War die Sonne mal blau?
Hallo,
ich interessiere mich in der letzten Zeit ein wenig für Astronomie und bin dabei auf eine Frage gestoßen. War die Sonne mal Blau?
Ich habe gelesen, dass manche blaue Sterne wie zmb Rigel, Adhara, Alnilam und weitere sich irgendwann verwandeln in Rote Riesen. Also sie zu roten Sterne werden. Meine Frage ist jetzt, da unsere Sonne rot ist, ob sie mal blau war🤔.
Falls sich jemand auskennt, wie entsteht eigentlich so eine rote Sonne/Stern oder blaue Sonne/Stern. Und wieso verhandeln die sich irgendwann? Wie zmb bei Rigel zu blau in rot?
5 Antworten
Hallo TrdLgt,
zwei Dinge sind bei Deiner Frage entscheidend:
1) Sterne sind nicht alle gleich. In welcher Farbe ein Stern am meisten Strahlung aussendet - in der Physik sprechen wir vom Strahlungsmaximum - hängt von seinen "Zustandsgrößen" ab. Das sind vor allem Masse, Temperatur, Radius,.... Besonders die Masse eines Sternes ist für das Folgende wichtig.
2) Sterne entwickeln sich tatsächlich im Laufe "ihres Lebens". Und auch hier ist die entscheidende Zustandsgröße, die den Vorgang bestimmt, die Masse, die ein Stern hat.
Ein Stern entsteht beim Schwerkraft-Kollaps einer interstellaren Gaswolke. Von einem richtigen Stern spricht man, wenn im Kern, wo Temperatur und Druck am höchsten sind, die ersten Fusionsprozesse zünden, wenn der junge Protostern also anfängt, im Kern Wasserstoff zu Helium umzuwandeln.
Die freigesetzte Energie dieser Fusion wird nach außen geleitet. Sie verhindert den weiteren Schwerkraftkollaps. Wie bei einem Ventil erreichen Sterne so ein relativ stabiles Dasein: Sinkt die Fusionsrate im Kern minimal, wittert die Schwerkraft sofort ihre Chance: Die äußeren Hüllen fallen wieder ein bissi nach innen, was den Druck und damit die Temperatur sofort im Kern wieder ansteigen lässt... und die Fusionsrate steigert. Und umgekehrt.
Je nachdem, wie viel und wie schnell der Wasserstoff umgesetzt wird, kann ein Stern so lange existieren. Ein Stern wie die Sonne zum Beispiel über mehrere Milliarden Jahre hinweg.
So weit klar?
Dann sprechen wir jetzt, bevor wir die weitere Entwicklung anschauen, erst mal über die Farbe eines Sterns, ok?
Farben sehen wir ja zum Beispiel beim Regenbogen, wenn weißes Licht aufgespalten wird. Jede Farbe hat eine andere Wellenlänge...
Jetzt ist es aber nicht so, dass ein Stern nur bei einer bestimmten Wellenlänge Licht ausstrahlt. Weiße Sterne nicht, bläuliche Sterne nicht und rötliche auch nicht. Alle Sterne strahlen bei allen möglichen Wellenlängen, selbst bei solchen, die wir nicht sehen können. Deswegen kann man sie zum Beispiel auch im Ultraviolett-, im Infrarot- oder im Radiowellenbereich untersuchen, oder im Röntgenlicht. Oder im Gammawellenbereich...
Es ist aber bei verschiedenen Sternen unterschiedlich, wie viel Strahlung bei welcher Wellenlänge ausgestrahlt wird.
Die Verteilung über die Wellenlängen folgt einer ganz charakteristischen Kurve, dem sogenannten Planckschen Strahlungsgesetz (rate mal, wer es entdeckt hat...), auch Schwarzkörpergesetz genannt. Der letztere der beiden Namen kommt daher, dass man die gleiche Verteilung über die Wellenlängen auch bei einem "Loch mit einer bestimmten Temperatur" misst: Mache in einen Kasten ein kleines Loch und erhitze dann den Kasten auf eine bestimmte Temperatur. Das Loch zeigt dann witzigerweise genau dieselbe kontinuierliche Strahlungsverteilung wie ein Stern... Das liegt daran, dass beide (der Stern und das Loch) nur emittieren, nicht absorbieren.
Jedenfalls hat die Kurve für das Plancksche Strahlungsgesetz ein Maximum. Die Lage dieses Maximums (also bei welcher Wellenlänge es liegt), ist stark temperaturabhängig. Das ist das "Wiensche Verschiebungsgesetz" (Nach einem Herrn Wien, nicht nach der Stadt benannt)
Und das liefert den Zusammenhang von Temperatur und der Farbe eines Sterns.
Hier mal ein Bild der Planckschen Strahlungsverteilung für verschiedene Oberflächentemperaturen.
Und hier
ist in logharithmischer Darstellung die Lage des Maximums in Abhängigkeit von der Temperatur eines Sterns sehr gut zu sehen.
