Sonne: Aufbau, Energie und Strahlung verstehen

Die Sonne ist ein Hauptreihenstern. In dieser Lebensphase verschmelzen Wasserstoffkerne im Inneren zu Helium. Dabei wird Energie frei. Ein Planet wie die Erde betreibt diese Fusion nicht. Im sichtbaren Licht sehen wir Planeten vor allem, weil sie Sternenlicht reflektieren. Die Sonne ist rund 4,6 Milliarden Jahre alt und im Mittel etwa 150 Millionen Kilometer entfernt. Sie besteht vorwiegend aus Wasserstoff und Helium. Vieles davon ist Plasma, ein Gas mit frei beweglichen geladenen Teilchen.

Die Sonne erscheint besonders hell, weil sie uns näher ist als andere Sterne. Ein Stern kann mehr Energie abstrahlen und trotzdem von der Erde aus schwächer erscheinen. Die Gravitation, also ihre Anziehungskraft, prägt die Planetenbahnen. Zugleich dreht sich die Erde um ihre Achse; das erzeugt Tag und Nacht.

Sonnenlicht ermöglicht das Sehen. Pflanzen nutzen es mit Wasser und Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese. Dabei bilden sie Zucker, etwa Glucose, und geben Sauerstoff ab. Das ist eine Grundlage der Nahrungsketten. Die Sonneneinstrahlung trägt zu lebensgeeigneten Temperaturen bei und beeinflusst Wetter, Klima, Wind und Wasserkreislauf. Schaue zur Beobachtung der Sonne nicht direkt in ihr helles Licht. Eine normale Sonnenbrille schützt deine Augen dabei nicht.

Im Sonnenkern herrschen etwa 15 Millionen Grad Celsius. Dort können Wasserstoffkerne miteinander verschmelzen. Dabei entsteht Helium und Energie wird frei. Das ist kein chemisches Feuer: Bei der Fusion verändern sich Atomkerne.

Die Energie gelangt vom Kern durch die Strahlungszone, wo Strahlung sie überträgt. In der Konvektionszone transportieren bewegte Plasmaströme sie weiter. An der Photosphäre entweicht ein großer Teil als Strahlung ins All. Diese sichtbare Schicht ist keine feste Oberfläche. Ihre gerundete Temperatur beträgt etwa 5500 °C.

Über ihr liegt die meist überstrahlte Chromosphäre. Bei einer totalen Sonnenfinsternis kann sie als rötlicher Rand sichtbar sein. Die äußere Korona erreicht über eine Million Grad Celsius. Wie sie so stark aufgeheizt wird, ist noch nicht vollständig geklärt. Protuberanzen sind große, durch Magnetfelder gehaltene Plasmabögen. Konvektion bedeutet Wärmetransport durch bewegte Materie: heißeres Plasma steigt, kühleres sinkt.

Sonnenstrahlung ist elektromagnetische Strahlung. Dazu gehören sichtbares Licht, Infrarot, UV-, Radio- und Röntgenstrahlung. Die Farben im sichtbaren Bereich unterscheiden sich durch ihre Wellenlänge, den Abstand zwischen zwei Wellenbergen. Ein Spektrum zeigt die Anteile der verschiedenen Wellenlängen. Die Sonne strahlt viel Energie im sichtbaren und nahen infraroten Bereich ab. Infrarot wird oft Wärmestrahlung genannt; auch absorbiertes sichtbares Licht kann einen Körper erwärmen.

Die sichtbare Photosphäre hat eine gerundete Temperatur von etwa 5500 °C. Eine Vergleichstemperatur für die gesamte Sonnenstrahlung beträgt ungefähr 5770 K. Kelvin ist eine Einheit für Temperatur. Zur Umrechnung eines Kelvinwertes in Grad Celsius ziehst du 273,15 ab. Die beiden Temperaturangaben sind gerundete Näherungen für unterschiedliche Beschreibungen der Sonne.

Die Erdatmosphäre absorbiert und streut Strahlung je nach Wellenlänge. Gamma- und Röntgenstrahlung sowie große Teile der UV-Strahlung gelangen nicht zum Erdboden. Viele Infrarotbereiche werden stark absorbiert. Sichtbares Licht und manche Radiobereiche kommen besser hindurch. Fraunhoferlinien sind dunkle Absorptionslinien. Viele entstehen in äußeren Bereichen der Photosphäre; weitere können in der Erdatmosphäre hinzukommen. Prüfe bei einem Bodenspektrum deshalb den Ort der Absorption.

Magnetfelder können örtlich das Aufsteigen heißen Plasmas hemmen. Ein Sonnenfleck bleibt dann kühler als seine Umgebung und wirkt dunkel, ist aber kein Loch oder kalter Körper.

Bei einer Neuordnung von Magnetfeldern kann gespeicherte Energie frei werden. Ein Flare ist ein plötzliches Aufleuchten. Ein koronaler Massenauswurf schleudert Plasma ins All. Beides kann zusammen auftreten, ist aber nicht dasselbe. Ausbrüche können Funkverbindungen stören. Trifft ein Massenauswurf die Erde, kann er ihr Magnetfeld und Stromnetze beeinflussen.

Die Sonnenaktivität schwankt in einem ungefähr elfjährigen Zyklus. In aktiven Phasen treten mehr Flecken und Ausbrüche auf. Daneben strömen ständig geladene Teilchen als Sonnenwind von der Sonne weg.