Die Sonne

Die Sonne mit Sonnenflecken.
Die Sonne mit Sonnenflecken.

Die Sonne, „unser Stern„, macht das Leben auf unserem Planeten erst möglich. Sie ist 1000x schwerer als alle Planeten zusammen und so gross, dass die Erde samt Mondbahn bequem in ihr verschwinden könnten. Die Sonne stahlt vor allem im sichtbaren Licht ihre Energie in den Weltraum, so als wäre sie ein 5512 Grad heisse Gaskugel. Diese Strahlung beleuchtet und wärmt die Erde und die anderen Planeten unseres Sonnensystems.

Die Sonne erscheint als 5500 Grad heisse, im Wesentlichen aus Wasserstoff und Helium bestehende, 1.4 Millionen Kilometer im Durchmesser grosse Gaskugel. Allein die Erde trifft eine Strahlungsleistung von 1.37 Kilowatt pro Quadratmeter oder auf die gesamte Erdquerschnitt umgerechnet: 170’000 Terawatt. Die Energiequelle der Sonne ist die Kernfusion: Die Fusion von 4 Wasserstoffkernen zu einem Heliumkern. Dabei werden pro Kilogramm erzeugtes Helium 630 Terajoule Energie frei. Ein 1GW-Kernkraftwerk muss für 630 Terajoule eine Woche arbeiten. Die Sonne erzeugt in ihrem Inneren pro Sekunde 600 Megatonnen Helium aus Wasserstoff bei einer Temperatur von 15 Millionen Grad und einem Druck von über 100 Millionen bar.

An der Oberfläche kann man mit Amateurmitteln vor allem die Sonnenflecken beobachten. Dazu muss das Teleskop mit für die Sonnenbeobachtung zugelassenen Objektivfiltern ausgestattet oder das Sonnenbild auf ein Schirm projiziert werden. Der ungeschützte Blick zur Sonne – besonders durch ein optisches Instrument wie Fernglas oder Fernrohr – wird Sie Ihr Augenlicht kosten.

 Aufbau der Sonne
Aufbau der Sonne: 1 Zentrum mit Kernfusion, 2 Strahlungszone, 3 Konvektionszone, 4 Photosphäre, 5 Sonnenfleck, 6 Chromosphäre, 7 Protuberanz, 8 Korona. Grafik von R. Brodbeck.

Besser ausgestattete Amateurastronomen und Sternwarten besitzen einen besonderen Filter (Protuberanzenfilter, H-Alpha-Filter) mit dem sich die Gasschicht über der Photosphäre, die Chromossphäre (die dünne rote Linie, Nr. 6, in der Grafik rechts) beobachten lässt. In den gleichen Filtern erscheinen auch die Protuberanzen, die sonst nur während einer totalen Sonnenfinsternis zu sehen sind. Die Sonne ist mit einer sehr dünnen Atmosphäre von extrem heissem Gas umgeben: die Korona. Sie ist über eine Million Grad heiss und wird über Magnetfelder bzw. durch die durch Magnetfelder induzierten elektrischen Ströme in komplizierter Weise geheizt. Von blossem Auge kann die Korona während einer totalen Sonnenfinsterns beobachtet werden. In der übrigen Zeit bleibt sie den Instrumenten der Profiastronomen vorbehalten.

Die Sonne wird heute mit Satelliten und erdgebundenen Observatorien rund um die Uhr überwacht. Dabei wird von Röntgenstrahlung bis Radiowellen das gesamte elektromagnetische Spektrum der Sonne beobachtet. Neben dem Licht erreicht die Erde auch ein stetiger Strom aus geladenen Partikel (Elektronen und Protonen): der Sonnenwind. Er verursacht die Polarlichter und kann bei heftiger Aktivität auch für Stromausfälle auf der Erde sorgen. Sogar in das Innere der Sonne können die Wissenschaftler „blicken“, indem sie die direkt aus der Kernfusionszone entweichenden Neutrinos (Elementarteilchen) beobachten.

Jahreszeiten

Die Erde kreist in ca. 150 Mio. Kilometer Abstand um die Sonne. Die Bahn ist (in unserem Zeitalter) fast kreisförmig, so dass geringe Distanzschwankungen keinen Einfluss auf das Klima haben. Aufgrund der Neigung der Rotationsachse (Erdachse) erlebt die Erde – abgesehen von den Tropen – markante Jahreszeiten.

 

Schrägansicht der Bahn der Erde um die Sonne
Die Grafik zeigt eine Schrägansicht der Bahn der Erde um die Sonne. Die Erde läuft gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne. Der Pfeil zeigt entlang der Erdachse nach Norden. Rechts oben: Erde am 21.6., links oben: 22.9., links unten 21.12., rechts unten 21.3. Die Erde ist 3000x zu gross gezeichnet. Grafik von R. Brodbeck.

