Warum leuchtet die Sonne?
Die Sonne brennt nicht
Die Sonne sieht aus wie ein riesiges Feuer, aber sie brennt nicht. Wäre sie aus Kohle, wäre sie in ein paar tausend Jahren ausgebrannt. Dabei leuchtet sie schon seit fast fünf Milliarden Jahren.
Woraus die Sonne besteht
Die Sonne besteht vor allem aus Wasserstoff, dem einfachsten Element. Ein Wasserstoffatom hat in der Mitte ein einziges positiv geladenes Teilchen, ein Proton. Um das Proton herum befindet sich ein negativ geladenes Elektron.
Die Schwerkraft drückt die Sonne zusammen
Die Sonne ist dreihunderttausendmal schwerer als die Erde. Ihre eigene Schwerkraft zieht alles zur Mitte und presst das Gas im Inneren zusammen. Zusammengepresstes Gas wird warm, genau wie die Luftpumpe, wenn du einen Fahrradreifen aufpumpst.
Höllenhitze im Kern
Am stärksten zusammengepresst und am heißesten ist die Mitte der Sonne, ihr Kern: über 15 Millionen Grad. Je heißer etwas ist, desto schneller bewegen sich seine Teilchen. Im Kern sausen sie so heftig umher, dass die Elektronen von den Protonen abgerissen werden und einzeln herumfliegen.
Protonen stoßen sich ab
Gleiche Ladungen stoßen sich ab, und so drücken sich Protonen voneinander weg. Je schneller sie aufeinander zufliegen, desto näher kommen sie sich, aber am Ende gewinnt immer die Abstoßung. Im Sonnenkern sind sie so schnell, dass sie sich ab und zu sogar berühren.
Prüf es selbst nach
Blase zwei Luftballons auf, reibe sie an deinen Haaren und häng sie an Fäden nebeneinander. Die Ballons drücken sich voneinander weg. Beide haben dieselbe Ladung, hier eine negative, und stoßen sich deshalb ab wie zwei Protonen.
Einmal in Milliarden Jahren
Nach der Berührung fliegen sie aber fast immer wieder auseinander. Sie verbinden sich nur, wenn eines von ihnen genau in diesem Moment ein Positron ausstößt, ein winziges Teilchen wie ein Elektron, nur mit positiver Ladung, und sich in ein Neutron verwandelt. Proton und Neutron stoßen sich nicht ab und halten anders als zwei Protonen zusammen. Diese Verwandlung ist aber unglaublich selten: Ein Proton wartet darauf im Schnitt Milliarden Jahre.
Dicht gedrängt
Im Kern gibt es aber unvorstellbar viele Protonen, und die Schwerkraft hat sie dicht zusammengedrängt. Ein Liter dieses Stoffs würde 150 Kilo wiegen. Deshalb passiert selbst eine so seltene Verbindung immer wieder.
Aus vier Protonen wird Helium
Das verbundene Paar fliegt dann weiter im Sonnenkern herum, bis sich noch zwei Protonen dazugesellen. Eines davon wird wieder zum Neutron, und es entsteht Helium, das Gas aus den Ballons vom Jahrmarkt. Dieses Verschmelzen in der Glut nennt man Kernfusion. Das Helium bleibt dann im Kern und verschmilzt vorerst nicht weiter.
Helium kommt später dran
Ein Heliumkern hat zwei Protonen, deshalb stoßen sich zwei Heliumkerne noch stärker ab als zwei Protonen. Sie beginnen erst zu verschmelzen, wenn der Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren der Wasserstoff im Kern ausgeht und sich der Kern auf 100 Millionen Grad erhitzt. Dann entsteht aus drei Heliumkernen Kohlenstoff, das Element, aus dem zum Beispiel die Bleistiftmine besteht.
Ein Stückchen Masse wird zu Licht
Helium wiegt ein bisschen weniger als die vier Protonen, aus denen es entstanden ist. Von jedem Kilogramm Wasserstoff werden so etwa sieben Gramm zu Licht und Wärme. Das ist so viel Energie wie beim Verbrennen von 20.000 Tonnen Kohle.
Die Sonne nimmt ab
Die Sonne verwandelt so jede Sekunde 600 Millionen Tonnen Wasserstoff in Helium. Etwa 4 Millionen Tonnen davon werden zu Licht. Für die Sonne ist das nur ein Krümel: Ihr Wasserstoff reicht noch etwa fünf Milliarden Jahre.
Ein langer Weg nach draußen
Die Energie aus dem Kern kommt nur langsam an die Oberfläche. Das Licht wird in der dichten Sonne ständig hin und her geworfen, und sein Weg nach draußen dauert Zehntausende Jahre, vielleicht sogar über hunderttausend. Von der Oberfläche zu uns braucht es dann nur acht Minuten.
Eine Sonne auf der Erde
Wir versuchen, die Kernfusion auch auf der Erde in Gang zu bringen und daraus Strom zu machen. Die Schwerkraft der Sonne haben wir aber nicht, also heizen wir das Gas auf 150 Millionen Grad auf, zehnmal mehr als im Sonnenkern. So heißes Gas halten nur starke Magnete in einer reifenförmigen Maschine, die Tokamak heißt. Keine Wand würde das aushalten.
Also: Warum leuchtet die Sonne?
Die Sonne brennt nicht. Die Schwerkraft presst ihren Kern zusammen und heizt ihn auf, und darin läuft die Kernfusion: Wasserstoffprotonen verschmelzen langsam zu Helium. Ein Stückchen Masse wird dabei zu Licht, und es gibt so viel Wasserstoff, dass er für Milliarden Jahre reicht.