Unsere seltsamen Nachbarn, Teil 1: Hyperion

Saturn liegt zwar nicht in unserer unmittelbaren Nachbarschaft, aber der Ringplanet ist Teil unseres Sonnensystem und befindet im kosmischen Maßstab sozusagen in unserem Hinterhof. Saturn wird wie die anderen großen Planeten von vielen Monden umkreist. Hyperion ist einer davon. Er ist zwar nicht wegen seiner Größe auffallend, und verspricht auch nicht, Leben zu beherbergen. Trotzdem zählt er zu den seltsamsten Objekten im solaren Hinterhof.

Hyperion gehört nicht zu den großen Saturn-Moden. Er ist aber in mehrfacher Hinsicht auffallend. Vom Saturn aus gezählt, ist er der siebte der 82 bekannten natürlichen Satelliten des Riesenplaneten. Seine Umlaufbahn liegt zwischen den bedeutend größeren Monden Titan und Iapetus.

Hyperion wurde 1848 von dem britischen Astronomen William Lassell sowie unabhängig davon von dem amerikanischen Astronomen William Cranch Bond und seinem Sohn George Phillips Bond entdeckt. Deswegen gelten alle drei Männer als Entdecker des Saturn-Trabanten. Zur Zeit seiner Entdeckung waren neben Titan und Iapetus bereits die Monde Rhea, Enceladus und Mimas bekannt.

Außer durch Teleskope konnten die Wissenschaftler den Saturn-Begleiter auch mit Hilfe der Cassini-Mission unter Augenschein nehmen (Voyager 2 flog ebenfalls durch das Saturn-System, konnte aber nur aus großer Entfernung den Mond fotografieren). Der Sonde gelangen in den Jahren 2005 und 2015 insgesamt drei Vorbeiflüge. Am 26. September 2005 nähere sie sich auf eine Entfernung von nur 500 Kilometern. Die Sonde lieferte von der Oberfläche Aufnahmen, die mit Teleskopen nicht möglich sind.

Taumelnd durch den Raum

Hyperion ist der größte der unregelmäßig geformten Saturn-Monde. Entlang seiner Längsachse misst er 360 Kilometer. Der kleinste Durchmesser beträgt etwas über 200 Kilometer. Die mittlere Dichte liegt bei 0,544 Gramm pro Kubikzentimeter, beträgt also ungefähr ein Zehntel der mittleren Dichte der Erde (5,514 g/cm3). Zu seinen auffallendsten äußerlichen Merkmalen gehört die rosige Färbung. Was ebenfalls ins Auge fällt, sind die vielen tiefen Krater, die dem Mond ein schwammartiges Aussehen verleihen.

Zur außergewöhnlichen Erscheinung Hyperions trägt seine Zerklüftung bei, wodurch er fast für ein riesiges Wespennest gelten könnte. Passend ist aber auch der Vergleich mit einem Schwamm. Tatsächlich hat er eine sehr geringe Dichte. Außerdem scheint er eine große Menge Wassereis zu enthalten. (Bild: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Was ihn zu einer der außergewöhnlichsten Erscheinungen im Sonnensystem macht, sind aber die Bewegungen, die er vollführt. Hyperion dreht sich während seiner 21-tägigen Umkreisung des Saturn ungefähr alle 13 Tage um die eigene Achse. Dabei vollführt er eine chaotische Rotation. Dies bedeutet dass die Rotationsachse und die Rotationsgeschwindigkeit nicht genau vorausberechnet werden können. Den Wissenschaftlern sind bisher nur sehr wenige Objekte bekannt, die ähnlich chaotische Bewegungen vollführen.

Der Grund, warum Hyperion sich taumelnd durch den Raum bewegt, sind der Einfluss der Gravitation der großen Nachbarmondes Titan sowie die unregelmäßige Form Hyperions. Abhängig von der Position der beiden Gestirne zueinander ändert sich die Rotation des kleineren Körpers.

Der äußerste Rand: Die Oortsche Wolke

Sie ist von der Sonne so weit entfernt, dass man sie nicht sehen kann, und doch nehmen die meisten Astronomen nehmen an, dass sie existiert. Sie ist der äußerste Rand des Sonnensystems: die Oortsche Wolke.

Im Dezember 2018 gab die NASA ein historisches Ereignis bekannt: Die Sonde Voyager 2 hatte die Heliopause erreicht. Dabei handelt es sich um den äußersten Rand der Heliosphäre, einer durch den Sonnenwind geschaffenen blasenartigen Region, die sich um die Sonne und ihren Planeten ausbreitet und die interstellaren Ströme aus Gasen und Teilchen abweist. Voyager 2 befand sich zu diesem Zeitpunkt 119 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt.

Die Heliopause wird oft als Grenze des Sonnensystems bezeichnet. Die gleiche Grenze hatte die Schwestersonde Voyager 1 als erstes von Menschen gemachte Objekt bereits im Dezember 2004 überschritten.

Die Voyager-Sonden hatten auf ihrer Reise in den interstellaren Raum den achten Planeten, Neptun, der etwa in einer Entfernung von 30 AE um die Sonne kreist, weit hinter sich gelassen. Und sie hatten sogar den aus vielen kleinen eisigen Objekten bestehenden Kuipergürtel (30 – 50 AE von der Sonne entfernt), zu dem auch der Ex-Planet Pluto gehört, durchquert. Obwohl der Bereich, in den die Sonden nun vordringen, bereits als interstellarer Raum bezeichnet wird, ist hier das Sonnensystem noch nicht ganz zu Ende. In einer noch größeren Entfernung, am äußersten Rand, soll es weitere Objekte geben – Überreste aus der Urzeit des Sonnensystems: die Oortsche Wolke.

Ganz weit draußen

Schon in den 1930er-Jahren spekulierte der aus Estland stammende Astronom Ernst Öpik, dass es weit jenseits der Umlaufbahn des Pluto noch weitere Objekte geben müsse. Einige dieser Körper würden ab und zu als Kometen in den inneren Bereich des Sonnensystems gelangen. In den 1950er-Jahre griff der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort diese Idee auf. Er vermutete, dass das Sonnensystem von einer Unzahl kleiner Körper umringt ist. Zwar konnte diese nach ihm benannte „Oortsche Wolke“ nicht direkt nachgewiesen werden, da die Körper in dieser Region zu klein und zu weit entfernt waren, um in Teleskopen sichtbar zu werden. Aber die hypothetische schalenförmige Wolke erklärte, wie bereits Öpik vermutet hatte, die Herkunft langperiodischer Kometen.

Im Gegensatz zu den Planeten, dem Asteroidengürtel und vielen Objekten im Kuipergürtel umkreisen die Objekte in der Oortschen Wolke die Sonne nicht unbedingt in derselben Richtung in einer Orbitalebene. Stattdessen können sie sich in verschiedenen Richtungen und Neigungen um das Zentralgestirn des Sonnensystems bewegen und dabei eine Blase aus eisigen Trümmern bilden. Deshalb spricht man – anders als beim Asteroiden- und beim Kuipergürtel – von einer Wolke.

Die Existenz der Oortschen Wolke wird heute im Großen und Ganzen von der Wissenschaft akzeptiert. Über deren Ausmaß kann jedoch nur spekuliert werden. Es wird vermutet, dass die Oortsche Wolke in einer Entfernung von 2000 bis 5000 AE von der Sonne beginnt. Der äußere Rand könnte bei 10000 bis 100000 AE liegen. Die Voyager-Sonden werden demnach den inneren Bereich erst in einigen Hundert Jahren erreichen, und es wird viele Tausend Jahre dauern, bis sie die Wolke durchquert haben.

Grafik der Oortschen Wolke
Die Planetenbahnen und der weiter außen liegende Kuipergürtel liegen in etwa einer Ebene. Den äußersten Rand bildet die Ortsche-Wolke, die das Sonnensystem wie eine dicke Schale umgibt. Das Bild ist nicht maßstabsgetreu. (Bild: A. Mößmer)

Die Entstehung der Oortschen Wolke

Nach Meinung vieler Wissenschaftler waren die eisigen Objekte der Oortschen Wolke nicht immer so weit von der Sonne entfernt. Nachdem sich die Planeten vor 4,6 Milliarden Jahren gebildet hatten, schwirrten in der inneren Region des Sonnensystem noch viele kleine Körper, sogenannte Planetesimale, umher. Diese Planetesimale hatten sich aus demselben Material wie die Planeten gebildet. Durch die Schwerkraft der großen Gestirne, hauptsächlich des Jupiter, zerstreuten sie sich jedoch in alle Richtungen.

