Unsere Sonne
Sonne mit Sonnenflecken, Juli 2012

von Dr. Wolfgang Strickling

Aktuelles Bild des Satelliten SDO Eigentlich ist unsere Sonne, die Voraussetzung allen irdischen Lebens, nur ein durchschnittlicher Stern unter vielen. Lediglich ihre geringe Entfernung von ca. 150 Millionen km (und das ist in astronomischen Maßstäben nicht viel) macht sie für uns zum wichtigsten und am besten bekannten Stern. Diese Distanz ist schon seit etwa 300 Jahren bekannt, und man konnte daraus schon früh ihren nach menschlichen Maßstäben enormen Durchmesser von fast 1.400.000 km errechnen. Immerhin ist das mehr als der hundertfache Erddurchmesser und selbst noch viermal soviel wie die Entfernung von der Erde zum Mond.

Ihrer enormen Größe verdankt die Sonne es, dass sie 99.9 % der Gesamtmasse des Sonnensystems in sich vereint und mit ihrer Schwerkraft die Planeten in kreisähnliche Bahnen um sich zwingt. Die chemische Zusammensetzung unterscheidet sich jedoch sehr stark von Planeten wie z. B. unserer Erde. Die Sonne besteht zu etwa 73 % aus Wasserstoff, 25 % Helium, alle übrigen Elemente machen nur etwa 2 % aus. Das Helium wurde übrigens zuerst mit spektroskopischen Methoden auf der Sonne entdeckt und nach Helios, der griechischen Bezeichnung für die Sonne, benannt. Erst später konnte man Helium auch auf der Erde nachweisen. Insgesamt ist die Sonne also ein riesiger Gasball, wobei man physikalisch exakt nicht von einem Gas-, sondern eher von einem Plasmaball sprechen muss. Die Materie ist nämlich wegen der hohen Temperaturen von knapp 6000° C an der Oberfläche und etwa 14 Millionen Grad im Zentrum zum großen Teil ionisiert.

Bild links: Aktuelles Bild unserer Sonne vom Satelliten SDO

Schon kurz nach der Erfindung des Fernrohres entdeckte man die Sonnenflecken und begann, sie systematisch zu beobachten. Aus der Bewegung der Flecken konnte man erkennen, dass die Sonne sich um ihre eigene Achse dreht. Im Gegensatz zur Erde rotiert sie jedoch nicht gleichmäßig schnell: Eine Umdrehung dauert am Äquator etwa 25 Tage, an den Polen jedoch über 30 Tage! So wusste man schon sehr früh, dass die Sonnenoberfläche kein fester Körper sein kann.

Fleckgrp.gif    3,4 KB Zeichnung einer großen Sonnenfleckengruppe, wie sie schon in kleinen Fernrohren zu sehen ist
© Wolfgang Strickling.

Bis die wahre Natur der Flecken erkannt wurde, vergingen jedoch noch weit mehr als hundert Jahre und noch heute feilen die Astronomen an immer komplizierteren Theorien herum. Anfangs wurde sogar die Zugehörigkeit der Flecken zur Sonne abgestritten (wer sollte schon an eine Himmelskönigin mit Pickeln im Gesicht glauben?), aber seit längerem ist klar, dass es sich um etwa 1500º kühlere Stellen auf der Sonnenoberfläche handelt. Wer vermutet, man könne Sonnenflecken nur mit Teleskopen beobachten, muss sich übrigens eines besseren belehren lassen: Mit geeigneten Filtern (z. B. Finsternisbrillen oder Schweißgläsern Nr. 12 oder 14) kann man größere Flecken des öfteren schon ohne weitere optische Hilfsmittel erkennen. Auch bei schönen Sonnenuntergängen kann man sie manchmal als feine schwarze Pünktchen auf der Sonnenscheibe sehen, und es existieren chinesische Berichte darüber bereits aus dem 1. Jahrhundert unserer Zeitrechnung. Außer den Flecken gibt es auf der Sonne aber auch heißere, helle Stellen: die sogenannten Sonnenfackeln, die allerdings nur mit Fernrohren zu beobachten sind und eine Temperatur von etwa 7000º C haben. Die Größen sind beeindruckend, so können ausgedehnte Fleckengruppen über 200.000 km lang werden, große Fackelgebiete sogar noch erheblich mehr.

