|
Unsere Sonne - Referat
Unsere Sonne
Dieses Referat ist über unsere Sonne. Ich hoffe man kann dem gut folgen und nachher mehr über die Sonne wissen.Zu Beginn leitet die Einleitung das Thema ein. Darauffolgend wird der Aufbau, wie auch die Eigenschaften der Sonne dargestellt. Anschließend komme ich zum Schwerpunkt: Die Energiegewinnung der Sonne. Und zum Schluss werden noch einige sonnenzusammenhängende Erscheinungen beschrieben.
Inhaltsverzeichniss
1 Einleitung
2 Aufbau
2.1 Allgemeines/ Eigenschaften
2.2 Entstehung der Sonne
2.3 Aufbau
3 Energiequelle unserer Sonne (Proton-Proton-Reaktion)
3.1 Allgemeines
3.2 Proton-Proton-Reaktion
3.3 Bethe-Weizsäcker-Zyklus
4 Hydrostatisches Gleichgewicht
5 Sonnenflecke
6 Protuberanzen
7 Sonnenwind und das Polarlicht
1 Einleitung
Die Sonne war früher für den Menschen die größte Erscheinung am Himmel. Sie wurde im Gegensatz zu anderen Himmelskörpern, am stärksten wahrgenommen. Man führte sie deshalb in die mythologischen und göttlichen Religionen ein.
Römer und Griechen gaben ihr die göttlichen Namen: Helios und Sol. Bei den Ägyptern glaubten manche an den Sonnengot Ra. Andere nahmen an, dass die Himmelsgöttin die Sonne tagtäglich neu an den Himmel brachte. Wurde die Sonne von dem Mond verdunkelt, dachte man die Himmelsgöttin sei aufgebracht oder das Ende der Welt würde anbrechen. Zu dieser Zeit gab es schon Astronomen, die dieser Angelegenheit auf den Grunde gehen wollten. Somit konnten sie Dunkelheiten vorhersagen und ihre Könige damit beeindrucken. Schon 500 v.Chr. wurde die Sonne im alten Griechenland als realistisches Objekt angesehen. Der Grieche Aristarch von Samos veröffentliche zum ersten mal die ungefähre Entfernung von der Erde zur Sonne; 10000 Millionen Kilometer. Daraus folgerte man, dass die Sonne viel größer sein musste als die Erde.
2 Aufbau
2.1 Allgemeines/ Eigenschaften
Unsere Sonne ist das Zentrum unseres Planetensystem und liefert Licht und Wärme, das für alle Organismen unserer Erde lebensnotwendig sind. Mit Hilfe von Newtons Gravitationsgesetzen bewies man, dass unsere Sonne alle Planeten und Kleinkörper auf ihren Kreisbahnen hält. Wenn man sie isoliert betrachtet ist sie eine riesige Kugel aus Gas, die sich auf den so genannten Orionarm unserer Galaxie, der Milchstraße, befindet. Für einen Umlauf benötigt sie ca. 210 Millionen Jahre in der Milchstraße. Des weiteren ist ca. 110 mal größer als die Erde. Man kann das sich auch so vorstellen, dass die Umlaufbahn des Mondes um die Erde 2 mal nebeneinander in die Sonne hineinpassen.
Die Sonne besteht aus:
- ca. 78,4 % Wasserstoff
- ca. 19,8 % Helium
- ca. 0,86 % Sauerstoff
- ca. 0,4 % Kohlenstoff und
- ca. 0,15 % Eisen
2.2 Entstehung der Sonne
Vor ungefähr 5 Milliarden Jahren bildete sich eine Wolke aus interstellarem Gas ( = dünn verstreute Materie zwischen Sternen einer Galxie, besteht aus ca. 90 % Wasserstoff und ca. 10 % Helium) in unserem Universum. Da sich genügend Masse in dieser Umgebung befand, entwickelte sich eine Gravitationskraft, welche immer mehr Masse anzog und dadurch immer größer wurde. Somit enstand die Sonne.
2.3 Aufbau
Die Sonne ist in mehreren Schichten unterteilt.