Einige der Planetesimale wurden ganz aus dem Sonnensystem kapultiert, während andere am äußersten Rand exzentrische Bahnen um die Sonne einnahmen. In der Oortschen Wolke befinden sich unter Umständen auch Körper, die nicht aus dem Umkreis der Sonne stammen. Wahrscheinlich sind andere Sterne von vergleichbaren Wolken aus Kleinstkörpern umgeben.

Besucher vom Außenbezirk

In jüngerer Zeit kamen in den inneren Bereich des Sonnensystems zwei Besucher, die vermutlich aus der Oortschen Wolke stammten: die Kometen C/2012 S1 (ISON) und C/2013 A1 Siding Spring (in den Bezeichnungen sind jeweils das Jahr der Entdeckung enthalten). C/2012 S1 (ISON) löste sich in kleine Teile auf, als er der Sonne zu nahe kam. Siding Spring flog in einer Entfernung von 140800 Kilometern am Mars vorbei und überlebte seine Reise durch das innere Sonnensystem. Er wird voraussichtlich in etwa 740000 Jahren wieder zurückkommen.

Foto des Kometen Siding Spring
Der wahrscheinlich aus der Oortschen Wolke kommende Komet Siding Spring wurde 2013 von dem Weltraumteleskop NEOWISE entdeckt. Dieses Bild ist eine Kombination von vier Aufnahmen. Deshalb erscheint der Komet (rötlich gefärbt) viermal. (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Wechselwirkung: Wie Ebbe und Flut entstehen

Die Erde besitzt im Vergleich zu anderen Planeten einen großen Begleiter. Die Gravitation des Mondes erzeugt auf der Erde Gezeiten, die sich wiederum auf das Leben auf unserem Planeten auswirken.

Die Gezeiten spielten wahrscheinlich eine bedeutende Rolle bei der Evolution des Lebens auf der Erde. Das Meer überflutete regelmäßig Küstenbereiche und zog sich ebenso periodisch wieder zurück. Dabei entstanden auf dem Land Pfützen, in denen Meeresbewohner gestrandet waren. Diese Umgebung war vermutlich dafür verantwortlich, dass sich im Laufe der Zeit Lebewesen aus dem Meer an die Bedingungen auf dem Land anpassen konnten.

Seit Menschen an den Küsten leben, kennen sie auch Ebbe und Flut. Ihren Beobachtungen konnte die Rolle des Mondes dabei nicht entgangen sein, und spätestens seit Isaac Newton weiß man, dass Objekte eine Anziehungskraft aufeinander ausüben. Von daher war es nur noch ein kleiner Schritt zu der Erkenntnis, dass der Mond das Wasser in seine Richtung zieht.

Bild von Mont-Saint-Michel bei Ebbe
Mont-Saint-Michel vor der Küste der Normandie. Bei Ebbe kann die Insel zu Fuß durch das Watt erreicht werden. (Bild: A. Mößmer)

Die Gezeiten wirken sich jedoch auf die gesamte Erde aus – sowohl auf das Land als auch auf die Ozeane. Anders als das Wasser kann der feste Boden aber nicht zum Punkt der größten Anziehungskraft des Mondes fließen. Trotzdem ist auch die Gezeitenwirkung auf das Land messbar. Es steigt und fällt um mehrere Zentimeter.

Die andere Seite

Soweit so gut. Wenn man weiß, dass nicht nur die Erde mit ihrer Gravitation den Mond in der Umlaufbahn hält, sondern sich auch die Anziehungskraft des Erdtrabanten auf den Planeten auswirkt, ist es einleuchtend, dass der Meeresspiegel auf einer Seite der Erde steigt. Aber damit ist noch nicht alles erklärt, denn auf der anderen Seite der Erde, die dem Mond abgewandt ist, häuft sich ebenfalls das Wasser an. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?

