Sterne und Galaxien (1)

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Das Lichtjahr ✔ | Galaxien ✔ | Die Geburt eines Sterns ✔

Die Sonne ist ein Stern, allerdings nur ein eher durchschnittlicher. Es gibt viel größere und viel hellere Sterne. Aber alle anderen Sterne als die Sonne sehen für uns wie winzige Punkte aus, weil sie viel weiter entfernt sind.

Lichtjahr

Die Entfernungen zwischen den Sternen sind so groß, dass Astronomen spezielle Einheiten haben, um sie zu messen. Beispielsweise:

Ein Lichtjahr (ly) ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt fast 300.000 Kilometer pro Sekunde, so dass das Licht in einem Jahr mehr als 9 Billionen Kilometer zurücklegt. Genauer ausgedrückt:

$\mathrm {1 \ Lichtjahr \ = \ 9,3 \ \cdot \ 10^{12} \ km}$

Der nächste Stern - Proxima Centauri - ist 4,2 Lichtjahre von uns entfernt. Mit anderen Worten, sein Licht braucht 4,2 Jahre, um uns zu erreichen: Wir sehen Proxima Centauri also wie er vor 4,2 Jahren aussah. Zum Vergleich: das Licht der Sonne benötigt 8 Minuten um uns zu erreichen.

Galaxien

Unsere Sonne gehört zu einem riesigen Sternensystem, das als Galaxie bezeichnet wird. Diese enthält über 100 Milliarden ($10^{11}$) Sterne und hat einen Durchmesser von fast 100.000 Lichtjahren. Zwischen den Sternen befindet sich dünn verteilte Materie aus Gas und Staub, die interstellare Materie genannt wird. Das Gas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff. Die Galaxie dreht sich langsam und wird durch die Gravitation zusammengehalten.

Unsere Galaxie wird Milchstraße genannt. Du kannst an Orten, wo es wenig Lichtverschmutzung gibt, den Rand der Milchstraße als ein helles Band von Sternen am Nachthimmel sehen. Sie ist nur eine von vielen Milliarden weiteren Galaxien im bekannten Universum.


Querschnitt durch die Milchstraße
Unsere Sonne befindet sich ungefähr auf halbem Weg zwischen Zentrum und Rand unserer Galaxie.
Andromeda Galaxie
Die Andromeda-Galaxie ist 2 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie hat eine sehr ähnliche Struktur wie unsere eigene Galaxie, die Milchstraße.

Die Geburt eines Sterns

Bildung des Sonnensystems
Die Bildung des Sonnensystems

Nebel im Sternbild Orion
Der Große Nebel im Sternbild Orion. In dieser riesigen Wolke aus Gas und Staub bilden sich Sterne. Diese Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops wurde während 105 Erdumläufen erstellt und ist eine der detailliertesten Abbildungen des Nebels.

Wissenschaftler glauben, dass sich die Sonne und der Rest des Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer riesigen Gas- und Staubwolke gebildet hat. Solche Wolken bezeichnet man als kosmische Nebel oder Nebula.

Durch die Schwerkraft hat sich die Materie in bestimmten Bereichen des Nebels langsam zu Klumpen verdichtet. In der Mitte ist ein besonders großer Klumpen entstanden, der mit der Zeit immer mehr Materie aus seiner Umgebung anzog. Als die potentielle Energie der ankommenden Materie in thermische Energie umgewandelt wurde, erhitzte sich der Klumpen in der Mitte sehr stark. Um ihn herum kreisten schon kleinere Materialansammlungen, die ebenfalls immer größer wurden, da sie den größten Teil des äußeren Materials einfingen. Später zogen sich diese kleineren Klumpen zusammen, kühlten ab und bildeten so Planeten und Monde.

Die Sonne bildete sich aus dem großen Klumpen in der Mitte der Wolke. Mit der Zeit wurde er massiv genug, um den größten Teil des Wasserstoffgases aus der Umgebung einzufangen. Tief im Inneren wurde das Gas immer heißer und wurde stark komprimiert. Schließlich waren Temperatur und Druck hoch genug, um einen atomaren Prozess auszulösen, der als Kernfusion bezeichnet wird. Bei einer Kernfusion wird eine große Menge an Energie frei und so leuchtete der Klumpen auf und wurde zu einem Stern: unserer Sonne. Andere Sterne entstanden - und entstehen - auf die gleiche Weise.

Bei der Kernfusion in der Sonne wird Wasserstoff in Helium umgewandelt. Wissenschaftler glauben, dass die Sonne genug Wasserstoff übrig hat, um für weitere 6 Milliarden Jahre zu scheinen.


Fragen

1. Erkläre was mit den folgenden Wörten gemeint ist

  1. Nebula
  2. Galaxie
  3. Milchstraße
  4. Universum

Richtig ist:

  1. Nebula nennt man kosmische Nebel, die aus Gas und Staub bestehen und in denen neue Sterne entstehen.
  2. Eine Galaxie ist ein Anhäufung von unvorstellbar vielen Sternen.
  3. Milchstraße ist der Name, den wir unserer eigen Galaxie gegeben haben.
  4. Als Universum bezeichnet man das gesamte Weltall. Es ist die Gesamtheit von Raum, Zeit und aller Materie und Energie darin.

2. Die Sonne verwendet hauptsächlich Wasserstoff als Kernbrennstoff.

  1. Wie lange ist es her, dass die Sonne angefangen hat zu leuchten?
  2. Wie heißt der Prozess, der die Energie in der Sonne erzeugt?
  3. Wie lange wird es dauern, bis die Sonne ihren Vorrat an Wasserstoff aufgebraucht hat?
  4. Was ist dann mit dem all dem Wasserstoff im Inneren der Sonne passiert?

Richtig ist:

  1. Etwa 4,5 Milliarden Jahre.
  2. das ist die Kernfusion.
  3. in ca. 6 Milliarden Jahren.
  4. Der Wasserstoff wurde durch Kernfusion in Helium umgewandelt.

3. Der Stern Proxima Centauri ist 4,2 Lichtjahre von uns entfernt.

  1. Was ist ein Lichtjahr?
  2. Wie weit ist Proxima Centauri in Kilometern von uns entfernt?
  3. Heute können die schnellsten Raketen Geschwindigkeiten bis zu 50.000 $\mathrm {\tfrac {km}{h}}$ erreichen. Wenn ein Raumschiff mit dieser Geschwindigkeit nach Proxima Centauri reiste, wie lange würde die Reise dauern?

Richtig ist:

  1. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.
  2. $\mathrm {4,2 \ \cdot \ 10^{12} \ km}$.
  3. etwa 100.000 Jahre.

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