Wie setzt die Sonne Energie frei?

Die Sonne ist, wie alle aktiven Sterne, ein massiver Wasserstoffbrennofen, der riesige Mengen an Licht, Wärme und Strahlung produziert, etwa 4 x 10^26 Watt pro Sekunde. Tatsächlich ist die Sonne der Ursprung aller Energie auf der Erde, sogar fossiler Brennstoffe. Der Prozess, bei dem die Sonne Energie erzeugt und freisetzt, wird Fusion genannt.

Wasserstoff ist das leichteste und einfachste Element im Universum und besteht nur aus einem Proton und einem Elektron. Bei niedrigen Temperaturen stoßen sich die Wasserstoffkerne durch die positive Ladung gegenseitig ab und verhindern so die Verschmelzung. Wenn ein junger Stern jedoch kondensiert und seine Temperatur und seinen Druck erhöht, kommen vier Wasserstoffatome nahe genug zusammen, um zu einem einzigen Heliumatom zu verschmelzen. Dabei wird ein Teil der Masse in Energie umgewandelt. Die Wasserstofffusion kann bei 8 Millionen Kelvin beginnen. Mit fortschreitender Wasserstofffusion erreicht der Stern immer höhere Temperaturen, die es ihm ermöglichen, schwerere Elemente zu verschmelzen. Drei Heliumatome verschmelzen bei 100 Millionen Kelvin zu einem einzigen Kohlenstoff-12-Atom.

Die bei der Fusion freigesetzte Energie liegt in Form von Gammastrahlen vor, kleinen, aber hochenergetischen Strahlungswellen. Ihre hohe Frequenz aber kleine Wellenlänge macht sie für lebende Zellen gefährlich. Glücklicherweise findet die meiste Fusion im Kern der Sonne statt, und bevor die Gammastrahlen in den Weltraum freigesetzt werden können, müssen sie die äußeren Schichten der Sonne passieren. Unmittelbar um den Kern herum befindet sich die Strahlungszone, eine Region, die so dicht ist, dass es im Durchschnitt 171.000 Jahre und bis zu mehreren Millionen Jahren dauert, bis Energie aus ihr entweicht. Die nächste Schicht ist die Konvektionszone, in der heißes Plasma in Kernnähe aufsteigt, während kühleres Plasma absinkt. In der Konvektionszone werden viele Gammastrahlen weiter verlangsamt und breiten sich als Photonen, Teilchen des sichtbaren Lichts, aus, wenn sich die Energie zur Sonnenoberfläche bewegt.

Die Photosphäre ist der Bereich der Sonne, der das sichtbare Licht enthält. Seine Temperatur liegt immer noch zwischen 4.500 und 6.000 Kelvin, ist aber deutlich kühler als die inneren Schichten. Der äußerste Teil der Photosphäre wird Korona genannt und ist der Ort, an dem Sonnenflecken und Sonnenvorsprünge auftreten. Von der Energie, die die Erde erreicht, ist etwa die Hälfte sichtbares Licht und die andere Hälfte liegt im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Am gefährlichsten ist jedoch die geringe Menge ultravioletter Strahlung. Die aus der Photosphäre entweichende Energie bewegt sich mit etwa Lichtgeschwindigkeit und braucht etwa acht Minuten, um die Erde zu erreichen.