Die hervorgehobene Kurve ist übrigens die für die Sonne. Deren Strahlungsmaximum liegt eigentlich im gelben Wellenlängenbereich; wobei unser Auge Sonnenlicht wegen der Helligkeit eigentlich als weiß empfundet. Rot ist die Sonne eigentlich nur bei Sonnenauf- oder untergang... Das ist aber ein Streueffekt in der Erdatmosphäre. (https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/himmelsblau-und-abendrot/)
Fazit so weit:
Sterne haben unterschiedliche Farben, weil sie unterschiedliche Massen haben, unterschiedliche Radien haben, und deswegen eine unterschiedliche Oberflächentemperatur. Weil bei allen Sternen die Verteilung der Intensität der abgestrahlten Energie auf die Wellenlängen einer temperaturabhängigen Formel folgt, liegt das Maximum dieser Kurve wo anders, je nachdem, welche Temperatur ein Stern hat. Kühlere Oberflächentemperatur bedeutet rötlichere Sterne, besonders heiße Oberflächentemperaturen bedeutet bläuliche Sterne.
So weit, so klar?
Dann schauen wir jetzt wieder auf die Sternentwicklung zurück. Ok?
Wir haben also einen zufriedenen Stern mit einer stabilen Umsetzung von Wasserstoff im Kern vor uns. Ok?
Je größer seine Masse, desto größer sind Druck und Temperatur im Kern... und desto schneller wird Wasserstoff zu Helium umgesetzt. Es wird mehr Energie freigesetzt, was den Stern mehr aufheizt:
Du ahnst es schon: In dieser Phase der Sternentwicklung bedeutet größere Masse eine bläulichere Farbe, eine kleinere Masse eine rötlichere Farbe.
Aber jetzt wird es gemein: Nicht alle rötlichen Sterne am Himmel haben eine kleinere Masse als die Sonne... nein, ganz und gar nicht! Und das müssen wir jetzt auch noch erklären, ok?
Das hat jetzt nämlich was mit der Sternentwicklung zu tun: Und der ganze Schlammassel passiert, wenn der Wasserstoffvorrat im Kern langsam alle wird und die Wasserstofffusion dort zusammenbricht.
Auf diesen Zeitpunkt hat die Schwerkraft Jahrmillionen oder sogar Jahrmilliarden geduldig gewartet: Und jetzt schlägt sie zu: Die Hüllen des Sterns beginnen nach innen zu fallen... aber noch hat die Schwerkraft nicht gewonnen. Es wird wieder dichter und heißer im Innern des Sterns. Und oft reicht die Masse jetzt, Temperaturen zu erreichen, die den nächsten Fusionsschritt zünden: Das Verschmelzen von Helium zu Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff. Und in einer Hülle um den Kern herum wird durch diese Fusion im Kern eine Schale weiteren Wasserstoffbrennens gezündet. Weil diese Schale jetzt näher an der Oberfläche liegt, führt das alles dazu, dass der im Todeskampf liegende Stern sich aufbläht anstatt zu kollabieren:
Jetzt werden auch relativ leichte Sterne wie die Sonne zum Roten Riesen. Rot deshalb, weil sich die Strahlungsleistung jetzt auf eine sehr viel größere Sternoberfläche verteilt. Anders als wirklich fette Sterne, die schon in jungen Jahren Riesensterne sind, ist bei diesen Sternen also die Oberflächentemperatur niedriger. Und deswegen sind sie rötlicher.
Fazit so weit: Bei der Entwicklung zum Roten Riesen verändern Sterne also ihre Farbe, weil sie auch Oberflächentemperatur und Radius verändern.
Und jetzt noch zum Abschluss ein bissi systematische Physik dazu:
Eines der wichtigsten Diagramme in der Astrophysik ist das Hertzsprung-Russel-Diagramm, in dem bei allen möglichen Sternen der Spektraltyp (in dem die Farbe drin steckt) gegen die Leuchtkraft aufgetragen ist. So schaut das aus:
https://www.leifiphysik.de/astronomie/fixsterne/hertzsprung-russel-diagramm
Wie Du siehst, sind die Sterne da nicht gleichverteilt, sondern sitzen in "Wolken" und Linien. Das liegt daran, dass wir in Stadien der Sternentwicklung, in denen ein Stern lange bleibt, mehr Sterne finden als in Stadien, durch die sich ein Stern in wenigen tausend Jahren durchentwickelt.
Das Hertzsprung-Russel-Diagramm erzählt uns also sozusagen die ganze Geschichte der Sternentwicklung, sowie die Zusammenhänge zwischen der Farbe/Spektralklasse eines Sterns und seiner Masse.
Hier
https://astro.uni-bonn.de/~deboer/sterne/hrdtxt.html
kannst Du das wirklich genau nachlesen. Vorsicht: Formeln... aber trotz der Formeln solltest Du mal ans Ende scrollen zur Überschrift "Wie wird ein Hauptreihenstern zu einem Roten Riesen?" Da siehst Du nämlich auch ein paar solcher Entwicklungslinien im HRD eingezeichnet.
