Unsere Sonne 6(7) - Das Innere der Sonne (Fortsetzung 2)

  • Fortsetzung

    Im Zusammenhang mit der Energieumwandlung in Sternen stößt man oft auf den Begriff Schalenbrennen, was eigentlich nichts anderes ist, als die natürliche, gravitative Anordnung der sich bildenden Elemente im Sternenkern - die schwersten im Kernzentrum und die leichteren in Schalen um das Kerninnerste herum. Angeheizt vom Zentrum aus ergeben sich dann die notwendigen Temperaturen Schicht für Schicht für die Fusion respektiver Elemente. Im Kern unserer Sonne ist das nicht so ausgeprägt, in schwereren Sternen dagegen sehr. Folgendes Bild macht das anschaulich: (Schalenbrennen).


    All sowas kan man nur ausrechnen. Um aber in der Sonnenforschung weiter zukommen, braucht man auch "Handfestes", wie etwa die Helioseismologie. Man muß oft mehr als die Temperatur messen können und das kann man seit 1961, als der amerikanische Physiker Robert B. Leighton auf der Sonnenoberfläche rhythmische Bewegungen hoch und runter mit einer Periode von etwa fünf Minuten beobachtete und damit die Helioseismologie begründete.

    1970 hatte man die Theorie klar und 1975 wurde sie durch Beobachtungen mit Raumsonden bestätigt. Es handelt sich dabei um erdbebenähnliche Schallwellen, die die ganze Sonne durchlaufen. Die Schallwellen werden durch Druckschwankungen in den turbulenten konvektiven Bewegungen des Sonneninneren erzeugt. Ein computer-generiertes Bild macht das anschaulich: (Schallwellen in der Sonne). Diese 5 Minuten Schwingungen konnte man später in einem Sonnenbild sehen: (Beobachtbare Schallwellen an der Sonnenoberfläche) , wobei blau Bewegung auf uns zu und rot Bewegung von uns weg ist. Daß diese Bewegungen undeutlicher und schwächer werden zum Sonnenrand hin, ist der Beweis dafür, daß es Radialbewegungen sind. Das Ganze wird zu einem ziemlich chaotischem Vibrieren der Sonne.


    Wenn die Schallwellen, die normal in der Sonne eingeschlossen sind, aber mal bis zur Sonnenoberfläche durchbrechen, können sie für Eruptionen sorgen, die Mengen von Material bis zu 5000 km mit einer Geschwindigkeit von 22 km/s hoch schleudern.

    Man kann heute beobachten und messen, wie sie an den Grenzen der verschiedenen Sonnenschichten reflektiert werden und damit kann man den weiteren Aufbau der Sonne um den Kern herum kontrollieren, das will sagen, auch bestätigen.


    In den letzten Jahren hat uns die Wissenschaft der Helioseismologie noch faszinierende Entdeckungen gebracht. Man hat die interne Rotationsrate der Sonne bildlich wiedergeben können: rot für schnell und blau für langsam: (Zusammenstellung von Sonnenrotationsdaten).

    Die Variationen, die man an der Oberfläche zwischen Äquator und den Polen sieht, nehmen rapide nach innen zu, um dann plötzlich an der Basis der Konvektionszone (gestrichelte Linie) ganz zu verschwinden. Dort befindet sich auch die sogenannte TachoCline, die weiter unten beschrieben wird.


    Jetzt sind wir aber erst bei der Strahlungszone. Sie umschließt den Kern der Sonne mit einer 313.000 km dicken Schicht. Hier fällt die Temperatur von 7 Millionen auf ca 2 Millionen Grad ab und die Dichte von 20g/cm³ (Dichte von Gold) auf 0,2g/cm³ (1/5 von Wasser).