Die Kernzone ist das Zentrum der Sonne, in der die Kernfusionen stattfinden und das Licht der Sonne produzieren. Durch die Strahlungs- und Konvektionszone erfolgt der weitere Abtransport des Lichts zu den oberen Schichten, zur Chromosphäre und zur darauffolgenden Oberfläche, der Photosphäre. Diese ist die einzige sichtbare Schicht, die jedoch durch blasenartige Erscheinungen (auch Granule genannt), ungleichmässig hell erscheint. Durch Konvektionen (Bewegung der heißen Materie vom Innern zur Oberfläche hin und kalte Materie in Richtung Zentrum) wechseln die Granule die Schichten der Sonne. Die Äußerste und damit letzte Schicht wäre die Korona. Sie besitzt die geringste Dichte, ist jedoch am Aktivsten.
Also nochmal kurz zusammengefasst:
Kernzone Strahlungszone Konvektionszone Chromosphäre Photosphäre Korona
3 Energiequelle unserer Sonne (Proton-Proton-Reaktion)
3.1 Allgemeines
Bevor ich zur Proton-Proton-Reaktion komme möchte ich noch einige Fakten vorweg aufzählen, die für das Verständnis wichtig sind.
Es ist bekannt, dass Atome Elektronen besitzen.
Man weiß ebenfalls, dass Atomkerne aus Protonen und Neutronen bestehen.
Wenn man ein Proton zu einem Neutron umwandelt, spalten sich ein Positron (Elektron nur positiv) und ein Neutrino ( = Elementarteilchen) ab.
Die Vorraussetzung für eine Proton-Proton-Reaktion ist ein enorm hoher Druck von ca. 220 Millionen bar und einer Temperatur von ca. 14/15 Millionen °C. Bei so einer hohen Temperatur spalten sich die Elektronen von den Atomen. Sie werden Ionisiert.
3.2 Proton-Proton-Reaktion
Die Proton-Proton-Reaktion ist in 3 Teile eingeteilt.
1) Im ersten Schritt verbinden sich zwei Wasserstoffprotonen (1 Proton) zu einem Deuterium, welches aus einem Proton und einem Neutron besteht (hier wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt). Als Nebenprodukte entstehen ein Proton, ein Neutrino und Licht (= + 0,42 MeV; das freigesetzte Positron verschmilzt sich mit einem Elektron dabei wird ebenfalls Energie freigesetzt = + 1,02 MeV).
2) Dieses Deuterium verschmilzt nun mit einem weiteren Wasserstoffproton zu einem instabilen Helium (Helium-3 genannt). Auch hier entstehen als Nebenprodukte Licht (= + 5,49 MeV) und ein Neutrino.
3) Im letzten Schritt verschmelzen zwei
instabile Heliumkerne zu einem vollständigen Helium (Helium-4 genannt). Als Nebenprodukte entstehen 2 Protonen und Licht (= + 12,86 MeV).
Betrachten wir die Reaktiongleichung genauer:
4 Wassertoffprotonen  1 Heliumkern
(die 2 Wasserstoffprotonen die mit dem Deuterium verschmelzen gleichen sich mit den 2 Wasserstoffporotonen, die als Nebenprodukt in Schritt 3 abspalten aus)
Ein Wasserstoffproton besitzt die Masse = 1,007944 units (kurz u) 4 Wasserstoffprotonen = 4.031776 u
Ein Heliumkern besitzt die Masse 4,002602 u
Die Differenz beträgt: 0,029174 u
Schlussfolgerung:
Diese Differenz nennt man in der Physik einen Massendefekt, welches beweist, dass Einstein mit seiner Theorie rechtbehält. Denn hier wurde Masse in Energie (Licht) umgewandelt. Insgesamt wurden in der Proton-Proton-Kette = + 26,72 MeV in einem Zeitraum von mehreren Milliarden Jahren freigesetzt.
3.3 Bethe-Weizsäcker-Zyklus
Der Bethe-Weizsäcker-Zyklus kommt zum Teil auch in unserer Sonne vor, dennoch begrenzt. Dieser Zyklus tritt eher bei massereicheren Sternen als unserer Sonne auf. Wohingegen die Proton-Proton-Kette eher bei Sternen vorkommt, bis zu der Größe unserer Sonne. Der Bethe-Weizsäcker-Zyklus, auch CNO-Zyklus genannt (nach den Elementen Kohlenstoff; Stickstoff und Sauerstoff, welche als „Katalysator“ wirken, um Wasserstoff in Helium zu verwandeln.) ist ein wenig komplizierter zu verstehen, da er ein wenig länger ist. Ich unterteile ihn in 6 Schritte.
