Wissenschaft im Dialog

Warum brennt die Sonne im Weltall ohne Sauerstoff und durch was wurde sie entfacht?

Die Sonne erzeugt zwar Licht und Wärme, aber sie brennt nicht – und benötigt deshalb zur Energieerzeugung auch keinen Sauerstoff. Chemisch gesehen ist Brennen ein Prozess, bei dem Sauerstoff mit anderen Stoffen eine chemische Reaktion eingeht. Die wohl spektakulärste Form der Verbrennung ist das Feuer, wenn etwa Holz, Papier oder andere Materialien mit dem Sauerstoff aus der Luft reagieren. Bindungen zwischen Atomen werden aufgebrochen, neue Bindungen eingegangen. Wenn die Energie, die für die Bindungen der Endprodukte benötigt wird, kleiner ist, als die Energie, die in den Bindungen der Ausgangsstoffe enthalten war, dann  wird die „überschüssige“ Energie als Licht und Wärme freigesetzt. Die Atome selbst bleiben jedoch unverändert.

Anders auf der Sonne. Dort wird Energie nicht durch eine Verbrennung freigesetzt sondern durch das, was Wissenschaftler Kernfusion nennen – einzelne Atomkerne verschmelzen und es entsteht eine ganz andere Atomsorte.

Die Sonne ist ein riesiger, heißer Gasball – mehr als 100 Mal größer und rund 333 000 Mal schwerer als die Erde. Sie besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den kleinsten und leichtesten Atomen.

Verbunden mit der riesigen Masse der Sonne ist eine sehr große Schwerkraft (auf der Erde bekannt als die Kraft, die alles nach unten fallen lässt). Sie sorgt dafür, dass die Teilchen im Zentrum der Sonne extrem dicht zusammengedrückt werden. Dadurch steigt die Temperatur  stark an (ähnlich wie sich beim Aufpumpen eines Fahrradschlauchs die zusammengedrückte Luft erwärmt). Durch die hohe Temperatur (etwa 15 Millionen Kelvin im Zentrum der Sonne) und die hohe Dichte wird es möglich, dass die positiv geladenen Atomkerne ihre Abstoßung überwinden und verschmelzen können. In der Sonne verschmelzen Wasserstoffatome in einem mehrstufigen Prozess zu einem neuen Atom – einem Heliumatom. Es ist leichter als die Wasserstoffatome, aus denen es entstanden ist. Die „fehlende“ Masse wird entsprechend der von Albert Einstein gefundenen Formel E = mc² in riesige  Mengen von Energie umgesetzt. Diese können wir auch auf der - rund 150 Millionen Kilometer entfernten - Erde als Wärme und Licht wahrnehmen.

Begonnen hat dieser Prozess vor rund 4,6 Milliarden Jahren. Damals entstand die Sonne aus einer riesigen Gaswolke. Durch äußere Störungen kamen Gasdruck und Schwerkraft aus dem Gleichgewicht. Die Schwerkraft überwog, die Wolke fiel in sich zusammen. Durch die steigende Schwerkraft wurde die Gaswolke dann immer stärker zusammengedrückt, bis Dichte und Temperatur hoch genug waren, dass eine Kernfusion zünden konnte. Heute ist die Sonne ein stabiler Stern, auf dem sich  Gasdruck und Schwerkraft die Waage halten.

Die Frage wurde beantwortet von Professor Dr. Manfred Schüssler, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung