Eigenschaften: große Masse, H- & He-Atmosphäre, kleine mittlere Dichte
Im Vergleich zu den erdähnlichen Planeten relativ groß
Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten
Zustandsgrößen von Sternen I
Sinn → beschreiben Eigenschaften von Sternen
Radius
Masse & mittlere Dichte
Leuchtkraft
Photosphärentemperatur
Rotationsperiode
Chemische Zusammensetzung
Zustandsgrößen von Sternen II
Sonnenradius RS = 695 700 km = 109 rE
Aufgabe: Erläutere, wie man den Sonnenradius RS bestimmen kann.
Chemische Zusammensetzung
73% H
25% He
2% Rest
Wird ermittelt über die Absorptionslinien im Sonnenspektrumn.
Zustandsgrößen von Sternen III
Leuchtkraft = Strahlungsleistung eines Sternes
Beachte: Leuchtkraft ≠ Kraft!
sondern eine Leistung $$ L = \frac {abgestrahlte \quad Energie \ E} {Zeit \ t} $$
Solarkonstante S = 1,37 kW ⁄ m2
d. h. jeder m2 der Erdatmosphäre empfängt die Strahlungsleistung P = 1,37 kW
... falls die Sonnenstrahlung senkrecht auftrifft
Zustandsgrößen von Sternen IV
Leuchtkraft L = 3,8 ⋅ 1026 W.
Aufgabe: Berechne die Leuchtkraft L der Sonne.
Zustandsgrößen von Sternen V
Masse mS der Sonne: mS = 1,99 ⋅ 1030 kg = 3,3 ⋅ 105 Erdmassen
Mittlere Dichte ρS der Sonne: ρS = 1,41 g ⁄ cm3
Aufgabe: Berechne die Masse mS der Sonne.
Zustandsgrößen von Sternen VI
PhotosphärentemperaturT = 5 770 K
Photosphäre: 300 km dicke Schicht zw. Sonneninnerem und Sonnenatmosphäre
Photosphärentemperatur → Berechnung mithilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes
Rotationsperiode beträgt ca. 25 Tage
Rotation ist am Sonnenäquator am größten & nimmt zu den Polen hin ab
nennt man differenzielle Rotation
Umlauf der Planeten um die Sonne & Drehsinn der Sonne gehen in die gleiche Richtung
Innerer Aufbau der Sonne I
Sonnenatmosphäre I
Hinweis: Nie mit bloßem Auge in die Sonne schauen!
Unterteilung der Sonnenatmosphäre von innen nach außen:
Photosphäre
Dicke ca. 300 km; strahlt den größten Teil der Sonnenenergie in den Weltraum ab; Helligkeit ist ungleich verteilt.
Sonnenatmosphäre II
Chromosphäre
Dicke ca. 10 000 bis 30 000 km; rötlich leuchtend; durchsichtig; Temperatur steigt von
5 000 K (innen) auf ca. 500 000 K (außen) an.
Korona
gewaltige Gaswolke; reicht weit in den interplanetaren Raum; Temperatur steigt nach außen hin auf bis zu 4 ⋅ 106 K
Sonnenwind: wg. der hohen Temperaturen haben die Elektronen & Protonen hohe Geschwindigkeiten → Teilchen verlassen Sonne mit 300 km ⁄ s ≤ v ≤ 750 km ⁄ s
Innerer Aufbau der Sonne II
Innere der Sonne ist wie ein Fusionsreaktor: Der Proton-Proton-Zyklus liefert die Energie der Sonne.
Strahlungsleistung L = 3,8 ⋅ 1026 W
Proton-Proton-Zyklus liefert netto die Energie E = 26,2 MeV = 4,2 ⋅ 10-12 J
Aufgabe: Erläutere den Proton-Proton-Zyklus.
Aufgabe: Bestimme die Anzahl N der Heliumkerne, die pro Sekunde die Strahlungsleistung L der Sonne erzeugen.
Innerer Aufbau der Sonne III
Innere der Sonne ist nicht beobachtbar; Aussagen über das Sonneninnere beruhen auf Modellannahmen.
Strahlungstransportgebiet: Die Energie wird über Konvektion & Strahlung zur Photosphäre transportiert.
Innerer Aufbau der Sonne IV
Wasserstoffkonvektionszone: reicht bis zur Photosphäre. Proton-Proton-Zyklus: T ≥ 2 ⋅ 106 K.
T < 106 K: der Ionisationsgrad ist geringer → Proton & Elektron rekombinieren und bilden Wasserstoff.
Wasserstoffkonvektionszone → thermische Materiebewegung: heiße Gasmassen dringen nach außen zur Photosphäre und geben dort ihre Wärme ab,
kühlere Gasmassen sinken in das Innere der Sonne.
Quellen
Die Präsentation ist eine Zusammenfassung von Bardo Diehl u. a.: Physik Oberstufe, Cornelsen, 2008, Kapitel 13.1: Unser Stern: die Sonne.
Der Titel der Präsentation ist einem Buchtitel entnommen von Rudolf Kippenhahn: Der Stern, von dem wir leben.
Die Bilder stammen von der NASA und sind laut Wikipedia gemeinfrei.