1) Kohlenstoffkern (6 Protonen und 6 Neutronen) verschmilzt mit einem Wasserstoffproton. Es entsteht ein Stickstoff (7 Protonen und 6 Neutronen) und als Nebenprodukt Gamma-Strahlung (= + 1,95 MeV)
2) Der nun entstandene Stickstoffkern ist instabil, aufgrund der ungleichmäßigen Anzahl von Protonen und Neutronen. Er zerfällt in ein Kohlenstoffkern (6 Protonen und 7 Neutronen), einem Positron und einem Neutrino (= + 1,37 MeV).
3) Dieses Isotop verbindet sich mit einem weiteren Wasserstoffproton zu einem Stickstoffkern (7 Protonen und 7 Neutronen) und Gamma-Strahlung (= + 7,54 MeV).
4) Der nun entstandene Stickstoffkern verschmilzt nun mit noch einem weiteren Wasserstoffkern. Es entsteht ein instabiler Sauerstoffkern (8 Protonen und 7 Neutronen).
5) Der instabile Sauerstoffkern zerfällt zu einem Stickstoffkern (7 Protonen und 8 Neutronen), einem Positron und einem Neutrino (= + 1,86 MeV).
6) Im letzten Schritt verschmilzt das Isotop mit einem Wasserstoffkern zu einem Kohlenstoffkern (6 Protonen und 6 Neutronen). Als Nebenprodukt entsteht Alpha-Strahlung (Helium – 4) (= +4,96 MeV).
Auch hier im CNO-Zyklus geht Masse verloren, die in Energie umgewandelt wird. Dabei wird insgesamt eine Energie von = + MeV in einem Zeitraum von 340 Millionen Jahre freigesetzt.
4 Hydrostatisches Gleichgewicht
Mit dem Hydrostatischen Gleichgewicht, wird der Zusammenhalt der Sonne erklärt. Wenn es nicht vorhanden wäre, würde die Sonne zusammenstürzen bzw. explodieren. Die Anziehungskraft sorgt dafür, dass der Stern nicht explodiert. Er hält die Sonne sozusagen zusammen. Da die Anziehungskraft nun aber sehr stark ist, benötigt die Sonne eine Gegenkraft, sonst würde sie in sich zusammenfallen. Ein Teil der Gegenkraft erhält die Sonne mit Hilfe der eigenen Rotation, der sogenannten Zentrifugalkraft. Ein weiterer Teil ist der Druck, welcher sich in der Sonne befindet. Der letzte und größte Teil der Gegenkraft sind die Kernfusionen (Proton-Proton-Reaktion). Alle drei zusammen ergeben die Gegenkraft, die genauso groß ist wie die Anziehungskraft. Sinkt die Gegenkraft nun, wegen nachlassender Kernfusionen, presst die Anziehungskraft die Sonne etwas mehr zusammen. Dadurch wird es in der Sonne wieder wärmer und es können neue Kernfusionen stattfinden, Sodass die Sonne wieder das hydrostatische Gleichgewicht einnimmt.
Die Sonne begann vor 4,6 Milliarden Jahren mit der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium. Sie hat nun die Hälfte des Wasserstoffs verbraucht. Das heißt wir brauchen uns weitere 4 Milliarden Jahre keine Sorgen darüber machen. Wenn nun der Wasserstoff verbraucht ist, gibt es auch weniger Kernfusionen. Die Gegenkraft sinkt, somit hat die Anziehungskraft die Oberhand. Sie presst den Kern so eng zusammen, damit die Temperatur im Kern noch mal ansteigt und Heliumfusion (eine Explosion, die für einen Zeitraum die Sonnenleistung stark erhöht) auslöst. Dadurch weitet sich die Außenhülle aus und kühlt gleichzeitig ab. Aufgrund seiner immer weiter anwachsenden Größe hat die Sonne eine viel höhere Strahlungskraft. Die Sonne wird zum Roten Riesen.