Die Beobachtung der Flecken und Fackeln ist sehr reizvoll, manchmal kann man schon nach wenigen Stunden erste Veränderungen beobachten. In aufeinander folgenden Tagen sieht man wegen der Sonnenrotation die Flecken über die Sonne ziehen, alte Gruppen verschwinden, und neue Gruppen entstehen oder erscheinen am Ostrand der Sonne. So bietet die Sonne täglich ein anderes Erscheinungsbild, und mit einer etwa elfjährigen Periode wechseln sich Sonnenfleckenmaxima mit manchmal über hundert Flecken und Minima, wo die Sonne oft tagelang fleckenfrei ist, gegenseitig ab. Zur Zeit befinden wir uns im tiefsten Minimum, wo sich die Sonnenbeobachter über jedes Fleckchen königlich freuen. Aber neu entstehende Fleckengruppen kündigen bereits den neuen Zyklus an, so dass man zum Jahresende oder spätestens im nächsten Jahr wieder mit steigenden Fleckenzahlen rechnen darf.

Was aber ist die Ursache dieser Phänomene?

Um diese Frage zu beantworten, sollte man sich als erstes ein Bild vom Aufbau der Sonne machen.

sonne.gif   9 kb

Schematischer Aufbau der Sonne

Im ca 300.000 km großen Sonnenkern wird unter unvorstellbaren Druck- und Temperaturverhältnissen Energie durch Verschmelzung von Wasserstoffkernen zu Helium auf ähnliche Art wie in einer Wasserstoffbombe gewonnen. Die Dichte dieser Kernmaterie ist fast zehnmal so hoch wie die von Blei! Durch Strahlung gelangt dann die entstandene Energie in höhere Sonnenschichten und heizt das Gas etwa 70.000 km unter der Sonnenoberfläche auf. Von dort steigen erwärmte Gasblasen an die Oberfläche und besorgen so den Energietransport. Das Brodeln dieser "aufkochenden" Konvektionsblasen, die sogenannte Sonnengranulation, ist bei ruhiger Luft im Teleskop recht gut zu sehen und äußert sich als körnige Struktur auf der Sonnenoberfläche. Über der Sonnenoberfläche, auch Photosphäre genannt, befindet sich die z. B. in Protuberanzenfernrohren sichtbare Chromosphärenschicht und darüber die Sonnenatmosphäre, die nur in Spezialgeräten oder während einer totalen Sonnenfinsternis sichtbar ist. Wenn hier von "Sonnenoberfläche" die Rede ist, dann muss man sich aber immer klar machen, dass die Photosphäre alles andere als eine "Oberfläche" im eigentlichen Sinn ist. Es handelt sich dabei nur um eine etwa 100 km dicke Schicht aus stark verdünntem Gas, die das sichtbare Licht aussendet. Die Dichte dort ist vergleichbar mit der in den höchsten Schichten der Erdatmosphäre!

Ein zweiter Punkt, um den man zum Verständnis der Sonnenaktivität nicht herum kommt, ist das Magnetfeld der Sonne. Wie die meisten anderen Himmelskörper besitzt auch unser Tagesgestirn ein Magnetfeld, und zwar ein recht kräftiges. Hinzu kommt, dass die Sonne aus einem elektrisch leitenden Gas, einem Plasma, besteht, das die Eigenschaft hat, bei Gasbewegungen entweder die Magnetfeldlinien wie "eingefroren" mitzunehmen oder sich nur entlang der Feldlinien zu bewegen. Was passiert nun mit dem Magnetfeld, wenn die Sonne sich am Äquator schneller dreht als an den Polen? Die anfangs senkrecht verlaufenden Magnetfeldlinien werden mitgenommen und wickeln sich so langsam aber sicher spiralförmig um die Sonne (s. Schema). Stehen die Feldlinien zu dicht, stoßen sie sich ab und können die Sonnenoberfläche schleifenförmig durchbrechen. In der Folge wird der Energienachschub durch die von unten aufsteigenden Gasblasen verändert und das Gebiet kühlt sich ab, so dass es als Sonnenfleck sichtbar wird. Über den Flecken können sich leuchtende Gasmassen entlang der Feldlinienschleifen in der Sonnenatmosphäre sammeln und erfreuen dann das Herz eines jeden Protuberanzenbeobachters.