 

Wie es in der Graphik oben illustriert wird, zeigt die Erdachse immer in dieselbe Richtung (*). Im Nordsommer (Stellung oben rechts) ist die Nordhalbkugel zur Sonne geneigt. Die Tage sind lang und die Sonne steht steil am Himmel. Deshalb ist es bei uns heiss im Sommer. Im Herbst (Position oben links) und im Frühjahr (unten rechts) steht die Erdachse senkrecht zur Verbindungslinie Erde – Sonne, bzw. die Sonne steht senkrecht auf dem Erdäquator. Beide Halbkugeln erhalten gleichviel Sonnenlicht. Im Nordwinter ist die Nordhalbkugel von der Sonne weg geneigt. Die Tage sind bei uns kurz und die Sonne steht tief. Deshalb ist diese Jahreszeit kalt. Die Südhalbkugel ist gleichzeitig der Sonne zugewandt. Deshalb ist es im Dezember z.B. in Südafrika heiss. Analog ist es in Südafrika im Juni kühl.

* Die Erdachse macht geringfügige Bewegungen, die Präzession und Nutation genannt werden. Sie spielen zur Erklärung der Jahreszeiten keine Rolle.

 Die Sonne in Zahlen
 

  Distanz Erde-Sonne1    149.6 Mio. km
  Solarkonstante    1366 Watt/m2
  Strahlungsleistung    3.846·1026 Watt
  Min. Dist. z. Erde    147’108’000 km
  Max. Winkeldurchm.    32’32“
  Äquatorradius    695’500 km
  Abplattung2    9·10-6
(fast nicht messbar)
  Masse    1.989·1030 kg
  Dichte    1409 kg/m3
  Rotationszeit3    25.38 Tage
  Schwerkraft4    27.93 g
  Mittl. Temperatur5    5500°C
  Neigung der Achse    7.25°
  Atmosphäre    H, He
  Alter der Sonne    4500-4700 Mio. J

 

Quelle: The Astronomical Almanac u.a.
1 Grosse Halbachse der Erdbahn,
sie ist leicht variabel
und zu unterscheinden von
1 AE = 149’597’870.66 km.
2 (Äquator minus Pol)/Äquator
3 Auf die Sterne bezogen (siderisch)
4 Am Äquator, 1g = 9.81 m/s2
5 Effektive Strahlungstemperatur im sichtbaren
Licht = ca. Photosphärentemperatur
J = Jahre

Die Sonne selbst beobachten

Die Beobachtung der Sonne ist das einzige in der Astronomie, WAS WIRKLICH GEFAEHRLICH SEIN KANN. Ohne spezielle Massnahmen wird das Starren in die Sonne Ihr Auge schädigen und auch nur ein kurzer Blick durch ein falsch oder gar nicht für die Sonnenbeobachtung ausgerüstetes Fernglas oder Teleskop WIRD SIE SOFORT ERBLINDEN LASSEN. Zur Beobachtung der Sonne von blossem Auge müssen Sie eine ausdrücklich dafür zugelassene Brille (FINSTERNISBRILLE) verwenden. KEINE SONNENBRILLE! Eine Finsternisbrille ist KEIN ausreichender Schutz, um die Sonne durch ein Fernglas oder Fernrohr zu beobachten. 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. Verzichten Sie im Zweifelsfalle auf eigenständige Beobachtungen. Lassen Sie sich zuvor in der Sonnenführung einer Volksternwarte beraten. Besserwisserei kann buchstäblich in das Auge gehen.

Entsprechend geschützt kann man hie und da schon mit einer Finsternisbrille einen Sonnenfleck erkennen. Ein für die Sonnenbeobachtung ausgerüstetes Teleskop zeigt viele Details in den Sonnenflecken. Bei qualitativ guten Sonnenfiltern kann auch die Granulation („Brodeln“) mit mittelgrossen Teleskopen gesehen werden. Mit teuren aber durchaus noch erschwinglichen Filtern kann auch der Amateurastronom Protuberanzen beobachten.

Über den Autor Dr. Roland Brodbeck

Dr. Roland Brodbeck
Mehr über den Autor: main-verlag.de, Wikipedia

Dr. Roland Brodbeck, Jahrgang 1966, promovierte 1998 an der Eidgenössischen
Technischen Hochschule in Zürich mit einer Arbeit über Spektroskopie in
der Astrophysik.  Er arbeitete mehrere Jahre als Demonstrator an der
Volkssternwarte Urania Zürich und gab Astronomieunterricht an der
Volkshochschule Zürich. Er ist auch als freier Wissenschaftsjournalist
und Buchautor tätig.