Seeeeehr schön erklärt es auch der Astrophysiker Josef Gaßner in diesem Vortrag für leichte Sterne (bis etwa Sonnenmasse):
https://www.youtube.com/watch?v=pLJg3hFZZHY
Und weil da die schweren Sterne noch fehlen: Die Geschichte gibt es hier:
https://www.youtube.com/watch?v=yfsO-36j_nI
Fazit:
War die Sonne mal Blau?
Nein. Sie wird aber mal ein Roter Riese. Im Moment ist sie ein Hauptreihenstern mit Strahlungsmaximum im gelben Licht.
Ich habe gelesen, dass manche blaue Sterne wie zmb Rigel, Adhara, Alnilam und weitere sich irgendwann verwandeln in Rote Riesen.
Ja, richtig. Rigel zum Beispiel ist heute ein blauer - also massereicher - Stern links oben im HRD, (Spektraltyp B8 Leuchtkraftknapp 10^5). Auch der wird, wenn seine Wasserstoffvorräte im Kern aufgebraucht sind, in den Riesenast einschwenken. Als massereicher Stern sogar schneller als die Sonne.
Grüße
Nur sehr massereicher Sterne, und damit sehr große und sehr heiße junge Sterne, haben eine blaue Farbe. Blaue Riesen sind Hauptreihensterne, am Ende ihres Lebens werden sie zu roten Überriesen und explodieren als Supernova oder einem Gammablitz, je nach Masse. Blaue Riesen können aber auch direkt zu einer Supernova werden, was aber eher selten ist. Die Sonne war nie ein blauer Stern und wird es auch sein, dafür ist sie viel zu massearm. In ganz jungem Alter war die Sonne mehr rötlich, weil sie noch nicht die Größe und die heutige Kraft hatte, erst nach etwa 1 Milliarde Jahre nach ihrer Entstehung hatte sie etwa die heutige Größe, Kraft und Farbe. Die Sonne selbst ist ein so genannter gelber Zwerg bzw. Ein G-Stern. Blaue Riesen entstehen, wie jeder Stern auch, aus einer Gas- und Staubwolke, die sich immer mehr verdichtet. Rote Riesen und rote Überriesen sind dagegen die Endphase von Hauptreihensterne, ein roter Riese ist die Endphase eines masseärmeren Sterns und ein roter Überriese die Endphase eines sehr massereichen Hauptreihensterne, in der Regel ein blauer Riese. Unsere Sonne wird auch Mal am Ende ihres Lebens zu einem roten Riesen, aber kein roter Überriese. Rigel ist ein Mehrfachsternsystem, der Hauptstern ist ein blauer Riese, der quasi gerade zu einem roten Überriesen wird.
Meines Wissens ist die Sonne ein schwarzer Körper, der mit einem Energiemaximum im grünen Bereich strahlt. Gelb oder rot sieht sie aus, weil das blaue Licht in der Atmosphäre gestreut wird. Dies führt dazu, dass der Himmel blau ist und die Sonne gelb erscheint. Am Abend und am Morgen, wenn der Weg des Lichtes durch die Atmosphäre weiter ist, wird mehr blaues Licht weggestreut, so dass die Sonne rot erscheint.
Es gibt keine blauen Sonnen! Gibt es BlauGlut, wenn man ein Stück Eisen erhitzt?
Theoretisch kann das StrahlungsMaximum im blauen Bereich liegen, aber dann sind die Sonnen so heiß und hell, dass wir nur 'gleißend weiß' sehen würden!
Aber unsere Sonne war nie so heiß und wird es auch nicht, von einem kurzen HeliumBlitz mal abgesehen!
Unsere Sonne ist auch nicht rot, sondern weiß!
Wie schon gssagt: Sie heißen so, weil ihr StrahlungsMaximum im blauen Bereich liegt, aber sie sind so heiß und hell, dass wir sie nur als weiß sehen würden!
Die Farbe, bzw. die Spektralklasse eines Sterns, hängt von seiner Masse ab.
Sehr große Sterne erscheinen dann tatsächlich bläulich. Die sonne hat dafür aber eine zu kleine Masse.
Sterne Enstehen durch Gaswolken, die ab einer bestimmten Masse unter ihrer Eigengravitation kollabieren. Durch den hohen Druck zündet dann eine Kernfusion im Zentrum. Dieses ist auch das gravitative Zentrum, und er rest der Wolke konzentriert sich da herum.
Wenn das ganze dann im Gleichgewicht ist, also der Druck von innen und der Gravitationsdruck von außen, ist das erstmal ein stabiler Zustand und es tut sich sehr lange nichts. Irgendwann ändern sich dann aber die Fusionsprozesse und das Gleichgewicht muss sich neu bilden. Bei der Entwicklung zum roten Riesen bläht sich der Stern dadurch auf.
Das ganze ist ein riesen Thema, und kann ziemlich kompliziert werden. Wenn du darüber mehr lesen möchtest Google mal "Hertzsprung-Russel-Diagramm". Von da aus kommst du zu allen anderen wichtigen Begriffen der Sternentstehung und Sternentwicklung.
Und wie erklärst du dir dann die existierende blauen Sterne? Auch Blaue Riesen genannt?