Es heißt zwar, dass der Mond um die Erde kreist. Die gegenseitige Anziehungskraft der beiden Körper bewirkt aber, dass sich sowohl die Erde als auch ihr Begleiter um einen gemeinsamen Schwerpunkt bewegen. Dieser Punkt ist etwa um 4700 Kilometer vom Zentrum der Erde versetzt. Die Bewegung der beiden Körper um diesen Schwerpunkt erzeugt eine Zentrifugalkraft. Auf der mondabgewandten Seite der Erde ist nicht nur die Anziehungskraft des Trabanten am schwächsten, dort ist auch die Zentrifugalkraft am stärksten. Die Folge ist, dass sich auch dort Wasser anhäuft, allerdings nicht so viel wie auf der dem Mond zugewandten Seite.

Die Grafik zeigt die Erde und den Mond mit dem gemeinsamen Schwerpunkt.
Der Mond und die Erde drehen sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Auf der dem Mond zugewandten Seite der Erde häuft sich Wasser wegen der Gravitation des Erdbegleiters an. Auf der anderen Seite entsteht die Flut durch die Zentrifugalkraft. (Bild: A. Mößmer)

Noch komplizierter

Die Sache wird noch komplexer, wenn man andere Einflüsse berücksichtigt. Der Mond und die Erde sind im Vergleich zur Sonne kleine Zwerge. Die Gravitation der Sonne wirkt sich deshalb ebenfalls auf die Gezeiten aus. Allerdings ist die Entfernung zwischen Erde und Sonne bedeutend größer als der Abstand zum Mond. Die Gezeitenwirkung ist deshalb geringen. Trotzdem: Wenn sich Erde, Mond und Sonne aneinander reihen, – was zu Zeiten von Vollmond oder Neumond der Fall ist – verstärken sich die Mond- und Sonnenfluten gegenseitig und führen zu extremeren Gezeiten, den sogenannten Springfluten. Wenn Mond- und Sonnenflut gegeneinander wirken, entstehen ungewöhnlich kleine Gezeiten, sogenannte Nipptiden.

Es gibt noch andere Einflüsse auf die Gezeiten. Wind- und Wettermuster können ebenfalls den Wasserstand beeinflussen. Starke Offshore-Winde können das Wasser von den Küsten entfernen und die Ebbe verstärken. Onshore-Winde können dagegen das Wasser an das Ufer drücken, wodurch die Ebbe weniger auffällt. Hochdruck-Wettersysteme können den Meeresspiegel senken und zu niedrigeren Gezeiten führen. Niedrigdrucksysteme – hervorgerufen durch starke Stürme und Orkane – können Gezeiten verursachen, die viel höher sind als vorhergesagt.

Schließlich sind es auch noch die geografischen Gegebenheiten, die eine Rolle bei der Stärke von Ebbe und Flut spielen. So kann zum Beispiel die Form von Buchten und Flussmündungen die Intensität der Gezeiten erhöhen oder verringern.

Gérard Klein: Das Gambit der Sterne

Gérard Klein ist definitiv einer der bedeutendsten französischen Science-Fiction-Autoren. Er hat es sogar geschafft, ins Englische übersetzt zu werden. Hier soll eines seiner Erstlingswerke vorgestellt werden.

Für viele scheint die französische Science-Fiction mit Jules Verne (1828 – 1905) begonnen und auch geendet zu haben – zumindest außerhalb Frankreichs. Nach ihm dominierten englischsprachige Autoren wie H. G. Wells (1866 – 1946) das Genre. In den 1920er-Jahren begann das Goldene Zeitalter der Science-Fiction in den USA. Während viele englischsprachige Autoren auch außerhalb ihrer Heimatländer in Übersetzung erschienen, hatten es fremdsprachige Autoren schwer, sich im angloamerikanischen Raum zu behaupten.

Noch dazu brach nach dem Zweiten Weltkrieg mit dem Sputnik-Schock ein Wettlauf zwischen den beiden Großmächten ins All aus, was wiederum auch eine Auswirkung auf die fantastische Literatur hatte. Der technische Vorsprung, vor allem in der Raumfahrt, wurde so selbstverständlich mit den USA in Verbindung gebracht, dass sich sogar Autoren in nicht englischsprachigen Ländern englische Pseudonyme geben mussten, um verlegt zu werden.

Gérard Klein (geb. 1937) ist einer der wenigen französischsprachigen Autoren, die nicht nur unter dem eigenen Namen veröffentlichten und in Frankreich Erfolg hatten, sondern auch übersetzt wurden und sogar in englischsprachigen Ländern eine gewisse Bekanntheit erlangten.

Die Menschheit in der Galaxie

Gérard Klein hatte bereits im Alter von 18 Jahren seine ersten Geschichten in den Zeitschriften Galaxie und Fiction veröffentlicht. Sein erster alleine geschriebener Roman erschien 1958: „Le gambit des étoiles“ (deutsch: „Das Gambit der Sterne“). Das Buch erschien in mehreren Auflagen und wurde ins Englische, Türkische, Litauische und Rumänische übersetzt. (Eine deutsche Übersetzung ist mir nicht bekannt.)

Cover des Romans "Le gambit des étoiles"
Diese Ausgabe von „Le gambit des étoiles“ erschien 1986 in der Buchreihe Le Livre de Poche im Verlag Librairie Générale Française. (Bild: Librairie Générale Française, 1986)

In der zukünftigen Welt, die Gérard Klein beschreibt, hat die Menschheit die Erde verlassen und einen großen Teil der Galaxie besiedelt. Die Zentralregierung befindet sich auf einem Planeten im Umfeld des Riesensterns Beteigeuze. Der Protagonist ist Jerg Algan, der zu Beginn der Geschichte die Erde nie verlassen hat und auch nicht weg möchte, der aber überlistet wird, einen Vertrag zu unterzeichnen und dann doch die Reise zu den Sternen antreten muss. Dabei kommt er in den Besitz eines Schachbrettes, das eine besondere Bedeutung hat. Darauf spielt der Titel des Romans an, denn ein Gambit ist ein eröffnender Schachzug, bei dem absichtlich ein Bauer oder eine andere unwichtige Figur geopfert wird.

Der Roman handelt von der Herkunft der Menschen und ihrer eventuellen Rolle im Universum. Er bietet, wie damals üblich, viel „Fiction“, aber wenig „Science“.

Kernverschmelzung: Wie die Sonne Energie erzeugt

Verglichen mit der Sonne sind alle Planeten unseres Sonnensystems nur Zwerge. 99,8 Prozent der Masse des Sonnensystems befinden sich im Zentralgestirn. Aber die Sonne ist nicht nur wegen seiner Größe von so herausragender Bedeutung, wir hängen in vielfacher Hinsicht von ihr ab. Sie hält mit ihrer Gravitation die Planeten in ihren Bahnen, und sie liefert die Energie und Wärme, die das Lebens auf der Erde möglich machen. Für unsere Vorfahren in der vorwissenschaftlichen Zeit war die Sonne ein Lampe oder ein Feuer am Firmament. Aber warum leuchtet die Sonne tatsächlich?

Im 19. Jahrhundert begann man mit einem größeren wissenschaftlichen Hintergrundwissen Spekulationen anzustellen. Julius Robert Mayer (1814 – 1878) vermutete, dass Meteore oder Meteoriten für die Hitze auf der Sonne verantwortlich waren. Hermann von Helmholtz (1821 – 1894) und später der als Lord Kelvin bekannte William Thomson (1824 – 1907) glaubten, dass die enorme Schwerkraft für die Aufheizung des Riesenkörpers verantwortlich war. Der Physiker Hans Albrecht Bethe (1906 – 2005) lieferte 1939 die richtige Erklärung für die Energieerzeugung in der Sonne und bekam 1967 den Nobelpreis dafür: Die Ursache ist eine Fusion von Atomkernen.

