Bis ans Ende des Sonnensystems
Die Sonne
Im Zentrum unseres Sonnensystems befindet sich ein Stern, die Sonne. Dieser ist für das Klima und das Leben auf unserer Erde von fundamentaler Bedeutung 99,8% der Energie auf unserem Planeten stammen von ihr. Innerhalb des Milchstraßensystems ist die Sonne ein durchschnittlicher, zu den gelben Zwergen gehöriger Stern.
Die Sonne ist der beherrschende Himmelskörper in unserem Planetensystem. Sie befindet sich in einem durchschnittlichen Abstand von 149,6 Millionen Kilometern. Dies wird als Astronomische Einheit kurz AE bezeichnet. Sie besitzt eine Oberflächentemperatur von 5.778 K (5504,85 Grad Celsius). Dies ergibt eine Helligkeit von -26 mag. Mit einem Durchmesser von 1,39 Millionen km beträgt sie das 109-fache des Durchmessers unserer Erde. Im Vergleich zur Größe anderer Sterne im Milchstraßensystem ist sie jedoch nur Durchschnitt. Sie befindet sich in der etwa 11 Milliarden Jahre dauernden Hauptphase ihrer Entwicklung; ihr Alter beträgt ca. 4,57 Milliarden Jahre. Die Sonne setzt sich zu 73,5 % aus Wasserstoff und zu 25 % aus Helium zusammen. Der Rest von 1,5 Prozent umfasst die schweren Elemente, dazu gehören vor allem Eisen, Sauerstoff und Kohlenstoff. Bezogen auf die Anzahl der Atome beträgt der derzeitige Wasserstoffanteil 92% und der Heliumanteil 7,9%. Im Kern werden in der Sekunde ca. 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium fusioniert. Dadurch ändern sich die Anteile von Wasserstoff zu Helium. Durch Abstrahlung der frei werdenden Energie in Form von zb. Photonen ( Strahlungsteilchen ) hat dies einen dementsprechenden Masseverlust der Sonne zur Folge.
Der Kern: Dieser hat einen Radius von 25%, aber eine Masse von 50% der Sonne, dort werden 99% der Fusionsenergie frei, die Hälfte dieser Energie wird sogar innerhalb von nur 10 % des Radius 0,1 % des Volumens frei. Der Druck im Zentrum liegt bei 200 Milliarden Bar. und die Temperatur liegt bei 15,6 Millionen Grad Celsius.
Die Strahlungszone: Diese schließt sich direkt an den Kern an und macht 40% des Durchmessers aus, hier wird die Energie durch Vermischung von Strahlung und Plasma nach außen transportiert. Obwohl die Photonen sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, dauert der Lichtweg durch die Streuung anTeilchen des Plasmas über Zehntausend Jahre. Durch den langsamenStrahlungstransport kommt es zu Temperaturen von 15 Millionen Grad im Zentrum und 2 Millionen Grad am Rand der Strahlungszone. Die Energie der Strahlung nimmt von Röntgenstrahlung auf UV- Strahlung ab.
Die Konvektionszone: Sie bildet den Berreich auserhalb der Strahlungszone. Durch ständige Temperaturänderung werden dort gewaltige Konvektionsströme angetrieben. Dies führt zu Bildung riesiger Konvektionszellen, die nach ausen stark an Größe abnehmen. An der Sonnenoberfläche ist das Brodeln auch mit AmateurTeleskopen als Granulation erkennbar. Am Rand der Konvektionszone nimmt die Dichte stark ab, sodass die Photonen nahezu ungehindert nach außen entweichen können. Dies wird als Photosphäre bezeichnet und gilt mit einer Dicke von 300- 400 Kilometern als Oberfläche der Sonne, und wird von uns auch als die Quelle der Sonnenstrahlung wahrgenommen.
Die Chromosphäre: Über der Photosphäre erstreckt sich die Chromosphäre. Sie wird von der Photosphäre zwar überstrahlt, ist aber bei totalen Sonnenfinsternissen für einige Sekunden als rötliche Leuchterscheinung zu sehen. Die Temperatur nimmt hier auf über 10.000 Grad Celsius zu während die Gasdichte stark abfällt.
