Die Sonne | Mensch-Erde-Universum

Die Sonne ist ein Zwergstern der Spektralklasse G und befindet sich im äußeren Bereich unserer Galaxis, dem Orionarm der Milchstraße. Sie bildet das Zentrum unseres Sonnensystems und sorgt dafür, dass Leben auf unserem Planeten möglich ist.

Durch die Gravitation der Sonne werden alle Planeten des Sonnensystems auf ihren Bahnen gehalten. Die Erde befindet sich dabei in einem Abstand, der in der habitablen Zone liegt, also Leben ermöglicht. Das bedeutet, es ist weder zu warm noch zu kalt für Leben, und Wasser an der Oberfläche liegt in flüssiger Form vor.

In der Geschichte des Menschen spielte die Sonne in vielen Zivilisationen und Kulturen eine besondere Rolle. Der Wechsel von Tag und Nacht und auch die Jahreszeiten werden von der Sonne bestimmt. Die Vegetation der Erde, deren landwirtschaftliche Nutzung und damit auch die Ernährung des Menschen hängen von der Sonne ab.

Schließlich bestimmt die Sonne nicht nur die Temperaturen auf der Erde, sondern auch das Wetter insgesamt. Sonnenschein oder Regen, Schnee, Hagel, oder Hitzewellen – alle Wetterphänomene gehen letztendlich auf die Strahlung der Sonne zurück.

Die Sonne verursacht auch das Weltraumwetter und den Sonnenwind, ein Strom hochenergetischer Teilchen (Protonen und Elektronen). Diese können die Funktion von Satelliten und auch von Elektronik auf der Erde beeinflussen. Aus diesem Grund wird die Sonnenaktivität von vielen Instrumenten kontinuierlich gemessen.
Auch für ein Verstehen des Klimawandels ist das Wissen über die Wirkung der Sonnenstrahlung und die Beobachtung der Sonnenaktivität entscheidend.

Aufgrund dieser immensen Bedeutung für so viele wichtige Bereiche ist die Sonne relativ gut erforscht. Doch direkte Messungen sind selbst für unbemannte Raumfahrtmissionen vollkommen ausgeschlossen. Die Temperaturen in der Nähe der Sonne sind so gewaltig, dass Beobachtungen oder Erkundungen nur aus großer Entfernung möglich sind.

In diesem Artikel fassen wir die wichtigsten Informationen zu unserem Heimatstern, der Sonne zusammen. Dabei wollen wir unter anderem auch diese Fragen beantworten:

Was wissen wir über die Sonne? Welche Informationen konnten bisher gesammelt werden und welche Missionen und Instrumente haben zu diesem Wissen beigetragen? Und in welchen Bereichen könnte unser Wissen über die Sonne noch deutlich besser sein?

Die Kapitel im Überblick

Sonneneruption und koronaler Massenauswurf (CME) im Januar 2012 — Sonneneruption und koronaler Massenauswurf (CME), aufgenommen durch den NASA-Satelliten SDO (Solar Dynamics Observatory) im Januar 2012. **Credit**: NASA/GSFC/SDO

Die wichtigsten Daten zur Sonne im Überblick

In der Astronomie hat die Sonne das Symbol ☉. Entsprechend schreibt man für

den Radius der Sonne: R☉
die Masse der Sonne: M☉
das Volumen der Sonne: V☉

Größe, Gewicht

Die Sonne ist das größte und auch das schwerste Objekt im Sonnensystem und bildet damit dessen Schwerpunkt. Mehr als 99 Prozent der Masse des gesamten Sonnensystems befinden sich innerhalb der Sonne.

Sonnenmasse

Die Masse der Sonne beträgt ca. 1,98 · 10³⁰ kg

Sonnenmasse: M☉ = 1,9884 · 10³⁰ kg ± 2 · 10²⁶ kg

Die Sonne ist damit ungefähr 332.950-mal so schwer die Erde.

Radius der Sonne

Die Sonne hat an ihrem Äquator einen Radius von etwa 696.342 km. Zum Vergleich: Der Radius der Erde beträgt 6.371 km und der Radius von Jupiter ist 69.911 km. Die Sonne ist also etwa 110-mal so groß wie die Erde und ca. 10-mal so groß wie Jupiter, der größte Planet im Sonnensystem.

Sonnenradius: R☉= 696.342 km

Volumen der Sonne

Das Volumen der Sonne ergibt sich damit zu:

V☉ = π × (R☉)³ = 1,41 × 10¹⁸ km³

Zum Vergleich: Das Volumen der Erde beträgt ca. 1,083 × 10¹² km³. Die Erde würde damit ungefähr 1,3 Millionen mal in der Sonne Platz finden.