Allerdings dauerte es noch eine Zeit lang, bis sich diese wissenschaftliche Erkenntnis in der breiteren Bevölkerung durchsetzte. Dem Autor dieses Artikels wurde in der Schule noch erzählt, die Sonne sei „wie ein riesiger Kohlehaufen“. (Was nicht unbedingt für ein hohes Alter des Verfassers spricht, sondern eher mit der mangelnden Bildung mancher Lehrer zusammenhängt.)

Die Sonne ist ein Ball aus Plasma. In seinem Kern erreicht die Temperatur 15 Millionen Grad Celsius. Auf der Oberfläche sind es dagegen nur etwa 5600 Grad Celsius. (Bild: NASA)

Die Ausgangssituation

Die Gravitation spielt jedoch auch eine Rolle. Nach dem Urknall waren zunächst die einzigen Elemente im Universum Wasserstoff und Helium. Wasserstoff ist das einfachste aller Elemente. Ein Wasserstoffatom besteht nur aus einem Proton im Inneren und einem Elektron, das um den Kern kreist. Ein Heliumkern setzt sich aus zwei Protonen und zwei Neutronen zusammen, und zwei Elektronen umkreisen ihn. Die Gravitation sorgte dafür, dass sich die Materie im Universum zusammenzog und Sterne, Planeten und andere Körper bildete. Die Sonne besteht ungefähr zu drei Viertel aus Wasserstoff und etwa ein Viertel aus Helium. Die paar Prozent schwerere Elemente, die ebenfalls vorhanden sind, wurden ursprünglich in massereicheren Sternen erzeugt und durch Supernovae im Weltraum verteilt.

Bild eines Wasserstoff- und eines Heliumatoms
Das Wasserstoffatom (links) besteht nur aus einem Proton und einem Elektron, das den Kern umkreist. Im Kern des Heliumatoms (rechts) befinden sich zwei Protonen (blau) und zwei Neutronen (gelb). Zwei Elektronen bilden die Schale des Atoms. (Bild: A. Mößmer)

Im Sonneninneren erfahren die Atome eine Veränderung: Die Hitze und der Druck führen dazu, dass sich die Atomkerne und Elektronen trennen und unabhängig voneinander herumschwirren. Dieser Zustand der Materie wird als Plasma bezeichnet. Dieses Plasma ist so heiß, dass die energiereichsten geladenen Teilchen der Schwerkraft der Sonne entweichen und in den Weltraum fliegen können. Man bezeichnet diesen Plasmastrom als „Sonnenwind“, weil er von der Sonne wegführt und mit den Magnetfeldern und Atmosphären der Planeten interagiert.

Bild frei schwebender Atomkerne und Elektronen in einem Plasma

In einem Plasma sind die Atomkerne und die Elektronen nicht aneinander gebunden. (Bild: A. Mößmer)

Protonenfusion

In dem Sonnenplasma geschieht es ab und zu, dass zwei Wasserstoffprotonen – das heißt einzelne Protonen – zusammenstoßen und sich vereinigen. Bei dieser Fusion entsteht ein neuer Wasserstoffkern, der aus einem Proton und einem Neutron besteht – Deuterium genannt. Möglicherweise spielt dabei als Zwischenstufe ein sogenanntes Diproton (auch Helium-2 genannt) eine Rolle. Dieses Teilchen setzt sich aus zwei Protonen zusammen, ist jedoch sehr instabil und zerfällt meist wieder in zwei einzelne Protonen. Auf jeden Fall hat das Entstehen des Deuteriums zur Folge, dass sich ein Proton in ein Neutron umwandelt und dabei ein Positron (ein Elektron mit positiver Ladung) sowie ein Neutrino (ein neutrales kleines Teilchen) entstehen und davonfliegen.

Bild der Fusion von zwei Protonen zu einem Deuterium-Kern.
Zwei Protonen (links, blau) verschmelzen miteinander (Mitte). Das Ergebnis ist ein Kern mit einem Proton und einen Neutron (rechts, blau). Ein Neutrino (oben, gelb) und ein Positron (unten, blau) entweichen. (Bild: A. Mößmer)

Neues Helium

Ein weiterer Schritt in dem Fusionsprozess im Sonneninneren ist die Verschmelzung eines Deuteriumkerns mit einem Proton. Das daraus resultierende Gebilde – Helium-3 genannt – besteht folglich aus zwei Protonen und einem Neutron. Bei der Fusion wird ein Gammaquant (ein Lichtteilchen mit sehr hoher Energie) abgegeben.

