Gehen Sie in einen Stern, um zu sehen, wie es funktioniert

Der sonnennächste Stern, Proxima Centauri, ist mit einem roten Kreis markiert, in der Nähe der hellen Sterne Alpha Centauri A und B. Mit freundlicher Genehmigung von Skatebiker/Wikimedia Commons.

Die Sterne haben die Menschen schon immer fasziniert, wahrscheinlich von dem Moment an, als unser ältester Vorfahre nach draußen trat und in den Nachthimmel blickte. Wir gehen immer noch nachts hinaus, wenn wir können, und schauen nach oben und wundern uns über diese funkelnden Objekte. Wissenschaftlich gesehen sind sie die Grundlage der Wissenschaft der Astronomie, die das Studium der Sterne (und ihrer Galaxien) ist. Stars spielen eine herausragende Rolle in Science-Fiction-Filmen und Fernsehsendungen und Videospielen als Kulissen für Abenteuergeschichten. Was sind also diese funkelnden Lichtpunkte, die in Mustern am Nachthimmel angeordnet zu sein scheinen?

Sterne sind mehr als nur Objekte am Himmel. Sie lehren uns etwas über die Funktionsweise des Universums, von den frühesten Sternen bis zu den heutigen. Die Menschen verwenden Sternenkarten wie diese schon lange, um sich nachts am Himmel zurechtzufinden. Sterne sind auch nützliche Navigationshilfen für Segler und Sternengucker. Carolyn Collins Petersen

Sterne in der Galaxie

Es gibt Tausende von Sternen, die für uns von der Erde aus sichtbar sind, besonders wenn wir unsere Beobachtung in einem wirklich dunklen Himmelsbeobachtungsbereich durchführen). Allein in der Milchstraße gibt es jedoch Hunderte Millionen von ihnen, von denen nicht alle für Menschen auf der Erde sichtbar sind. Die Milchstraße ist nicht nur die Heimat all dieser Sterne, sie enthält auch „Sternkindergärten“, in denen neugeborene Sterne in Gas- und Staubwolken ausgebrütet werden.

Alle Sterne sind sehr, sehr weit entfernt, außer der Sonne. Der Rest befindet sich außerhalb unseres Sonnensystems. Der uns am nächsten stehende heißt Proxima Centauri , und es liegt 4.2Lichtjahreein Weg.

Eine Ansicht des Hubble-Weltraumteleskops von Proxima Centauri. NASA/ESA/STScI

Die meisten Sterngucker, die eine Weile beobachtet haben, beginnen zu bemerken, dass einige Sterne heller sind als andere. Viele scheinen auch eine schwache Farbe zu haben. Einige sehen blau aus, andere weiß und wieder andere haben schwache gelbe oder rötliche Farbtöne. Es gibt viele verschiedene Arten von Sternen im Universum.

Beachten Sie die zwei leicht unterschiedlichen Farben der Sterne, aus denen Albireo besteht, der Doppelstern in der Nase von Cygnus dem Schwan. Sie können leicht durch ein Fernglas oder ein kleines Teleskop gesehen werden. Mit freundlicher Genehmigung NB, über Wikimedia Commons, Attribution-Share Alike 4.0-Lizenz.

Die Sonne ist ein Stern

Wir sonnen uns im Licht eines Sterns – der Sonne. Es unterscheidet sich von den Planeten, die im Vergleich zur Sonne sehr klein sind und normalerweise aus Gestein (wie Erde und Mars) oder kühlen Gasen (wie Jupiter und Saturn) bestehen. Durch das Verständnis der Funktionsweise der Sonne können Astronomen einen tieferen Einblick in die Funktionsweise aller Sterne gewinnen. Umgekehrt, wenn sie ihr Leben lang viele andere Sterne studieren, ist es möglich, auch die Zukunft unseres eigenen Sterns zu ergründen.

Die Schichtstruktur der Sonne und ihrer äußeren Oberfläche und Atmosphäre gibt Astronomen Einblicke in die Struktur anderer Sterne. NASA

Wie Sterne funktionieren

Wie alle anderen Sterne im Universum ist die Sonne eine riesige, helle Kugel aus heißem, leuchtendem Gas, die durch ihre eigene Schwerkraft zusammengehalten wird. Er lebt zusammen mit etwa 400 Milliarden anderen Sternen in der Milchstraße. Sie alle funktionieren nach dem gleichen Grundprinzip: Sie verschmelzen Atome in ihren Kernen, um Wärme und Licht zu erzeugen. So funktioniert ein Stern.

