Die Sonne ein Stern im Detail (1)

Transkript

1 Die Sonne ein Stern im Detail (1)

2 Die grundlegenden Parameter der Sonne und wie sie bestimmt werden Größe: Wenn die Entfernung der Erde zur Sonne und ihr scheinbarer Winkelfurchmesser bekannt ist, kann ihr Durchmesser ausgerechnet werden. Mittlerer scheinbarer Durchmesser: 31 59,32 (1 entspricht ca. 725 km) Durchmesser: 1,392 Millionen km (109,2 Erddurchmesser, 3,6-facher Mondabstand) Wichtige Hinweise: Der Sonnendurchmesser bezieht sich auf die Obergrenze der Photosphäre (genauer auf den radialen Abstand, wo für sichtbares Licht die optische Tiefe 1 beträgt) Der Sonnendurchmesser hängt von der Beobachtungswellenlänge ab! Ein Stern besitzt physikalisch keine Oberfläche, d.h. einen radialen Abstand, wo Temperatur oder Druck oder Dichte eine Diskontinuität ( Sprung ) aufweisen. Der Begriff Sterndurchmesser beruht auf einer Konvention

3 Die Sonne liegt in ihrer Größe im oberen Mittelfeld der Hauptreihensterne. Die meisten Sterne der Milchstraße sind massearme Rote Zwerge (von den 30 nächstgelegenen Sterne sind 20 Rote Zwerge) Es sind mittlerweile 10 Sterne in der Milchstraße bekannt, die als Sonnenzwillinge gelten. Sonnenähnliche Sterne sind nicht sonderlich häufig in der Milchstraße Größenvergleich mit einem sonnenähnlichen Stern Sonne Tau Ceti

4 Masse: Die Masse ergibt sich aus dem 3. Keplerschen Gesetz (genauer die Massensumme aus Planeten- und Sonnenmasse) Sonnenmasse: 1,989 x 10^30 kg Die Genauigkeit (d.h. der Fehler) hängt heute nur noch von der Genauigkeit der Newtonschen Gravitationskonstante ab. Mittlere Dichte: 1409 kg/m³ Schwerebeschleunigung an der Photosphärenobergrenze: 274 m/s² Entweichgeschwindigkeit Photosphärenobergrenze: 617,7 km/s Die meisten Sterne in der Milchstraße sind Sterne, deren Masse deutlich unterhalb einer Sonnenmasse liegt.

5 Leuchtkraft: Die Leuchtkraft gibt die Strahlungsleistung eines Sterns an Solarkonstante: 1,37 kw/m² Leuchtkraft: 3,853 x 10^26 W Strahlungsstrom an der Photosphärenobergrenze: 6,329 x 10^7 W/m² Scheinbare visuelle Helligkeit: -26,8 m Absolute Helligkeit: 4,8 m Effektive Temperatur: 5780 K Spektraltyp: G2V Die Leuchtkraft der Sonne ändert sich mit der Zeit. Sie hat seit ihrer Entstehung um ca. 25 bis 30% zugenommen. Sie steigt in dem Maße, wie der Bethe-Weizsäcker-Teil der Wasserstoff-Fusion effektiver wird. Wieso die Erde vor 4 Ga nicht völlig gefroren war wie ein Schneemann am Nordpol, wird als das Problem der schwachen frühen Sonne bezeichnet.

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7 Die Rotation der Sonne Die Rotation der Sonne wurde unabhängig voneinander durch Galileo Galilei und Christoph Scheiner anhand der Bewegung von Sonnenflecken über die Sonnenscheibe entdeckt (1611) Rotationsperiode: ca. 27 Tage Die differentielle Rotation der Sonne wurde erst 1859 durch R. Chr. Carrington entdeckt: Sonnenäquator ca. 25 Tage bei 45 heliographischer Breite ca. 27,5 Tage Messungen in höheren heliographischen Breiten ist schwierig, da dort keine oder nur ganz selten Sonnenflecken auftreten. Darstellung der Sonnenrotation in Scheiners rosa ursina sive sol und Anleitung, wie man die Lage des Sonnenäquators bestimmt.

8 Wie groß ist die erwartete Wellenlängendifferenz zwischen dem östlichen und westlichen Sonnenrand bei einer Rotationsdauer von 25 d am Äquator? 0,0078 nm Die Meßgenauigkeit wird durch die rotationsunabhängigen Bewegungskomponenten des Photosphärenplasmas begrenzt. Eine genaue Erklärung des breitenabhängigen Rotationsverlaufs war schwierig. Sie gelang erst durch die Interpretation helioseismologischer Messungen Prinzip der spektroskopischen Messung der Rotationsgeschwindigkeit unter Ausnutzung des Doppler-Effekts

9 Der Aufbau der Sonne

10 Die Sonnenatmosphäre

11 Strukturen in der Sonnenatmosphäre Die normale Granulation - typische Durchmesser zwischen 500 und 1500 km - polygonartige Struktur - mittlere Lebensdauer ca. 8 Minuten - radiale Strömungsgeschwindigkeit ca. 2 km/s - horizontale Strömungsgeschwindigkeit ca. 250 m/s

12 Bewegungsmuster der Sonnengranulation innerhalb von 150 Sekunden

13 Die Sonnengranulation ähnelt stark konvektiven Benard-Zellen

14 Die Meso- und Supergranulation Supergranulen - Ausdehnung ca km - mittlere Lebensdauer ca. 1 Tag - horizontale Geschwindigkeit ca. 0,4 km/s - vertikale Geschwindigkeit ca. 0,1 km/s Nur sichtbar auf a) Spektroheliogrammen b) Dopplergrammen Das Intergranulum bildet das chromosphärische Netzwerk

15 Spiculen Spiculen treten vornehmlich im Intergranulum der Supergranulation (= chromosphärisches Netzwerk) auf.

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21 Sonne 1. Oktober 2014