Energie aus Sonne

Energiegewinnung in der Sonne

Schmelzreaktionen in der Sonne erzeugen auch neutrale Partikel - elementare Partikel, die kaum mit der Substanz interagieren. Dank dieser Eigenschaften erreichen die elektrischen Neutralteilchen die Erdoberfläche in wenigen Augenblicken, so dass die Forscher einen Überblick über die Vorgänge im Innern der Sonne gewinnen können. Stefan Schönert von der Technischen Universität München erläutert, wie diese beiden Substanzen nachgewiesen werden können und was sie über die Energiegewinnung in der Sonne aussagen.

Die Sonne liefert der Welt seit über 4,5 Mrd. Jahren Energie: Sie erwärmt unseren Planet und erlaubt es den Menschen, durch den Vorgang der Fotosynthese Sonnenstrahlung in chemischen Strom zu umwandeln. In der Geschichte der Menschheit ist die Hauptrolle der Sonne nie in Frage gestellt worden. Die Sonne ist mit einem Umkreis von fast 1 der mit Abstand grösste Körper im Solarsystem.

Zudem macht die Sonne 99,86% der Gesamtmasse aus. Der energieerzeugende Kernfusionsprozess findet jedoch nur im Sonnenzentrum statt, das sich vom Sonnenzentrum bis zu etwa einem viertel des Solarradius ausdehnt. Bei diesen Extrembedingungen können die positiven Ladungen die elektromagnetische Abstoßungskraft überbrücken und zu grösseren Chemikalien zusammentreffen.

Dabei wird ein kleiner Teil der Protonenmasse in Energie umgesetzt und frei. Bei der Sonne fusionieren vier Kerne, d.h. vier Wasserstoff-Kerne, zu Helium-Kernen, bestehend aus zwei Kerne und zwei neutralen Atomen, dem so genannten Helium-4. Dieser Vorgang findet in der Sonne vor allem über die sogen.

Schmelzen zwei Helium-3-Kerne zusammen, bilden sich zwei H-Atome und ein Helium-4-Kern. Dabei wird die resultierende Energie auf zwei unterschiedliche Weisen abgegeben. In einer einzigen Protonen-Protonenkette werden 26 Mio. Volt Energie erzeugt. Solche Fusionsvorgänge erfolgen etwa 1038 mal pro Sek. in der Sonne - durch die Gleichwertigkeit von Gewicht und Energie gehen mehr als vier Mio. t pro Sek. verloren.

Nur die energiereichen, hochgeladenen elementaren Teilchen, also die Elektron en und ihre Gegenpartikel, die sogenannten Positive, bringen die Energie in der Sonne auf die Welt. In der Sonne hingegen können sich die Fotonen nicht gerade verteilen, sondern interagieren immer wieder mit dem heissen Plasmabild. Es dauert also etwa hunderttausend Jahre, bis sie die Sonnenoberfläche erobern.

Die Elementpartikel sind elektromotorisch neutrale Teilchen mit sehr geringer Eigenmasse. In der Teilchenphysik geben sie einen einmaligen Überblick über die aktuellen Prozesse der Energiegewinnung in der Sonne. Weil durch die lange Reisezeit nur die nuklearen Reaktionen, die vor über hunderttausend Jahren im Solarzentrum stattgefunden haben, abgeschlossen werden können.

Zur Untersuchung der gegenwärtigen Fusionsvorgänge werden deshalb besondere Detektoranlagen gebaut, in denen sie die solaren neutralen Stoffe über ihre Wechselwirkungen mit der Substanz aufspüren. Kurz nach der Indienststellung im Jahr 2007 konnten die Wissenschafter des Borexino-Experiments zum ersten Mal die bei speziellen Kernfusionsprozessen in der Sonne erzeugten neutralen Stoffe ausmessen. Die Gegenüberstellung der Zahl der neutralen Teilchen und der Sonnenhelligkeit im Bereich des Elektromagnetismus liefert einen hervorragenden Nachweis für das Theoriemodell des Energieerzeugungsprozesses im Sonnenzentrum.