Die Sonne schrumpft

...und zwar gewaltig schnell, wenn man in irdischen Dimensionen denkt.

Im Kern der Sonne passieren ja ständig nukleare Fusionen, bei denen Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. Dabei werden - grob gesagt - aus vier Wasserstoffatomen ein Heliumatom. Der Grund, warum die Sonne so heiß ist, ist folgender: Nimmt man die einzelnen Bestandteile, die ein Heliumatom aufbauen (zwei Protonen und zwei Neutronen), "wiegt" man sie einzeln ab und zählt ihre Massen dann zusammen, so beobachtet man, dass diese Summe der einzelnen Massen größer ist als die Masse eines Heliumatoms. Wie ist das möglich? Warum werden unsere atomaren "Grundbausteine" plötzlich leichter, wenn man sie zu einem Heliumatom kombiniert?

Schematischer Ablauf der Proton-Proton-Reaktion
(Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FusionintheSun.svg)

Zwischen "Ausgangsstoffen" und "Endprodukten" gibt es also einen Massenunterschied. Kann man sagen, es ist Masse "verloren" gegangen? Ist Masse nicht eine Art Erhaltungsgröße, sodass sie nie einfach verschwinden oder erscheinen kann? - Die Antwort ist: Nein, die Masse wird nur in der klassischen, newtonschen Physik erhalten. Wie Einstein herausgefunden hat, kann Masse in Energie umgewandelt werden. Masse und Energie sind über seine berühmte Masse-Energie-Äquivalenzformel E = Δmc² miteinander eng verbunden. (Wir schreiben hier "Delta-m" - also Δm - anstatt einfach nur m, was verdeutlichen soll, dass wir uns hier mit Massendifferenzen beschäftigen.) Bei der Kernfusion geht also keine Masse einfach so verloren, sondern sie wird in Energie umgewandelt. Es gilt also eine Art universellerer Erhaltungssatz.
Diese Energie wird abgestrahlt, wandert vom Sonnenkern mehrere 100.000 Jahre zur Sonnenoberfläche und danach etwa acht Minuten lang zu uns auf die Erde, wo sie unsere Eislutscher oder - fast noch schlimmer - unser Bier erwärmt. (Hat sich das ganze also ausgezahlt?) ;-)

Und so sieht die Sonne jetzt gerade aus.

Übrigens: In Kernreaktoren wird Energie auch aufgrund dieses sog. Massendefekts gewonnen, mit dem Unterschied, dass schwere Elemente, wie z. B. Uran, gespalten werden. Bei solchen schweren Elementen ist es genau umgekehrt: Die Summe der einzelnen Massen der "Bausteine" ist kleiner als der gesamte Atomkern. Deshalb muss man diese Kerne spalten, um Energie gewinnen zu können.
Dies gilt für schwerere Elemente als Eisen. Um Energie aus leichteren Elementen als Eisen gewinnen zu können, muss man hingegen Fusion betreiben.

Wie viel Energie gibt also die Sonne ab?
--> 3,9·10²⁶ Joule pro Sekunde.

Setzen wir diese Zahl zusammen mit der Lichtgeschwindigkeit c = 3·10⁸ m/s in Einsteins Gleichung E = Δmc² ein:

E / c² = Δm

(3,9·10²⁶) / (3·10⁸)² = 4,3·10⁹ kg

Wir erhalten also als Ergebnis, dass die Sonne pro Sekunde 4,3·10⁹ Kilogramm an Masse durch die Energieabstrahlung verliert. Das sind mehr als 4 Millionen Tonnen pro Sekunde!!

Eine kleine Veranschaulichung gefällig? --> Hier klicken.


Ja aber... wie lange dauert es, bis sich die Sonne selbst weggestrahlt hat?
Keine Sorge, das dauert ziemlich lange! Bevor die Sonne wegschrumpft, geht in einigen Milliarden Jahren der Brennstoff aus und erst dann ist das Leben auf der Erde garantiert vorbei. (Vorausgesetzt natürlich, die Erde ist von großen Asteroideneinschlägen etc. verschont geblieben und wir haben uns in unserer ach so hochgelobten "Intelligenz" noch nicht gegenseitig weggebombt, was über kurz oder lang wohl eine der größeren Bedrohungen für die ganze Menschheit darstellt.)
Die Sonne verliert zwar pro Sekunde 4.000.000.000 Kilogramm, doch wenn man diesen Massenverlust über zehn Milliarden Jahre (= 10.000.000.000 Jahre) hochrechnet, so hat die Sonne in dieser Zeit nur etwa 0,1 % ihrer Gesamtmasse verloren.

...spätestens jetzt darf man sagen: "Wow - die Sonne muss ja wirklich groß sein!" ;-)



Abschließend möchte ich euch noch ein schönes Video zeigen, das die letzten drei Jahre der Sonne in drei Minuten zeigt.
Aufgenommen wurden die zahlreichen Bilder vom Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA. Wenn man genau hinsieht, kann man eine Zunahme der Sonnenaktivität im Laufe des Videos beobachten. Denn die Sonne steuert da in ihrem elfjährigen Zyklus gerade auf ein Aktivitätsmaximum zu.