Die Sonne

Die Milchstraße setzt sich aus mehr als hundert Milliarden Sternen zusammen – einer davon ist unsere Sonne. Gerade in den vergangenen Jahrzehnten haben Astronominnen und Astronomen viele Vorgänge auf unserem Zentralgestirn entschlüsselt, durch immer detailliertere Beobachtungen und genauere Modelle. Doch einige Rätsel gibt die Sonne nach wie vor auf.

Schon in der menschlichen Frühgeschichte wurde die Sonne kultisch verehrt – beeinflusst sie doch mit ihrem Licht und ihrer Wärme, ihrer täglichen Wanderung über den Himmel und ihrer im Jahreslauf unterschiedlichen Höhe am Firmament stärker als jedes andere Gestirn das Leben auf der Erde. Aber so bedeutsam die Sonne für das Leben auf der Erde auch sein mag, unter den mehr als hundert Milliarden übrigen Sternen in der Milchstraße ist sie ein vergleichsweise gewöhnlicher Stern.

Die Nähe zu unserem Planeten macht die Sonne aber dennoch besonders für Astronominnen und Astronomen: Mit einem Abstand von etwa 150 Millionen Kilometern lassen sich ihre Oberfläche und Atmosphäre im Gegensatz zu anderen Sternen detailgenau beobachten. Schon seit der Antike ist bekannt, dass die Sonnenscheibe dunkle Flecken besitzt. Teleskope machten eine Vielzahl von weiteren Phänomenen sichtbar, wie etwa Protuberanzen und Eruptionen. Jahrhundertelang stellten diese Erscheinungen, die in einem ungefähr elfjährigen Rhythmus gehäuft auftreten, die Wissenschaft vor Rätsel.

Fusion als Energiequelle

Neben den Vorgängen auf der Sonnenoberfläche galt es auch, eine viel grundlegendere Frage zu klären: Wie erzeugt unser Zentralstern seine Energie? Schließlich spendet er bereits seit rund 4,5 Milliarden Jahren kontinuierlich Licht und Wärme. Chemische Energie, wie etwa bei einem Kohlenfeuer, würde lediglich für einige Tausend Jahre reichen. Ein langsames Zusammenziehen der Sonne, wodurch Gravitationsenergie in Wärme umgewandelt würde, könnte lediglich einige Millionen Jahre überbrücken.

Aufbau der Sonne

Erst dank neuer Erkenntnisse in der Kernphysik und der Quantenphysik gelang es in den 1930er-Jahren, das Geheimnis zu lüften. Die Energie der Sonne, und auch anderer Sterne, stammt aus der Fusion von Wasserstoff zu Helium. Basierend auf diesem Wissen war man schließlich in der Lage, ein vollständiges Modell der Sonne zu entwickeln. Die Fusionsreaktionen finden demnach in ihrem Kern statt, bei einer Temperatur von etwa 15 Millionen Grad Celsius. Zunächst gelangt die dabei freigesetzte Energie durch Strahlung, weiter außen dann durch Konvektion – also das Aufsteigen heißer Materie aus dem Inneren – an die nur noch etwa 5700 Grad Celsius heiße Oberfläche.

Rolle der Magnetfelder

Bei nahezu allen Prozessen auf der Sonne kommt Magnetfeldern eine zentrale Rolle zu. An der Oberfläche können sie beispielsweise lokal das Aufsteigen von heißem Gas verhindern und auf diese Weise kühlere, dunkle Flecken hervorrufen. Andererseits können sich in der Sonnenatmosphäre aber auch einzelne Bereiche schlagartig aufheizen – und dadurch kurzzeitig hell aufleuchten –, wenn sich dort Magnetfeldlinien umordnen. Bei diesem Ereignis können auch gewaltige Materialmengen ins Weltall hinausgeschleudert werden und zu Sonnenstürmen führen. Fegen solche Partikelströme über die Erde hinweg, können sie Strom- und Telekommunikationsnetze lahmlegen.

Neben solchen heftigen Massenauswürfen, geht von der Sonne auch ein stetiger Teilchenstrom aus. Wie genau die Partikel dieses Sonnenwinds beschleunigt werden, ist bislang noch unklar. Auch ist noch nicht vollständig verstanden, was die Korona – also die äußere Atmosphäre der Sonne – aufheizt. Denn nach einem Minimum unmittelbar über der Oberfläche steigt die Temperatur in den darüberliegenden Atmosphärenschichten wieder an und erreicht in der Korona schließlich Werte von mehr als einer Million Grad Celsius.

Die Sonne gibt also nach wie vor einige Rätsel auf. Mit Raumsonden wie der Parker Solar Probe und dem Solar Orbiter sowie immer umfangreicheren Computermodellen wollen Forscherinnen und Forscher aber auch auf diese Fragen bald eine Antwort finden.