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Wie kommt man auf die Temperatur von 15 Millionen Kelvin im Zentrum der Sonne?

09.03.2022
Kurz & knapp

In der Sonne herrscht eine unglaubliche Hitze: Rund 15 Millionen Kelvin im Innern und etwa 5.500 Kelvin auf der Oberfläche. Die Berechnung der Temperaturen erfolgt anhand von Sonnenbeobachtungen mit Teleskopen und einer mathematischen Auswertung der Ergebnisse. Auch Sonden liefern heute Informationen. Die Grundlagen schufen berühmte Forschende von Kopernikus bis Einstein.

Übrigens: Hier beantworten wir eine der Fragen aus dem IdeenLauf, der zentralen Mitmachaktion im Wissenschaftsjahr 2022 – Nachgefragt!.

Die Sonne zu verstehen ist Ziel vieler Forschungsvorhaben

So deutlich haben wir die Sonne noch nie gesehen: Das größte Sonnenteleskop der Erde, das Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), hat 2020 seine ersten Beobachtungsbilder veröffentlicht und damit die Wissenschaft in Erstaunen versetzt. Mit seinem vier Meter großen Parabolspiegel kann es mehr als doppelt so scharfe Bilder erzeugen wie herkömmliche Teleskope. Das DKIST steht auf einem rund 3.000 Meter hohen Vulkan in Hawaii und wurde nach einem Senator des US-Bundesstaats benannt.

Mit dem Teleskop verbinden sich große Hoffnungen: Die Forschung will mehr Klarheit über die Sonne, den Mittelpunkt unserer Umlaufbahn und unsere Energiequelle Nummer eins, gewinnen. Ohne das Licht und die Wärme der Sonne gäbe es kein Leben auf der Erde – die Prozesse in der Sonne zu verstehen, ist daher das Ziel zahlreicher Forschungsvorhaben. Bisher wissen wir vor allem durch wissenschaftliche Berechnungen, wie diese Prozesse funktionieren und wie die große Hitze im Sonneninneren zu erklären ist.

Im Innern ist die Hitze unendlich groß

Die Sonne funktioniert grundsätzlich wie ein Fusionsreaktor – das heißt, in ihrem Innern verschmelzen ständig Wasserstoffatome zu Helium. Dabei wird jede Sekunde eine gigantische Menge an Energie freigesetzt. So kommt es zu der hohen Temperatur von 15 Millionen Kelvin. Da die Sonne sehr groß ist – die Erde hätte in ihr rund 1,3 Millionen Mal Platz –, braucht diese Energie lange, bis sie an die Oberfläche der Sonne dringt. Hier ist sie noch 5.500 Kelvin (etwa 5.227 Grad Celsius) heiß und strahlt ins Weltall bis zur Erde.

Die Sonnenoberfläche wird ständig von Teleskopen beobachtet und die Schwingungen, die dort zu sehen sind, können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Temperaturen umrechnen. Helioseismologie heißt die Disziplin der Astrophysik, die sich damit beschäftigt. Die Schwingungen hinterlassen spezielle Lichtmuster auf der Sonnenoberfläche. Diese Muster werden aufgezeichnet und mit Messgeräten untersucht. Mithilfe physikalischer Formeln werden sie ausgewertet und lassen Rückschlüsse auf die Temperaturwerte auf und in der Sonne zu.

Erforscht wird die Sonne seit Jahrhunderten

Die Erforschung der Sonne beschäftigt die Menschheit seit vielen Jahrhunderten. Der Steinkranz von Stonehenge in England wurde offenbar schon 2000 vor Christus als Ort zur Berechnung von Sonnenfinsternissen errichtet. Im Jahr 1543 veröffentlichte der Astronom und Mathematiker Nikolaus Kopernikus ein Werk, das die Sonne als Mittelpunkt unseres Planetensystems beschreibt – damals eine Revolution. Galileo Galilei setzte 1609 erstmals ein Teleskop zur Untersuchung der Sonne ein und entdeckte zeitgleich mit anderen Forschenden die sogenannten Sonnenflecken: riesige Magnetfelder, die auf der Erde sogar zu Störungen des Funkverkehrs oder zu Polarlichtern führen können.

Im zwanzigsten Jahrhundert schuf die Relativitätstheorie von Albert Einstein wichtige Grundlagen zum Verständnis des Universums. So berechnete er als erster die Lichtgeschwindigkeit und erklärte, warum sich Materie in Energie verwandeln kann – ein Prozess, wie er in der Sonne sekündlich stattfindet. Wenige Jahrzehnte später begann die Forschung, Beobachtungssonden einzusetzen. Die erste Sonnensonde startete 1959, die jüngste – eine ESA-Mission in Zusammenarbeit mit der NASA – im Februar 2020. Ihre Aufgabe ist unter anderem die Untersuchung des Sonnenwindes sowie der Sonnenoberfläche und -atmosphäre. Außerdem soll sie die beiden Pole der Sonne erkunden, bislang noch völlig unerforschte Gebiete des heißen Sterns.