Zusammensetzung der Sonne

Woraus besteht die Sonne?
Die Sonne besteht zu ca. 91,5 % aus Wasserstoff und 8,5 % aus Helium. Zusätzlich lassen sich die folgenden Atome in der Photosphäre der Sonne nachweisen:

Sauerstoff: 0,054 %
Kohlenstoff: 0,033 %
Neon: 0,013 %
Stickstoff: 0,0088 %
Silicium: 0,0036 %
Magnesium: 0,0033 %
Eisen: 0,0029 %

Temperatur der Sonne

Aufgrund der hohen Dichte im Innern der Sonne und der dort stattfindenden Kernfusionsreaktionen beträgt die Temperatur im Kern der Sonne ca. 15 Millionen Grad Celsius. Mit einer Temperatur von etwas über 5.900 Grad ist es da an der Oberfläche vergleichsweise kalt.

Effektive Oberflächentemperatur: 5.772 Kelvin

Diese Oberflächentemperatur der Sonne ist gerade so hoch, dass auf der Erdoberfläche Wasser in flüssiger Form existieren kann. Dies ist wiederum die Voraussetzung für alles Leben auf der Erde.

Die Temperatur an der Oberfläche der Sonne bestimmt auch, wie sich die Energie des Sonnenlichts auf die verschiedenen Wellenlängenbereiche verteilt. Hierauf gehen wir genauer im Kapitel: Die Sonnenstrahlung ein.

Spektralklasse und Sternklasse

Die Sonne ist ein Gelber Zwerg und gehört zur Spektralklasse G2V. Die Leuchtkraft der Sonne beträgt 3,828 · 10²⁶ Watt.

Sonnenleuchtkraft: L☉ = 3,828 · 10²⁶ W

Alter der Sonne

Die Sonne ist ca. 4,57 Milliarden Jahre alt und damit genauso alt wie die Erde und die anderen Planeten im Sonnensystem. Die Sonne ist ein relativ junger Stern: Sie ist etwa 9 Milliarden Jahre nach dem Urknall (Big Bang) entstanden, siehe hierzu auch den Artikel: Sternentstehung.

Abstand zur Erde

Die Erde dreht sich jedes Jahr (genauer: alle 365,25 Tage) einmal um die Sonne auf einer fast kreisförmigen Bahn.
Dabei beträgt der größte Abstand der Sonne zur Erde etwa 152,1 Mio. km und der kleinste Abstand etwa 147,1 Mio. km. Der mittlere Abstand der Sonne zur Erde ist ungefähr 149,6 Mio. km.

Dieser mittlere Abstand der Sonne zur Erde ist auch die Definition für die Astronomische Einheit:

1 Astronomische Einheit (AE) = 149,6 Mio. km

Abstand zum Zentrum der Milchstraße

Die Sonne befindet sich im Orionarm, einem Nebenarm der Spiralgalaxis Milchstraße und ist ca. 26.000 Lichtjahre vom Zentrum unserer Galaxis entfernt.

Die Sonnenstrahlung

Wie bei allen Sternen befindet sich im Kern der Sonne ein Fusionsreaktor: Fortwährend verschmelzen dort die Kerne von 4 Wasserstoffatomen in einem mehrstufigen Prozess (Proton-Proton-Kette) zu 1 Heliumatom.
In jeder Sekunde werden so im Innern der Sonne etwa 620 Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium umgewandelt. Durch diese Kernfusion entsteht eine gewaltige Menge an Energie, welche in Form von Strahlung, Licht und Wärme in den Weltraum abgegeben wird.

Sonnenenergie

Die Strahlung der Sonne ist die Quelle einer unvorstellbar großen Menge an Energie. Jede Stunde empfängt die Erde von der Sonne eine Energie von ca. 173.000 Terawattstunden, was derzeit mehr ist als alle Menschen zusammen in einem ganzen Jahr verbrauchen.

Auf der Erde haben sich im Laufe von Milliarden von Jahren Lebewesen entwickelt und verbreitet, welche diese Energie des Sonnenlichts nutzen. Zunächst Einzeller und Mikroorganismen, später kleinere Pflanzen und riesige Bäume, welche durch Photosynthese die Sonnenenergie in biochemische Energie umwandeln.

Die elektromagnetische Strahlung der Sonne ist auch der Grund dafür, dass wir sehen können. Alle Farben und alle optischen Eindrücke ergeben sich daraus, dass das Maximum der Sonnenstrahlung im Bereich des sichtbaren Lichts liegt. Dadurch ist unsere Wahrnehmung und auch unser visuelles Denken geprägt.

Der Aufbau der Sonne

Mit einem Radius von 696.342 km (Durchmesser: ca. 1,4 Millionen Kilometer) ist die Sonne mehr als 100-mal so groß wie die Erde. Über diese riesige Strecke ändern sich viele physikalische Eigenschaften, wie insbesondere die Dichte und die Temperatur.

Entsprechend unterscheidet man beim Aufbau der Sonne vor allem diese 6 Schichten: