Atmosphäre und Strahlung der Sonne

Gewöhnliche Fernrohre zeigen nur die helle Oberfläche oder Fotosphäre der Sonne und Eigentümlichkeiten wie die Flecken, die Granulation und die Fackeln (zeitweilig auftretende helle Gebiete), die über der eigentlichen Fotosphäre liegen. Um die Atmosphäre der Sonne zu studieren, sind kompliziertere Verfahren nötig, weil man die Umgebung der Sonne mit bloßem Auge oder normalen Teleskopen nur bei den seltenen Gelegenheiten sehen kann, wenn eine totale Sonnenfinsternis eintritt. Protuberanzen und Eruptionen
Der unmittelbar über der Sonnenfotosphäre gelegene Teil der Atmosphäre heißt Chromosphäre, weil er eine charakteristische (rötliche) Farbe hat. Hier gibt es auch die großen, hellen Protuberanzen. Zu ihrer Beobachtung dienen Instrumente nach dem Prinzip des Spektroskops. Man kennt zwei Hauptarten von Protuberanzen: eruptive und ruhende. Die Eruptiven sind in heftiger Bewegung, und es wurde schon beobachtet, dass sie mehr als 500 000 km Höhe über der Sonnenoberfläche erreichen. Ruhende Protuberanzen sind beständiger und können tagelang in der Chromosphäre schweben, ehe sie zerfallen. Am häufigsten kommen beide vor, wenn sich die Sonnenaktivität ihrem Höhepunkt nähert. Oft hängen Protuberanzen mit großen Fleckengruppen zusammen. Aktive Gruppen erzeugen auch Eruptionen, kurzlebige Ausbrüche von Partikelstrahlung und Radiokurzwellen. Dadurch treten auf der Erde heftige Wirkungen auf, besonders magnetische Gewitter und Störungen, die den Funkverkehr und das Verhalten der Kompassnadeln beeinflussen. Außerdem erzeugen sie die schönen Polarlichter. Ferner sendet die Sonne einen ständigen Strom von Teilchen geringer Energie nach allen Richtungen aus, für den sich der Name »Sonnenwind« eingebürgert hat. Dieser hat starken Einfluss auf die Kometenschweife, deren gasförmige Bestandteile elektrisch besonders empfindlich sind. Außer Licht und geladenen Gasteilchen gehen von der Sonne infrarote und ultraviolette Strahlung sowie Radiowellen, Röntgen- und Gammastrahlen aus. Ihre Untersuchung von der Erde her ist wegen der abschirmenden Wirkung der Lufthülle schwierig, aber durch Höhenraketen, künstliche Erdsatelliten und das Skylab-Unternehmen wurden große Fortschritte erzielt. Glücklicherweise war die Sonne gerade ziemlich aktiv, als sich das amerikanische Weltraumlaboratorium im Einsatz befand, da viele der Experimente durch Bodenbeobachtungen nicht ersetzt werden konnten. Das Kraftwerk Sonne
Wenn es über die Sonne auch noch manche unbewiesene Theorie gibt, sind sich die Astronomen über ihren inneren Aufbau doch ziemlich einig. Die Temperatur nimmt zum Kern hin zu und erreicht im Mittelpunkt ungefähr 10 Millionen Grad. Tief im Innern befindet sich gewissermaßen das Kraftwerk, in dem die nach außen dringende Energie erzeugt wird. Es wäre falsch anzunehmen, dass die Sonne ähnlich wie ein Feuer brennt. Auch wenn sie ganz aus Kohle bestünde, würde sie bei ihrer derzeitigen Strahlungskraft nicht lange leuchten können. Dabei muss sie wohl mindestens 5 Milliarden Jahre alt sein, denn sicher ist sie älter als die rund 4,6 Milliarden Jahre zählende Erde. Die Sonne bezieht ihre Energie aus Umwandlungen von Atomkernen. In der Nähe des Zentrums, wo extreme Druck- und Temperaturbedingungen herrschen, wird aus dem Wasserstoff, der die Hauptmasse der Sonnenmaterie ausmacht, das zweitleichteste Element, Helium, gebildet. Dabei geht ein kleiner Teil der Wasserstoffmasse in Energie über. Einen solchen Kernfusions- (Kernverschmelzungs-) prozess im irdischen Laboratorium zu beherrschen ist das Ziel vieler Physiker, da es die Menschheit von allen Energiesorgen befreien würde. Bei der Sonne beträgt der Massenverlust für die Energieproduktion immerhin 4 Millionen t pro Sekunde. Trotzdem könnte sie noch mindestens weitere 5 Milliarden Jahre in der jetzigen Stärke weiterstrahlen – so groß ist ihre Masse. Wenn der Wasserstoff schließlich doch verbraucht sein wird, wird die Sonne ihren Aufbau drastisch ändern. Nach vorherrschender Meinung müsste sie durch das Stadium eines Roten Riesen laufen, wobei ihre Leuchtkraft hundertfach zunehmen würde. Dann dürfte sie zu einem kleinen, dichten Weißen Zwergstern zusammenbrechen. Damit ist auch die Lebensdauer der Erde begrenzt. Wenn die Sonne sich in einen Roten Riesen verwandelt, werden alle inneren Planeten mit Sicherheit zugrunde gehen. Sonnenforschung
Die Sonne ist nicht nur das für alles Leben auf der Erde unentbehrliche Zentralgestirn unseres Planetensystems, sondern auch der einzige Stern, der wegen seiner Nähe gründlich erforscht werden kann. Deshalb ist die Sonne für die Astrophysik und Physik des interplanetaren Raumes bis hin zur Geophysik hochinteressant. Zu ihrer Erforschung mit konventionellen optischen Mitteln ist in neuerer Zeit besonders die Radioastronomie und die durch Satelliten außerhalb der Erdatmosphäre ermöglichte Beobachtung von extremer Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlung hinzugetreten. Außerdem bildet die Sonne eine Quelle von Teilchenströmen unterschiedlicher Energie, die auch Magnetfelder in den Raum hinaustragen. Eine genaue Grenze der äußeren Sonnenatmosphäre, die als Korona bei Finsternissen ein faszinierendes Schauspiel bietet, lässt sich überhaupt nicht angeben. Man könnte sogar behaupten, dass die Erde sich noch innerhalb der Ausläufer physischer Sonnenaktivität bewegt.