Die Korona: Über der Chromosphäre befindet sich die Korona. In ihr nimmt die Gasdichte weiter ab. Die Korona erstreckt sich je nach Sonnenfleckenzyklus um ein bis zwei Sonnenradien nach außen und stellt eine erste Übergangszone zum interplanetaren Raum dar. Durch Sonnenstrahlung, Stoßwellen und andere Wechselwirkungen wird die stark verdünnte Korona allerdings auf Temperaturen bis zu zwei Millionen Grad Celsius aufgeheizt. Die genauen Ursachen dieser Heizmechanismen sind jedoch unklar.
Quelle: Wikipedia
Der Sonnenwind
Die Sonne beeinflusst den interplanetaren Raum nicht nur durch Strahlung und Gravitation, sondern auch mit ihrem Magnetfeld und vor allem mit dem Sonnenwind. Dieser Teilchenstrom kann die Sonne mit mehreren 100 km/s verlassen und verdrängt das Interstellare Medium bis zu einer Entfernung von circa 22,5 Milliarden Kilometern (150 Astronomische Einheiten).
Der Sonnenwind ist ein Partikelstrom aus elektrisch geladenen Teilchen, ein sogenanntes Plasma, das aus Protonen, Elektronen und Alphateilchen besteht. Der Ursprung des Sonnenwindes sind die äußeren Schichten der Sonne. Er besteht aus zwei verschiedenen Komponenten: dem schnellen Sonnenwind und dem langsamen Sonnenwind. Während der schnelle Sonnenwind hauptsächlich an koronalen Löchern austritt, deren Häufigkeit in den Polregionen zunimmt, emittieren die anderen Regionen den langsamen Sonnenwind. Durch die Rotation der Sonne entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das seine Polarität ändert und elektrische Ströme erzeugt. Dies zeigt sich vor allem in der Nähe der Ekliptik als heliosphärische Stromschicht.
Durch den Strahlungsdruck des Sonnenwindes hat dieser den inneren Bereich der Heliosphäre von interstellarem Gas bereinigt, in dem er dieses einfach ins interstellare Medium zurückdrückt.
Während die sonnennahe Region durch den Sonnenwind und durch die heliosphärische Stromschicht geprägt ist, zeigen sich ab einem Abstand von ca. 100 AE auf Grund von Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem interstellaren Gas andere Phänomene. Da sich die Sonnenwinde mit einer Geschwindigkeit von mehreren hundert Kilometern in der Sekunde (langsamer Sonnenwind ca. 350–400 km/s, schneller Sonnenwind ca. 800–900 km/s) von der Sonne wegbewegen, muss es Grenzen geben, bei denen der Sonnenwind durch das interstellare Medium abgebremst wird und sich mit geringen Geschwindigkeiten in das interstellare Medium einfügt.
Quelle NASA
Der Kuipergürtel
Der Kuipergürtel ist eine ringförmige, relativ flache Region, die sich in unserem Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 55 AE nahe der Ekliptik erstreckt und tausende Objekte, darunter schätzungsweise mehr als 70.000 Objekte mit mehr als 100 km Durchmesser, enthält. In diesem Gürtel befinden sich zum einen die Kleinplaneten (Plutinos): Pluto (2320 km), Orcus (1600–1800 km), Charon (1270 km) und Ixion (400–550 km).
Die CKBOs: Makemake (1800 km), Haumea (1300 × 1800 km), Quaoar (1250 km) und Varuna (450–750 km).
Und Zuletzt dieSKBOs: Eris (2400 ± 100 km) und 2002 AW197 (890 km). Man vermutet auserdem das ein Großteil der Kometen mit mittleren Perioden aus dem Kuipergürtel stammen. Während man früher davon ausging, dass die Kometenkerne nahezu unverändert aus ihrer Bahn geworfene KBOs sind, geht man heute jedoch davon aus, dass es sich bei den Kometenkernen um Fragmente handelt, die aus Zusammenstößen von KBOs stammen.
Kuiperähnliche Staubwolke um den Stern Fomalhaut mit extrasolarem Planet Formalhaut b
Quelle: Wikipedia
Der Termination Shock
Als Termination Shock wird die erste der äußeren Grenzen des Sonnensystems bezeichnet. Die Grenze befindet sich dort, wo Partikel des Sonnenwindes durch die Wechselwirkung mit interstellaren Gas schlagartig abgebremst und aufgeheizt werden. Durch das Abbremsen von ca. 350 km/s auf ca. 130 km/s und das weitere Nachströmen von Materie verdichtet und erhitzt sich das Medium des Sonnenwindes.
