Ist die Sonne wirklich eine riesige Wasserstoffbombe? Woher kommt seine Energie?

Wenn es um die Sonne geht, ist sie jedem ein Begriff, aber kennen und verstehen wir sie wirklich? Warum strahlt es Licht und Wärme aus? Warum ist es nach Milliarden von Jahren nicht verbrannt? Kann Einsteins E = mc² alles erklären? Ist es wirklich eine große Wasserstoffbombe? Lassen Sie uns heute darüber sprechen.

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Die Sonne ist kalt

Ich glaube, viele Menschen wissen, dass die Sonne scheint und durch Kernfusion Wärme abgibt. Schätzungen zufolge kann die Sonne 38,6 Billionen Joule Energie pro Sekunde erzeugen, was dem Abbrennen von 1,8 Milliarden Zar-Wasserstoffbomben pro Sekunde entspricht. Der erste Eindruck ist, dass die Sonne eine riesige Wasserstoffbombe ist.

Die Frage ist also: Was ist heißer, der Kern der Sonne oder eine Wasserstoffbombe?

Die Antwort ist, dass die Wasserstoffbombe gewinnt! Die Temperatur im Kern der Sonne beträgt lediglich 15 Millionen Grad, also weit weniger als die Hunderte Millionen Grad hohe Temperatur einer Wasserstoffbombe, und sie reicht nicht einmal aus, um eine Wasserstoffbombe zu zünden (zur Detonation einer Wasserstoffbombe ist die hohe Temperatur einer Atombombe erforderlich).

Oder rechnen wir aus einer anderen Perspektive: Das Volumen der Sonne beträgt 141 Billionen Kubikkilometer, und die Kernfusion findet fast ausschließlich im Kern statt, der 8‰ dieses Volumens ausmacht. Also,

386 Billionen Watt ÷ (141 Billionen Kubikkilometer × 0,008)

≈34 Watt/m3

Erinnert uns diese Zahl nicht nur an eine Glühbirne und überhaupt nicht an eine Wasserstoffbombe? Natürlich ist der Kern der Sonne selbst nicht einheitlich und der Kern im Kern ist etwas effizienter, aber nur mit höchstens 277 Watt pro Kubikmeter.

Was bedeuten 277 Watt pro Kubikmeter? Der Grundumsatz eines Erwachsenen beträgt etwa 1400 kcal pro Tag, was in die Potenz des Internationalen Einheitensystems umgerechnet wird: 1400 × 1000 × 4,2 (kcal → cal → Joule) ÷ 24 ÷ 3600 (Tag → Sekunde) = 68 Watt. Das Volumen des menschlichen Körpers beträgt ungefähr 0,06 Kubikmeter und 68 Watt/0,06 Kubikmeter sind 1134 Watt/Kubikmeter. Die maximale Produktionskapazität des Sonnenkerns beträgt nur ein Viertel davon. Das heißt, wenn ein Mensch ein gleiches Volumen des Sonnenkerns als Energie verbraucht, wird er erfrieren, selbst wenn er sich hinlegt und nichts tut. Vier Sätze solcher Kernmaterialien reichen gerade aus, um einen Menschen zu ernähren. Mit anderen Worten: Wenn wir nur die Effizienz der Energieerzeugung pro Volumeneinheit berechnen, ist die Effizienz von uns, die wir mehrere Mahlzeiten am Tag zu uns nehmen, weitaus höher als die der solaren Kernfusion …

Was ist also schiefgelaufen? Ist die Berechnungsformel falsch? Stimmt etwas mit der Einheitenumrechnung nicht? Wenn jeder mit einem Taschenrechner rechnet, kommt er zum gleichen Ergebnis. Tatsächlich gibt es nirgendwo ein Problem. Die Sonne ist einfach so „kalt“ (relativ gesehen). Es handelt sich dabei keineswegs um eine riesige Wasserstoffbombe, sondern um einen riesigen Kernreaktor mit extrem geringer Effizienz. Es brennt sehr leise. Von seiner Geburt bis heute hat es weniger als 0,03 % seiner Masse verloren. Seine enorme Leistungsfähigkeit verdankt es seiner Größe und nicht seiner Produktionseffizienz. Würde die Wasserstoffbombe auf die gleiche Weise funktionieren wie die Sonne, wäre sie keine furchterregende thermonukleare Waffe, sondern die kontrollierte Kernfusion, von der die Menschheit schon immer geträumt hat – natürlich hoffen wir immer noch, dass ihre Produktionskapazität etwas höher ist, sonst könnten wir genauso gut Reis essen.