Das Bild zeigt die Fusion eines Protons und eines Deuterium-Kerns zu Helium-3.
Beim Entstehen von Helium-3 fusionieren ein Proton (links oben) und ein Deuterium-Kern (links unten) zu einem Kern mit zwei Protonen und einem Neutron (rechts). Dabei wir ein Gammaquant abgegeben (hier mit dem griechischen Buchstaben γ eingezeichnet). (Bild: A. Mößmer)

Dieses Helium-3 kann nun mit anderem Helium-3 fusionieren. Dabei gehen jeweils zwei Protonen verloren, sodass die daraus resultierenden Kerne aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Beim Ergebnis der Verschmelzung handelt es sich um Helium-4.

Bild von der Verschmelzung zweier Helium-3-Kerne zu einem Helium-4-Kern
Zwei Helium-3-Kerne (links) können zu einem Helium-4-Kern (rechts) verschmelzen. Dabei werden zwei Protonen abgegeben. (Bild: A. Mößmer)

Über einen Umweg kann eine weitere Helium-4-Erzeugung stattfinden. Dabei verbindet sich ein Helium-3-Kern mit einem bereits existierenden Helium-4-Kern zu einem Beryllium-7-Kern (vier Protonen und drei Neutronen) und gibt dabei ein Gammaquant ab. Dieser Kern nimmt ein Elektron auf und zerfällt zu Lithium-7 (drei Protonen und vier Neutronen), wobei ein Neutrino davonfliegt. Das Lithium-7 kann wiederum mit einem freien Proton fusionieren und sich dadurch zu Beryllium-8 (vier Protonen und vier Neutronen) verwandeln. Der Zerfall eines Beryllium-8-Kerns führt dann zu zwei Helium-4-Kernen.

Ein Helium-3-Kern (links oben) und ein Helium-4-Kern (links unten) verschmelzen zu einem Beryllium-Kern mit drei Protonen und vier Neutronen (Mitte). Dabei wird ein Gammaquant abgegeben. Das Betyllium-7 nimmt wiederum ein Elektron auf und gibt ein Neutrino ab. Das Ergebnis ist ein Lithium-7-Kern mit vier Protonen und drei Neutronen (rechts). (Bild: A. Mößmer)
Ein Lithium-7-Kern (links oben) kann sich mit einem freien Proton (links unten) vereinigen. Daraus entsteht ein Beryllium-8-Kern, der in zwei Helium-4-Kerne zerfällt (rechts). (Bild: A. Mößmer)

Es gibt noch weitere Fusionsketten, die seltener als die hier beschriebenen sind.

Woher kommt nun das Sonnenlicht?

Von den Teilchen, die bei den Verschmelzungsvorgängen in der Sonne ausgestoßen werden, erreichen nur Neutrinos die Erde direkt. Die Neutrinos zeichnen dadurch aus, dass sie eine sehr kleine Masse besitzen und kaum mit der anderen Materie wechselwirken. Dadurch ist es ihnen ein Leichtes, der Sonne zu entkommen.

Die anderen Teilchen müssen sich dagegen durch die Plasmaschichten der Sonne kämpfen, was nicht nur lange dauert, sondern auch die Teilchen selbst verändert. Ein Positron (positive Ladung) und ein Elektron (negative Ladung) können sich gegenseitig auslöschen und dabei Gammastrahlen erzeugen. Gammastrahlen verwandeln sich wiederum durch die Kollision mit anderen Teilchen in Photonen mit niedrigerer Energie, bevor sie die Sonnenoberfläche erreichen und in den Weltraum emittiert werden. Die Sonne strahlt deswegen keine Gammastrahlen aus – außer durch Sonneneruptionen. Das Resultat der Energie und Hitze, die im Inneren durch die Fusionsvorgänge erzeugt werden, ist die Strahlung der Sonne in Form von Röntgenstrahlen, ultraviolettem und sichtbarem Licht, Infrarot- und Radiowellen.