    Wie der Name andeutet "strahlt" es hier, allerdings mehr in der Bedeutung, daß die ganze Energieproduktion, weggesehen von den 2%, die mit den Neutrinos abgehauen sind, von Röntgen- und Gamma-Photonen nach außen transportiert wird. Die können aber nicht "frei herumlaufen", sondern sie müssen von einem Elektron zum anderen hupfen, ein Prozess der Zeit erfordert. Der Fachausdruck dafür ist RandomWalk. Die zurückgelegte Strecke ist anfangs nicht mehr als einige Kernabstände, verlängert sich aber mit abnehmender Dichte. Dieses kreuz und quer bewirkt, daß es mindestens 10.000 bis zu 170.000 Jahren dauern kann, bis ein Photon zur Photosphäre gelangt. Ein guter Durchschnitt wäre dann 80.000 Jahre. Wenn man dann noch bedenkt, daß ein Großteil der Energie in der Wärmebewegung des Gases steckt, kann man ohne weiteres annehmen, daß es 10-20 Millionen Jahre dauert, bis wirklich alles an der Oberfläche angelangt ist.

    Die Strahlungszone endet bei etwa 70% des Sonnendurchmessers und das ist eine richtig gemessene Grenze.

    Die Helioseismologie hat ergeben, daß die Strahlungszone mit dem Kern fast wie ein fester Körper rotiert mit einer Rotationsdauer von knapp 27 Tagen. Wie schon mal erwähnt, rotieren die Außenbereiche mit 25,4 Tagen am Äquator und 36 Tagen an den Polen. Das sind erhebliche Unterschiede und da hat sich eine ca 30.000 km dicke Schicht ausgebildet. Siehe noch mal: (Interne Sonnenrotation).

    Diese Schicht wird TachoCline genannt. Sie liegt eingeklemmt zwischen Strahlungszone und der äußeren sogenannten Konvektionszone (gestrichelte Linie). Diese Übergangsregion zwischen den beiden Schalen wird heute als der Ursprung der sehr starken Magnetfelder der Sonne angesehen, daher auch der Name TachoCline, alles wegen ihrer differenziellen Rotation, wie die Physiker das nennen.


    Und über all dem liegt die Konvektionszone.

    Sie reicht von ca 200.000 km Tiefe bis hoch zur sichtbaren Oberfläche. Schon am Anfang dieser Schicht ist die Dichte nicht mehr als 1/5 von Wasser und mehr und mehr Elektronen werden von Atomen - von den schwersten zuerst - eingefangen. Das macht es schwieriger für die Photonen weiter zukommen, das Material wird sozusagen "undurchsichtiger" und der Energietransport nimmt ab.

    Weil jetzt lokal größere Volumen deswegen heißer werden, fangen die an sich nach oben zubewegen, anfangs sehr langsam ungefähr 10 m/s, um dann weiter oben in ein richtiges "Sieden" überzugehen. Zwischen 20.000 und 1000 km unter der Sonnenoberfläche teilen sich diese Volumen auf, erreichen eine Geschwindigkeit von 1km/s und man kann das von der Sonne her betrachtet, schon "Kochen" nennen. Das sehen wir dann an der Oberfläche, der Photosphäre, mit den Fernrohren als die schon erwähnte Granulation.

    Weil das Material auf dem Wege nach oben gleichzeitig expandiert, wird es kühler und die Dichte nimmt langsam Werte der Photosphäre an, was ja noch mal ungefähr 1/10.000 der Dichte unserer Atmosphäre auf Meeresniveau war.


    Jetzt kann man sich ja fragen, warum die Sonne erst in der Photosphäre anfängt zu scheinen, wo doch das Gas schon in der Konvektionszone so dünn ist.

    Die Antwort ist das "negative Wasserstoffatom", das mit zwei Elektronen begabt ist und von Hans Bethe 1930 vorausgesagt wurde. 1950 konnte man es experimentell bestätigen.

    Es war der Chemiker und Astronom Rupert Wildt, Spezialist für Sternatmosphären, der 1939 erklärte, daß diese Wasserstoffionen direkt unter der Sonnenoberfläche besonders häufig sind, daß die Photonen nicht mehr genug Energie haben und daß sie damit mehr oder weniger "aufgesaugt" werden.

    Jetzt nimmt die Dichte aber immer schneller ab und, in der unteren Photosphäre beginnend, wird die Materie dann doch mehr und mehr durchsichtig.


    Abschließend noch ein kontinuierlich aufdatiertes Sonnenbild: (Sonne, aktuelles Bild) (Weiter hier)

    Edited once, last by HWS ().

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