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Wie kam es zu der Temperatur von 15 Millionen Grad Celsius?

Sie fragen sich vielleicht: Wie kann sich der Kern der Sonne bei einer so geringen Energieeffizienz auf 15 Millionen Grad Celsius erhitzen?

Tatsächlich ist die hohe Temperatur im Kern der Sonne die Ursache der Kernfusion und nicht das Ergebnis. Eine Kernfusion tritt nur auf, wenn hohe Temperaturen auftreten, und nicht aufgrund der hohen Temperaturen, die durch die Kernfusion entstehen. **Diese hohe Temperatur wird durch Befolgen der Gesetze der Thermodynamik erzeugt. Selbst ohne Kernfusion wird der Kern des komprimierten Gases zwangsläufig eine hohe Temperatur aufweisen, wenn wir Gase mit der gleichen Masse und Zusammensetzung wie die Sonne zusammenbringen und diese große Masse kalten Gases unter der Einwirkung der Schwerkraft schrumpfen lassen.

Welche Rolle spielt also die Kernfusion? Die dabei erzeugte Wärme gleicht die Strahlungsabstrahlung dieser Gasmasse aus (genauer gesagt müsste man einen so heißen Zustand als „Plasma“ bezeichnen), wodurch die Teilchen sich heftiger bewegen und so der Schwerkraft widerstehen und ein weiteres Schrumpfen unseres ursprünglichen Sterns verhindert wird.

Dies ist ein interessanter selbstregulierender Gleichgewichtszustand: Schrumpft der Stern weiter oder kann die durch die Fusion erzeugte Wärme nur schwer abgeführt werden, erwärmt sich der Kern, die Fusionseffizienz steigt und es wird mehr Wärme erzeugt, die den Kern ausdehnt. Dehnt sich der Kern eines Sterns jedoch zu stark aus, wird er kalt, die Fusionseffizienz nimmt ab und die Schwerkraft gewinnt wieder die Oberhand, wodurch der Kern wieder komprimiert wird. Es klingt wie ein oszillierender Prozess, aber tatsächlich stabilisieren sich Temperatur und Größe jeder Schicht des Sterns nach Erreichen eines Gleichgewichtspunkts, genau wie bei unserer Sonne. Die Energie aus der Kernfusion wird weder gespeichert noch überzogen, sondern zu 100 % von der Oberfläche ins All abgestrahlt.

Wenn diese Gasmasse sehr hartnäckig ist und sich weigert, die Kernfusion zu zünden, wird sie direkt in den Flammenloszustand des Sterns übergehen und weiter schrumpfen. Diejenigen mit geringerer Masse werden zu weißen Zwergen, während diejenigen mit größerer Masse weiter zu Neutronensternen oder sogar schwarzen Löchern schrumpfen.

Es gibt ein Phänomen im Universum, das uns die unterstützende Rolle der Kernfusion bei der Struktur von Sternen verdeutlichen kann. Am Ende seines Lebens erlischt die Aktivität eines besonders massereichen Sterns plötzlich, weil sein Kernbrennstoff aufgebraucht ist. Der Stern verliert seinen inneren Halt und bricht wie ein gesprengtes Gebäude zusammen, was ein gewaltiges Feuerwerk im Universum auslöst. Die freigesetzte Energie ist vergleichbar mit der gesamten Energie, die die Sonne während ihres Lebens freisetzt. Dies ist das Phänomen einer Supernova-Explosion.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Vergleich unserer Sonne mit einer Wasserstoffbombe nicht zutreffend ist. Tatsächlich handelt es sich um einen riesigen Kernreaktor mit geringem Wirkungsgrad. Gerade der Sanftheit der Sonne (im Verhältnis zur Erde) ist es zu verdanken, dass sich auf der Erde buntes Leben entwickeln kann.