Hintergrund: Kraftwerk für fünf Milliarden Jahre

Obwohl unsere Sonne fast 99,8 Prozent der gesamten Masse des Sonnensystems in sich vereint, ist sie im interstellaren Vergleich doch nur ein durchschnittlich großer Stern. Sie besteht zu ca. 70 Prozent aus Wasserstoff und zu 28 Prozent aus Helium. Man schätzt ihr Alter auf 4,5 Milliarden Jahre.

Entstanden ist die Sonne vermutlich durch die Druckwelle einer riesigen Supernova, die auf eine Wolke aus Wasserstoff traf. Die Wolke kollabierte und es formten sich Ringe aus Gas und Staub - die Vorläufer unseres Sonnensystems. In der Mitte dieser Ringe entzündete sich durch Kontraktion des Wasserstoffs ein neuer Stern, die Sonne.

Die Sonne ist ein gigantisches Kraftwerk, das die Energie für unser gesamtes Sonnensystem erzeugt. Tief im Inneren wird diese Energie durch die Fusion von Wasserstoffatomen zu Helium erzeugt. Im Kern der Sonne herrschen Temperaturen von 15 Millionen Grad Celsius.

In jeder Sekunde reagieren 650 Millionen Tonnen Wasserstoffatome zu Helium. Die dabei freigesetzte Energie entspricht einer Energiemenge, wie sie bei der Explosion von einhundert Milliarden 1-Megatonnen-Wasserstoffbomben entstünde. Durch diese Kernfusion verliert die Sonne in jeder Sekunde vier Millionen Tonnen an Masse. Dieser Massenverlust wird in Form von energiereicher Strahlung abgegeben.

Die Fusionsreaktion findet im Sonnenkern statt. Die dabei entstehende Gammastrahlung benötigt jedoch aufgrund der Dichte der inneren Schichten Millionen von Jahre, um bis zur Sonnenoberfläche und letztlich in Form von Licht ins Weltall zu gelangen. Ohne diese permanente Reabsorption durch subatomare Teilchen würden die Gammastrahlen nur wenige Sekunden benötigen, um die Sonne zu verlassen. Letztlich schwächt sich die Gammastrahlung zu Röntgenstrahlung ab, die in gigantischen Gasblasen durch das Innere der Sonne in Richtung Oberfläche schießt. Diese Gasblasen erscheinen an der Oberfläche in Form von riesigen Granulen, jede so groß wie ein europäisches Land. Sie bilden die körnige Oberfläche der Sonne. Dort schwächt sich die Röntgenstrahlung erneut ab zu ultravioletter Strahlung und letztlich zu sichtbarem Licht, das nach acht Minuten auf unsere Erde trifft.

Die Sonne hat einen Durchmesser von 1,39 Millionen Kilometern und besitzt damit fast den 110fachen Erddurchmesser. Der Sonnenkern nimmt rund ein Viertel der Größe der Sonne ein. Im Sonnernkern herrschen Temperaturen um die 15 Millionen Grad Celsius.

Die im Kern erzeugte Gammastrahlung durchwandert auf ihrem Millionen Jahre langen Weg die um den Kern gelagerte Strahlungszone, welche fast die restlichen drei Viertel des Sonnendurchmessers einnimmt. In der anschließenden Konvektionszone, die ein Zehntel des Durchmessers ausmacht, wird die Energie durch turbulente Mischung der Gase übertragen.

Die so genannte Photosphäre ist die oberste, nur 400 Kilometer dünne Schicht der Konvektionszone. Die Temperatur an der Sonnenoberfläche beträgt nur noch 6000 Grad Celsius, steigt aber in der sogenannten Chromosphäre (einige tausend Kilometer oberhalb der Photosphäre) wieder auf rund 30.000 Grad an, um sich schließlich in den äußersten Schichten der Sonnenatmosphäre, der Korona, wieder auf zwei Millionen Grad aufzuheizen.

