, nach der die Sonne Teil eines Doppelsternsystems sein soll.

Existiert dafür ein wissenschaftlicher Hintergrund?

Immer wieder ist zu lesen, dass die Sonne einen bislang unentdeckten Begleitstern hat und mit diesem ein Doppelsternsystem bildet. Dieser Begleitstern wird oft »Nemesis« genannt. Unter anderem glaubten einige Forscher, dessen Existenz aus der angeblich periodischen Zunahme von Asteroideneinschlägen auf der Erde ableiten zu können, die auf unserer Heimatwelt immer wieder zu einem Massensterben geführt haben. Grund hierfür wäre, so die Theorie, der Stern Nemesis, der sich auf seiner weiten Umlaufbahn regelmäßig der Sonne nähert und dadurch Brocken in den äußersten Regionen des Sonnensystems in Richtung Sonne und Erde ablenkt.

Die Theorie war schon immer umstritten, und die Faktenlage ist in den letzten Jahren noch deutlich schlechter geworden. Inzwischen wird sogar die Periodizität bei den Einschlagraten von Asteroiden angezweifelt. Zudem hat eine umfassende Himmelsdurchmusterung mit dem Infrarot-Weltraumteleskop WISE keinerlei Hinweise auf einen solchen Begleiter der Sonne geliefert. Man kann die Sonne daher mit gutem Gewissen als Einzelstern betrachten.

Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Sonne und mit ihr alle Planeten um das Zentrum der Milchstraße?

Auch wenn für uns die Sonne der Mittelpunkt unseres »Sonnensystems« ist und alle Planeten um die Sonne kreisen, ist auch die Sonne ständig in Bewegung: Sie kreist nämlich um das Zentrum der Milchstraße, unserer Heimatgalaxie – und mit ihr natürlich alle Planeten. Ihre Geschwindigkeit beträgt dabei rund 225 Kilometer pro Sekunde. Damit benötigt sie für eine Umrundung des Milchstraßenzentrums rund 237 Millionen Jahre.

Warum kreisen die Planeten alle in einer Richtung um die Sonne?

Das liegt an der Entstehungsgeschichte des Planetensystems: Danach hat sich das Material, was nicht direkt zur Bildung der neuen Sonne aus einer großen Gaswolke benötigt wurde, in einer flachen, sich drehenden Scheibe um den Protostern gesammelt. Diese protoplanetaren Scheiben hat man bei jungen Sternen beobachten können. Hier entstanden durch Verklumpen kleinster Staubpartikel erste Planetenkeime, von denen dann einige zu echten Planeten wuchsen. Diese bewegen sich im Prinzip immer noch in der Ebene dieser frühen protoplanetaren Scheiben und natürlich auch in deren Drehrichtung.

Welche Kriterien müssen erfüllt sein, damit ein Objekt »Planet« genannt werden darf?

Die Internationale Astronomische Union (IAU) hat im August 2006 den Planetenbegriff für unser Sonnensystem wie folgt definiert: Ein Planet ist ein Himmelskörper, der sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt, dessen Masse groß genug ist, um eine kugelförmige Gestalt anzunehmen, und der das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist, also alle anderen Objekte auf seinem Orbit aus dem Weg geräumt hat. Das letzte Kriterium sorgte dafür, dass Objekte wie Pluto oder Eris nicht als Planeten gelten, da sie sich im Kuipergürtel zusammen mit zahlreichen anderen Objekten befinden.

Wo endet das Sonnensystem?

Wo unser Sonnensystem endet, lässt sich ganz unterschiedlich definieren: So dürften beispielsweise die entferntesten Objekte, die gravitativ noch an die Sonne gebunden sind, die (vermuteten) Objekte in der Oortschen Wolke sein, die sich bis in eine Entfernung von über 100.000 Astronomischen Einheiten erstrecken soll (siehe Seite 198: Was ist eine Astronomische Einheit?).

Die Region, in der der Sonnenwind seinen Einfluss ausübt, die sogenannte Heliosphäre, ist hingegen deutlich kleiner. Die Voyager-Sonden haben diese Grenzregion bereits erreicht. Sie liegt bei rund 100 Astronomischen Einheiten, wobei ihre Größe sowohl von der Richtung, in der man das Sonnensystem verlässt, als auch von der solaren Aktivität abhängig ist. Die Sonde Voyager 1 hat Ende 2012 diese Heliosphäre verlassen und fliegt damit bereits durch den interstellaren Raum. Es gibt allerdings in dieser Entfernung noch immer Objekte, die um die Sonne kreisen, sodass man noch nicht davon sprechen kann, dass die Voyager 1 auch schon das Sonnensystem verlassen hat.

Wäre eine Art Gegenerde möglich?

Eine »Gegenerde«, also ein erdähnlicher Planet, der auf der gleichen Bahn wie die Erde um die Sonne umläuft, sich aber – von der Erde aus betrachtet – immer genau hinter der Sonne befindet, ist natürlich theoretisch vorstellbar, dauerhaft stabil dürfte dieser Orbit allerdings nicht sein.