5 Sonnenflecke
Sonnenflecke, auch Filamente genannt, sind Erscheinungen auf der Sonnenoberfläche. Man wundert sich vielleicht, wie es dazu kommt, dass schwarze Flecken auf der Sonne auftauchen. Um dies zu begründen sollte man wissen, dass die Sonne am Äquator 25 Tage benötigt um einmal zu rotieren. An an den Polen jedoch rotiert sie eine Woche länger. Da sich die Sonne am Äquator schneller dreht als an den Polen, beeinflusst dies auch das Magnetfeld. Diesen Vorgang kann man in einem Zyklus besser beschreiben;
Zyklus der Sonnenflecke;
1) Das Magnetfeld veläuft gleichmäßig und geordnet.
2) Am Äquator werden die Magnetfeldlinien schneller verdreht als an den Polen. Das Magnetfeld wickelt sich um die Sonne.
3) Nun ist die Sonne abermals umwickelt. Aufgrund der Konvektionen (wärmereMaterie nach außen und kältere Materie nach innen) werden die Magnetfeldlinien verdreht. Sie werden letztendlich instabil. Dadurch brechen ganze Bündel Feldlienen aus der Oberfläche hinaus, die wir als Sonnenflecke erkennen.
4) Das Ende des Zyklus wird erreicht, wenn das Magnetfeld so ein chaotisches Stadium erreicht hat, dass das Magnetfeld zusammenbricht. Es baut sich wieder neu und geordnet auf und wechselt die Polung. Nun beginnt ein weiterer 22 jähriger Zyklus.
6 Protuberanzen
Ich erwähnte vorhin den Begriff: Filamente (auch Sonnenflecke genannt). Filamente sieht man fast auf jedem Bild einer Sonne. Der Unterschied zwischen Protuberanzen und Sonnenflecken ist nur die Sichtweise. Von der Seite gesehen erkennt man Protuberanzen als ringförmige Ausbrüche, die aus der Oberfläche austreten. Betrachtet man diese jedoch von vorne, erkennt man einen schwarzen Fleck. Dies ist damit begründet, da die Temperatur der Filamente viel kälter ist als die, der Sonne. Dadurch erkennen wir austretende Filamente, als schwarzen Fleck. Protuberanzen gibt es in veschiedenen Formen. Ein solcher Ausbruch kann bis zu 100000 km Höhe erreichen. Ebenfalls beeindruckend sind die Flares. Bei einer einer Protuberanz kann es auch mal passieren, dass diese explodiert. Der Bogen wird sozusagen aufgerissen und das Plasma fällt zurück auf die Oberfläche oder verweht teils mit dem Sonnenwind.
7 Sonnenwind und das Polarlicht
Sonnenwind ist einfaches Gas, welches von der Sonne in den Weltraum geschleudert wird. Mit bis zu 3 Millionen km/h und 1 Million °C heißen Materie verliert die Sonne ein Teil ihrer Masse. Doch für die Sonne ist das kein Problem. Bis jetzt hat die Sonne 1/100000 u an Masse durch den Sonnenwind verloren. Der Sonnenwind besteht hauptsächlich aus Protonen und Elektronen, was wiederum bedeutet, dass es ein magnetisches Feld erzeugen kann. Zwischen der Erde und der Sonne gibt es einen sogenannten Van-Allen-Strahlungsgürtel. Dieser Gürtel liegt um das Magnetfeld der Erde. Es ist der Raum, wo der Sonnenwind eingefangen wird. Er wird in anderen Worten vom Magnetfeld der Erde magnetisch festgehalten. Wenn die Sonne wieder eine riesige Gaswolke in Richtung Erde sendet (also einen Sonnenwind), kann man das selber beobachten.
Beim Eindringen des Sonnenwindes in das Magnetfeld der Erde, wird der Sonnenwind an den Polen aufgefangen und in die Erdatmosphäre eingeschleußt. Man erkennt sie als Polarlichter wieder. Dieser Sonnenwind bleibt solange in der Erdatmosphäre gefangen bis er irgendwann entweicht.
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: TheAir
Kommentare zum Referat Unsere Sonne:
|