Wenn die Feldlinien schon dicht aufgewickelt sind, erscheinen besonders viele Fleckengruppen und man beobachtet ein Fleckenmaximum. In den folgenden Monaten und Jahren schwächt sich das Magnetfeld durch die Wechselwirkung der Feldlinien immer mehr ab und polt sich vor dem Minimum schließlich um. Der nächste Fleckenzyklus beginnt dann mit entgegengesetzter Polarität. Auf diese Weise liegt dem 11jährigen Fleckenzyklus ("Schwabe-Zyklus") ein 22jähriger Magnetfeldzyklus zugrunde. Das letzte Minimum fand 2009 statt, das aktuelle Maximum wird in den Jahren 2012/2013 erwartet, es fällt aber leider nicht annähernd so hoch aus, wie in den Fleckenzyklen vorher.

Es wird oft nach Zusammenhängen zwischen dieser Sonnenaktivität und irdischen oder biologischen Erscheinungen gefragt. Was die Hochatmosphäre unserer Erde hunderte von Kilometern über dem Boden betrifft, so sind die Zusammenhänge offensichtlich. Polarlichter gehen z. B. auf Sonneneruptionen zurück und jeder Kurzwellenamateur kann ein Lied von magnetischen Störungen im Funkverkehr singen. Aber kurzfristige Einflüsse auf unser Wetter oder gar biologische Effekte, über die immer wieder spektakulär in der Saftpresse berichtet wird, stellten sich bei wissenschaftlicher Nachforschung bisher meist als Flop heraus. Selbst sehr imposante Sonnenflecken verändern den Strahlungsfluss der Sonne nur kaum messbar. Nach heutigem Erkenntnisstand kann man bestenfalls sehr langfristige Klimaveränderungen mit der schwankenden Sonnenaktivität bzw. deren Folgen im Bereich der Hochatmosphäre in Zusammenhang bringen. So könnte es  z. B. sein, dass die globale Bewölkung im Sonnenfleckenminimum ein wenig größer ist.

Die Sonne am 01.05.2011 mit geringer Fleckenaktivität Wie geht es aber weiter mit unserer Sonne? Vor fast 5 Milliarden Jahren gebildet, strahlt sie seit dem weitgehend konstant und der Wasserstoffvorrat im Kern dürfte noch für weitere 4-5 Milliarden Jahre reichen. Danach wird es aber ungemütlich auf der Erde, denn bevor die Sonne dann auf Heliumbasis "weiterkocht", bläht sie sich gewaltig auf zu einem roten Riesenstern. Die Photosphäre wird dann etwa dort liegen, wo wir heute mit unserer Erde sitzen, und wenn die Menschheit sich bis dahin nicht selbst exekutiert hat, wird das dann wohl die Sonne übernehmen. In den folgenden etwa 3 Milliarden Jahren aber geht mit den Heliumvorräten auch der letzte Brennstoff zuneige und unserer stattlicher Stern wird, nachdem er sich noch in Form eines wunderschön anzusehenden planetarischen Nebels seiner äußeren Hüllen entledigt hat, als kleiner weißer Zwergstern von Erdgröße langsam aber sicher erkalten.

Aber keine Panik, noch ist es nicht soweit, und wir können Flecken, Fackeln, Protuberanzen und weitere Einzelheiten in Ruhe beobachten und zwar:

An wolkenlosen Sonntagmorgen zwischen 11 und 12 Uhr in der kleinen Kuppel der Volkssternwarte Recklinghausen werden gelegentlich öffentlich Sinnenbeobachtungen vom AVR durchgeführt. (Nicht zwischen Oktober und März wegen der hohen Bäume).

Bild rechts: Die Sonne am 01.05.2011 mit geringer Fleckenaktivität.
    Bild ganz oben: Einige große Fleckengruppen am 07.07.2012


© Dr. Wolfgang Strickling, Drususstr. 15, 45721 Haltern am See.

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