So kann man auch die Existenz eines solchen Objektes heute sicher ausschließen. Das liegt nicht nur daran, dass man das innere Sonnensystem inzwischen ja schon dank verschiedener Sonden aus anderen Perspektiven betrachtet konnte. Es liegt vor allem daran, dass sich auch ein »versteckter« Planet durch seine Anziehungskraft auf die anderen Planeten bemerkbar machen müsste.

Dies hätte man bei der Berechnung der Umlaufbahnen, aber auch bei der Berechnung von Flugbahnen für Raumsonden bemerkt. Diese wären – unter dem Einfluss eines zusätzlichen unbekannten Planeten – kaum bei ihrem vorgesehenen Ziel angekommen.

Was passiert, wenn alle Planeten in einer Reihe stehen?

Es kommt praktisch nie vor, dass alle Planeten wirklich in einer Reihe stehen – höchstens, dass sie sich am Himmel ungefähr in einem Sektor befinden. In einem Artikel, der im Jahr 1961 in der Zeitschrift Sky & Telescope erschienen ist, wurden die Daten veröffentlicht, zu denen alle Planeten unseres Sonnensystems sich von der Sonne aus gesehen in einem Sektor von weniger als 90 Grad befinden. Der Autor fand 25 Ereignisse dieser Art in einer Zeitspanne von 0 bis zum Jahr 3000. Am »dichtesten« standen die Planeten am 11. April 1128 (nach dem Julianischen Kalender) zusammen – sie passten damals in einen Sektor von nur 40 Grad. Doch selbst wenn alle acht Planeten in einer Reihe stehen würden, hätte dies keinerlei Einfluss auf die Erde.

Welchen Durchmesser muss ein Objekt mindestens haben, um eine Kugelform zu bekommen?

Ab welchem Durchmesser ein Objekt kugelförmig – oder genauer: im hydrostatischen Gleichgewicht – ist, lässt sich nicht allgemeingültig sagen, da dies auch immer von der Zusammensetzung des Objekts abhängt. Objekte, die überwiegend aus Eis bestehen, können dabei bereits ab einem geringeren Durchmesser das hydrostatische Gleichgewicht erreichen, als Objekte, die hauptsächlich aus Gestein bestehen.

Im Sonnensystem befinden sich Objekte aus Eis ab einem Durchmesser von etwa 400 Kilometern im hydrostatischen Gleichgewicht. Als kleinstes Objekt im hydrostatischen Gleichgewicht gilt der Eismond Mimas des Saturn mit einem Durchmesser von 396 Kilometern. Der Asteroid Pallas, der überwiegend aus Gestein besteht und einen Durchmesser von grob 532 Kilometern hat, dürfte hingegen das größte Objekt im Sonnensystem sein, das sich wohl nicht im hydrostatischen Gleichgewicht befindet.

Mit der Titius-Bode-Regel lassen sich die Umlaufbahnen der Planeten berechnen.

Ist die inzwischen nicht mehr gültig?

Sie war wohl nie gültig. Die sogenannte Titius-Bode-Reihe beschreibt die Abstandsfolge der Planeten durch eine recht einfache Gesetzmäßigkeit. Sie ist mehr historisch bedeutend, weil nach dieser Gesetzmäßigkeit zwischen Mars und Jupiter ein weiterer Planet liegen müsste. Die intensive Suche danach führte schließlich zur Entdeckung des Asteroidengürtels. Die relativ gute Übereinstimmung der Abstände der inneren Planeten (bei den äußeren gibt es deutlichere Abweichungen) ist vermutlich Zufall und hat nichts mit einem Naturgesetz zu tun.

Wie lautet der Merksatz über die Planeten?

Der Merksatz, mit dem sich Generationen von Schülern die Reihenfolge der Planeten im Sonnensystem gemerkt haben, lautete: »Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten« – die Anfangsbuchstaben der Wörter entsprechen den Anfangsbuchstaben von Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto. Allerdings gilt Pluto seit 2006 nicht mehr als Planet, sondern als Zwergplanet. Der aktualisierte Merkspruch könnte somit lauten: »Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.«

Welcher der acht Planeten unseres Sonnensystems hat die höchste Bahngeschwindigkeit?

Die mittlere Bahngeschwindigkeit, mit der sich die Planeten um die Sonne bewegen, nimmt mit zunehmender Entfernung von der Sonne ab: Sie beträgt beim Merkur 47,9 Kilometer pro Sekunde, bei der Erde 29,8 Kilometer pro Sekunde und beim Neptun »nur noch« 5,4 Kilometer pro Sekunde.

Welches ist der höchste Berg im Sonnensystem?

Der höchste Berg unseres Sonnensystems befindet sich auf dem Mars. Es ist der erloschene Vulkan Olympus Mons, und dieser hat wahrhaft gewaltige Ausmaße: Er ist etwa dreimal so hoch wie der höchste Berg der Erde, der Mount Everest. Olympus Mons erhebt sich 24 Kilometer über die umgebende Tiefebene. An seiner Basis hat der Vulkanriese einen Durchmesser von knapp 600 Kilometern.