Wie entsteht Wärme auf der Sonne?

Die Sonne – Ein gigantischer Fusionsreaktor

Die Sonne, unser zentraler Stern und Quelle allen Lebens auf der Erde, strahlt eine immense Menge an Energie ab. Doch woher kommt diese scheinbar unerschöpfliche Wärme? Die Antwort liegt in einem Prozess, der tief im Sonneninneren stattfindet: der Kernfusion. Anders als bei der Kernspaltung, bei der Atomkerne gespalten werden, handelt es sich hier um die Verschmelzung von Atomkernen.

Im Herzen der Sonne, in einer Region, die als Kern bezeichnet wird, herrschen extreme Bedingungen: Temperaturen von etwa 15 Millionen Grad Celsius und ein Druck, der das Milliardenfache des irdischen Luftdrucks beträgt. Unter diesen extremen Bedingungen überwinden die Wasserstoffatome – die häufigsten Atome im Sonneninneren – ihre gegenseitige elektrostatische Abstoßung. Diese Abstoßung, bedingt durch die positive Ladung der Protonen im Wasserstoffkern, ist enorm. Doch der immense Druck und die hohe Temperatur im Sonnenkern sorgen dafür, dass die Wasserstoffkerne – genauer gesagt, die Protonen – einander so nahe kommen, dass die starke Kernkraft, eine fundamental andere Kraft als die elektromagnetische Abstoßung, wirksam wird.

Die starke Kernkraft ist zwar viel stärker als die elektromagnetische Kraft, wirkt aber nur auf extrem kurzen Distanzen. Sobald die Protonen diese kritische Distanz überwunden haben, überwindet die starke Kernkraft die elektrostatische Abstoßung und zwingt die Protonen zur Fusion. In einem komplexen Prozess, der mehrere Zwischenstufen umfasst, verschmelzen vier Wasserstoffkerne (Protonen) schliesslich zu einem Heliumkern (bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen).

Bei diesem Prozess wird eine winzige, aber immens wichtige Menge an Masse in Energie umgewandelt. Diese Umwandlung wird durch Einsteins berühmte Formel E=mc² beschrieben. Die “verlorene” Masse, die nur einen winzigen Bruchteil der Ausgangsmasse ausmacht, wird in eine gewaltige Energiemenge umgewandelt, die als Strahlung und Wärme aus der Sonne freigesetzt wird.

Dieser Prozess, die Proton-Proton-Reaktion (pp-Reaktion), ist der dominierende Fusionsprozess in der Sonne. Es existieren weitere, weniger dominante Fusionswege, die ebenfalls zur Energieproduktion beitragen. Die im Sonnenkern erzeugte Energie wandert dann langsam, durch strahlenden und konvektiven Energietransport, nach außen und wird schliesslich als Sonnenlicht und Wärme in das Weltall abgestrahlt. Dieser Prozess läuft seit Milliarden von Jahren ununterbrochen ab und wird noch Milliarden von Jahren weiter andauern, bis der Wasserstoffvorrat im Sonnenkern erschöpft ist. Dann wird sich die Sonne zu einem roten Riesen entwickeln und ihre weitere Entwicklung nehmen einen anderen Verlauf.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Sonne erzeugt ihre Wärme durch die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. Dieser Prozess, angetrieben von immensem Druck und Temperatur im Sonnenkern, wandelt einen winzigen Teil der Masse in ungeheure Energiemengen um, die unser Sonnensystem mit Licht und Wärme versorgen.