Ein Ausschnitt aus dem Inneren der Sonne. Die meisten Sterne haben ähnliche Arten von Zonen, einschließlich der Kerne, in denen die Kernfusion stattfindet. NASA/MSFC

Für die Sonne bedeutet dies, dass Wasserstoffatome unter hoher Hitze und hohem Druck zusammengeschleudert werden. Das Ergebnis ist ein Heliumatom. Dieser Fusionsprozess setzt Wärme und Licht frei. Dieser Prozess wird „stellare Nukleosynthese“ genannt und ist die Quelle vieler Elemente im Universum, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Von Sternen wie der Sonne wird das zukünftige Universum also Elemente wie Kohlenstoff erhalten, die es mit zunehmendem Alter herstellen wird. Sehr „schwere“ Elemente wie Gold oder Eisen werden in massereicheren Sternen gebildet, wenn sie sterben, oder sogar in den katastrophalen Kollisionen von Neutronensternen.

Wie macht ein Stern diese „stellare Nukleosynthese“, ohne sich dabei selbst in die Luft zu sprengen? Die Antwort: hydrostatisches Gleichgewicht. Das bedeutet, dass die Schwerkraft der Sternmasse (die die Gase nach innen zieht) durch den nach außen gerichteten Druck der Wärme und des Lichts ausgeglichen wird – die Strahlung Druck – erzeugt durch die im Kern stattfindende Kernfusion.

Diese Fusion ist ein natürlicher Prozess und erfordert eine enorme Menge an Energie, um genügend Fusionsreaktionen auszulösen, um die Schwerkraft in einem Stern auszugleichen. Der Kern eines Sterns muss Temperaturen von über 10 Millionen Kelvin erreichen, um mit der Fusion von Wasserstoff zu beginnen. Unsere Sonne beispielsweise hat eine Kerntemperatur von etwa 15 Millionen Kelvin.

Ein Stern, der Wasserstoff verbraucht, um Helium zu bilden, wird als „Hauptreihen“-Stern bezeichnet, solange er ein Wasserstoff-fusionierendes Objekt ist. Wenn er seinen gesamten Treibstoff verbraucht hat, zieht sich der Kern zusammen, weil der nach außen gerichtete Strahlungsdruck nicht mehr ausreicht, um die Gravitationskraft auszugleichen. Die Kerntemperatur steigt (weil sie komprimiert wird) und das gibt ihr genug „Schwung“, um mit der Verschmelzung von Heliumatomen zu beginnen, die sich zu Kohlenstoff zu formen beginnen. An diesem Punkt wird der Stern zu einem Roten Riesen. Später, als ihm Treibstoff und Energie ausgehen, zieht sich der Stern zusammen und wird zu einem Weißen Zwerg.

Wie Sterne sterben

Die nächste Phase in der Entwicklung des Sterns hängt von seiner Masse ab, denn diese bestimmt wie es enden wird . Ein massearmer Stern wie unsere Sonne hat ein anderes Schicksal als Sterne mit höherer Masse. Er wird seine äußeren Schichten abblasen und einen planetarischen Nebel mit einem Weißen Zwerg in der Mitte schaffen. Astronomen haben viele andere Sterne untersucht, die diesen Prozess durchlaufen haben, was ihnen einen besseren Einblick gibt, wie die Sonne in einigen Milliarden Jahren ihr Leben beenden wird.

Könnte unsere Sonne ihr Leben beenden und aussehen wie der planetarische Nebel NGC 678? Astronomen vermuten, dass dies durchaus der Fall sein könnte. ES IST

Sterne mit hoher Masse unterscheiden sich jedoch in vielerlei Hinsicht von der Sonne. Sie haben ein kurzes Leben und hinterlassen wunderschöne Überreste. Wenn sie als Supernovae explodieren, sprengen sie ihre Elemente in den Weltraum. Das beste Beispiel für eine Supernova ist der Krebsnebel im Stier. Der Kern des ursprünglichen Sterns bleibt zurück, während der Rest seines Materials in den Weltraum gesprengt wird. Schließlich könnte der Kern komprimiert werden, um ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zu werden.

Blick des Hubble-Weltraumteleskops auf den Überrest der Krebsnebel-Supernova. NASA/ESA/STScI

Sterne verbinden uns mit dem Kosmos

Sterne existieren in Milliarden von Galaxien im ganzen Universum. Sie sind ein wichtiger Teil der Evolution des Kosmos. Sie waren die ersten Objekte, die sich vor mehr als 13 Milliarden Jahren bildeten, und sie umfassten die frühesten Galaxien. Als sie starben, veränderten sie den frühen Kosmos. Das liegt daran, dass all diese Elemente, die sie in ihren Kernen bilden, in den Weltraum zurückgebracht werden, wenn Sterne sterben. Und diese Elemente verbinden sich schließlich zu neuen Sternen, Planeten und sogar Leben! Deshalb sagen Astronomen oft, dass wir aus „Sternenstoff“ gemacht sind.

Bearbeitet vonCarolyn Collins Petersen.