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Warum brennt die Sonne? - Kernfusion einfach erklärt

Auch wenn man das früher dachte: Auf der Sonne brennt nichts. Das Kochrezept für Sonnenschein ist die Kernfusion, also das Verschmelzen leichter Kerne.

Was verbrennt die Sonne?
Was verbrennt die Sonne?

Ein wildes Feuer auf der Sonne?

  • Hineinsehen in die Sonne kann niemand! So blieb denn auch lange Zeit die Energieproduktion der Sonne für die Wissenschaft ein Rätsel. Denn jede Theorie musste ja die unvorstellbar großen Energiebeträge erklären, die die Sonne abgibt.
  • Dabei muss man sich vergegenwärtigen, dass die Erde aufgrund ihrer Entfernung und ihrer im Verhältnis zur Sonne doch recht kleinen Oberfläche nur etwa 2 Milliardstel (!) der von der Sonne erzeugten Energie empfängt. Zudem ergibt sich das Problem der stetigen Nachlieferung über doch beträchtliche Zeiträume.
  • So entstanden etwa Mitte des 19. Jahrhunderts Theorien von brennenden Holzfeuern, glühenden Metallkörpern oder explosiven Gasmassen. Selbst herabstürzende Meteoriten oder langsame Schrumpfungsprozesse der Sonne sollten für die Wärme der Sonne verantwortlich sein.
  • Doch keines der Modelle überzeugte, denn ihnen entsprechend würde die Sonne nicht einmal das Alter der Erde erreichen, bevor ihre Masse aufgebraucht wäre.

Die Sonne "brennt" Wasserstoff - Kernfusion kurz zusammengefasst

  • Soviel war klar: Die Sonne "verbrennt" nichts, die Energie musste aus einem anderen, im 19. Jahrhundert noch unbekannten Naturprozess stammen.
  • Mit der Entdeckung des Radiums war man dann überzeugt, dass auch Sterne ihre Energie aus radioaktiven Zerfällen beziehen. Allerdings konnte man (aus Spektren) nachweisen, dass die Sonne weder große Mengen an Radium noch Uran oder Thorium enthält.
  • In der Kernphysik wurden jedoch zwei weitere wesentliche Prozesse entdeckt, mit denen beträchtliche Mengen an Energie gewonnen werden können, zum einen die Spaltung schwerer Elemente (Kernkraftwerke), zum anderen die Vereinigung der leichtesten Atomkerne, dem Wasserstoff, sowie seine beiden schwereren Varianten Deuterium und Tritium (Stichwort: Wasserstoffbombe). 
  • Da die Sonne primär aus leichten Elementen wie Wasserstoff und Helium besteht, kam nur die Fusion bei sehr hohen Temperaturen als Reaktion zur Energieerzeugung infrage. Spaltbares Material enthält die Sonne nur in verschwindend kleiner Menge.
  • Bei der Fusion entsteht, oft erst nach mehreren Schritten, ein Heliumkern, dessen Masse etwas geringer als die Summe der Ausgangsmasse der vier Wasserstoffkerne ist.
  • Dieser Massenverlust wird gemäß der einsteinschen Masse-Energie-Äquivalenz in Bewegungsenergie der Teilchen und Strahlung umgesetzt.
  • Aber hat die Sonne überhaupt eine ausreichende Temperatur für die Kernfusion in ihrem Inneren? Auch diese Frage stellte sich den Physikern. Aus der Sonnenmasse und deren Gravitation lässt sich abschätzen, dass in der Sonne Temperaturen von etwa 15 Mio.°C und ein enormer Druck von über 200 Milliarden Atmosphären herrschen.
  • Dies reicht aus, Wasserstoffkerne in mehrstufigen Fusionsreaktionen zu Helium zu verschmelzen. Etwas salopp wird dieser Vorgang auch als "Wasserstoffbrennen" bezeichnet, in diesem Sinne "brennt" die Sonne also tatsächlich, wenn auch nicht gerade Holz, Öl oder Gas.
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