Was ein Stern ist

Jede Sekunde wandelt die Sonne etwa 4.26 Millionen Tonnen ihrer Masse in Licht und Wärme um.

Eine Gaskugel, die sich selbst zusammenhält

In einer klaren Nacht ist jeder nicht wandernde Lichtpunkt am Himmel ein Stern: eine Sonne wie unsere, nur viel weiter entfernt. Die NASA beschreibt Sterne als riesige Kugeln aus heißem Gas, überwiegend Wasserstoff, mit etwas Helium und geringen Mengen anderer Elemente. Unsere Sonne können wir aus der Nähe untersuchen. Ihre sichtbare Oberfläche besteht nach Atomanzahl zu etwa 91% aus Wasserstoff und zu 9% aus Helium. Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon, Stickstoff, Eisen und einige andere kommen nur in Anteilen von Millionsteln vor.

In einem Stern herrscht ein ständiges Kräftemessen. Die Schwerkraft zieht jedes Gasteilchen zum Zentrum, der Druck des heißen Gases drängt nach außen. Im Gleichgewicht behält der Stern seine Größe über Millionen oder Milliarden Jahre. Die Sonne ist so groß, dass dafür im Zentrum gewaltiger Druck nötig ist: Das NASA-Modell nennt etwa das 250-Milliardenfache des Luftdrucks auf Meereshöhe und eine Kerntemperatur von etwa 15.7 Millionen Kelvin.

Woher die Energie kommt

Bei dieser Temperatur stoßen Wasserstoffkerne, einzelne Protonen, heftig genug zusammen, um zu verschmelzen. In mehreren Schritten entsteht aus vier Protonen ein Heliumkern. Dieser wiegt etwas weniger als die vier ursprünglichen Protonen. Die fehlende Masse wird nach Einsteins E = mc² als Energie frei. Das Datenblatt der Sonne nennt eine Massenumwandlung von 4260 Millionen kg pro Sekunde, also 4.26 Millionen Tonnen. Das klingt viel, doch die Sonne enthält 1.9884 × 10³⁰ kg und kann deshalb Milliarden Jahre weiterleuchten.

Die Energie gelangt nicht sofort nach außen. Laut NASA wird Licht aus dem Kern in der Strahlungszone immer wieder abgelenkt. Anschließend transportieren aufsteigende Blasen heißen Plasmas in der Konvektionszone die Energie nach oben. Vom Kern bis zum oberen Rand der Konvektionszone dauert das etwa 170 000 Jahre. Von der Oberfläche benötigt Sonnenlicht dagegen nur etwa 8.3 Minuten für die 149.6 Millionen km zur Erde. Die gesamte Strahlungsleistung, die Leuchtkraft der Sonne, beträgt 3.828 × 10²⁶ Watt. Astronomen verwenden sie als Einheit: Ein Stern mit Leuchtkraft 10 strahlt so viel Energie ab wie zehn Sonnen.

Ein durchschnittlicher Stern

Die Sonne hat 1.39 Millionen km Durchmesser, ist 109-mal so breit wie die Erde und könnte 1.3 Millionen Erden aufnehmen. Trotzdem nennt die NASA sie einen mittelgroßen Stern. Bewege im Modell den Zoom-Regler nach rechts: Der orange Riese Arktur ist etwa 25-mal breiter als die Sonne, Beteigeuze etwa 700-mal. Links ist der rote Zwerg Proxima Centauri, nach der Sonne unser nächster Stern, nur etwa ein Siebtel so breit wie die Sonne. Nach NASA-Schätzungen enthält allein die Milchstraße mehr als 100 Milliarden Sterne. Im Universum könnten es bis zu einer Quadrillion sein, einer Eins mit 24 Nullen.

Die Sonne trägt die Bezeichnung G2 V. Der Buchstabe G und die Zahl 2 beschreiben ihre Oberflächentemperatur von 5772 K. Die römische Zahl V kennzeichnet sie als Zwerg, einen Hauptreihenstern, der im Kern noch Wasserstoff fusioniert. Laut NASA ist die Sonne 4.6 Milliarden Jahre alt und hat noch etwas mehr als die Hälfte ihres Lebens vor sich: etwa 5 Milliarden Jahre, bis sie sich zu einem Roten Riesen aufbläht. Spätere Lektionen erklären beide Bezeichnungen.