Die Sonnenkorona erstreckt sich um mehrere Sonnenradien weit in den Weltraum hinaus. Die Gründe für diesen dramatischen Anstieg der Temperatur sind noch unklar, man vermutet aber einen Zusammenhang mit dem starken Magnetfeld der Sonne.

Die Oberfläche der Sonne ist sehr aktiv. In der Chromosphäre finden gewaltige Eruptionen statt, die riesige Flammenzungen bis zu hunderttausend Kilometern weit hinaus in den Weltraum schleudern. Diese sogenannten Protuberanzen sind Wogen flammenden Gases, die von magnetischen Entladungen unterhalb der Oberfläche verursacht werden. Sie lassen sich bei einer Sonnenfinsternis gut beobachten, da sie bei dieser Gelegenheit nicht vom Sonnenlicht überstrahlt werden.

Die Sonne hat ein sehr starkes Magnetfeld, das verwirbelt und komplex aufgebaut ist. Indikatoren der starken magnetischen Aktivität sind die Sonnenflecken - gewaltige Bereiche in der Photosphäre von der Größe der Erde, die mit 4000 Grad Celsius kühler sind als ihre Umgebung und sehr starke lokale Magnetfelder aufweisen. Sie zeigen an, wo die Kraftlinien des Sonnenmagnetfeldes austreten. Man konnte beobachten, dass die Sonnenflecken in einem Zyklus von 11 Jahren anwachsen und sich über die Sonnenoberfläche bewegen. Daraus schloss man zum einen, dass die Sonne wie die Planeten um ihre Achse rotiert (interessanterweise unregelmäßig schnell: ein Umlauf dauert am Äquator 26, an den Polen 37 Tage).

Zum anderen stellte sich heraus, dass sich in diesem regelmäßigen 11-jährigen Zyklus das Magnetfeld der Sonne einmal komplett umpolt. Die unterschiedlich schnelle Rotation führt zu Verwirbelungen des Magnetfeldes, was zu gewaltigen Protuberanzen in der Chromosphäre führt. Auch hinter dem extremen Anstieg der Temperatur in der Korona auf mehrere Millionen Grad Celsius - im Gegensatz zu den "nur" 6000 Grad Celsius auf der Sonnenoberfläche - vermuten die Forscher das Magnetfeld als Ursache.

Die Korona der Sonne erstreckt sich mehrere Sonnenradien in das Weltall hinein. Die Sonne sendet einen steten Strom von elektrisch geladenen Teilchen (Elektronen, Protonen und Heliumkerne) ins Weltall hinaus, den "Sonnenwind". Er entsteht in Bereichen der Korona, wo Dichte und Temperatur lokal geringer sind. Hier treten die Magnetfelder geradlinig aus und nicht in den charakteristischen Bögen, an denen entlang sich für gewöhnlich die Protuberanzen spannen.

Die austretenden Teilchen beschleunigen auf extrem hohe Geschwindigkeiten von bis zu mehreren Millionen Kilometern pro Stunde. Die Beschleunigung der Teilchen hat vermutlich auch ihre Ursache in den Magnetwellen.

Der Sonnenwind trifft auf das Magnetfeld der Erde und verformt es (siehe Abbildung). Bei starkem Sonnenwind reagieren die hochenergetischen Teilchen in den Polregionen der Erde mit den Schichten der oberen Atmosphäre, was das Phänomen der Polarlichter hervorruft.

In etwa fünf Milliarden Jahren werden die Wasserstoffvorräte der Sonne verbraucht sein. Die Folge wird sein, dass sich unsere Sonne zu einem Roten Riesen aufblähen wird, zweihundert Mal so groß wie jetzt. Dabei wird sie die inneren Planeten Merkur und Venus und sehr wahrscheinlich auch unsere Erde verschlingen. Nur der Mars wird das Inferno überstehen. Letztlich kommt es zur Explosion und der heiße Kern wird freigelegt. Er verdichtet sich und schrumpft zu einem Weißen Zwerg.