Bis zu dieser Stelle bewegt sich der Sonnenwind unbeeinflusst durch den Raum, da sich Störungen der Dichte bzw. des Druckes im Plasma langsamer fortbewegen als die Strömung selbst. Die Geschwindigkeit der Dichtestörungen kann auch alsSchallgeschwindigkeit bezeichnet werden, da eine Ausbreitung von Schallwellen auch bei Gasen solch geringer Dichte wie im Falle des Sonnenwindes möglich ist. An der Stelle des Termination Shock sinkt die Strömungsgeschwindigkeit unter die zugeordnete Schallgeschwindigkeit, so dass zum ersten Mal eine Beeinflussung durch das interstellare Medium auftritt. Als Folge kommt es weiterhin zu einem deutlichen Anstieg des Magnetfeldes.
Quelle: Wikipedia
Das Heliosheath
Außerhalb des Termination Shock befindet sich das Heliosheath in dessen Bereich weiterhin Sonnenwindteilchen vorkommen, nun jedoch mit einer reduzierten Strömungsgeschwindigkeit bei höherer Dichte und Temperatur. In diesem Bereich mischen sich Sonnenwindteilchen und Partikel des lokalen interstellaren Mediums. Diese Zone ist vermutlich mehrere 10 AE groß und erstreckt sich entgegengesetzt der Eigenbewegung der Sonne in den interstellaren Raum. So kann sie in Richtung der Eigenbewegung der Sonne nur 10 AE dick sein, während sie in entgegengesetzter Richtung eine Dicke von 100 bis 150 AE aufweisen kann. Gegenüber der Lage der übrigen Zonen des Sonnensystems befindet sich das Heliosheath somit zwischen dem sonnennäheren Kuipergürtel und der Oortschen Wolke ganz außen. Der äußere Rand des Heliosheath bildet die Heliopause.
Bow Shock
Als Bow Shock bezeichnet man die Auswirkungen der Dichteveränderungen im interstellaren Medium auf Grund der Einwirkung der Heliosphäre auf das interstellare Gas. Durch die Eigenbewegung der Sonne durch das im Vergleich zur Sonnenbewegung ruhende Gas trifft unaufhörlich interstellare Materie auf die Heliosphäre. Dadurch erhöht sich der Druck in der Frontalregion wodurch sich, ähnlich einer Bugwelle eines Schiffes, eine Dichtewelle formt.
Durch die Verdichtung der interstellaren Materie erhitzt sich diese, was durch Infrarot-Teleskope nachweisbar ist..Auf dem Bild zu sehen ist ein Bow Shock hervorgerufen durch einen Materiestrom, der auf einen Stern im Sternbild Orion trifft. Der stellare Partikelstrom, der vom Stern ausgeht, trifft auf das auf den Stern strömende Gas und es formt sich eine gut zu sehende Bugwelle. Wenngleich Bow Shocks bei vermutlich jedem Stern zu finden sind, zeigen sie sich jedoch nicht so deutlich wie bei dem Beispiel am Stern im Orion, sondern sind lediglich im Infrarot sichtbar.
Quelle: Wikipedia
Die Oortsche Wolke
Die Oort’sche Wolke manchmal auch als Zirkumsolare Kometenwolke bezeichnet, ist eine bisher nicht sicher nachgewiesene Ansammlung astronomischer Objekte im äußersten Bereich unseres Sonnensystems. Die Wolke wurde 1950 vom niederländischen Astronomen Jan Hendrik Oort als Ursprungsort der langperiodischen Kometen vermutet. Der Theorie nach umschließt die angenommene Wolke die übrigen Zonen des Sonnensystems schalenförmig in einem Abstand zur Sonne von bis zu 100.000 Astronomischen Einheiten, die rund 1,6 Lichtjahren entsprechen. Im Vergleich dazu ist der nächste Stern Proxima Centauri 4,2 Lichtjahre und der sonnenfernste Planet Neptun 30 AE von der Sonne entfernt. Die vom Sonnenwind maßgeblich durchströmte Heliosphäre hat einen geschätzten Radius von etwa 110 bis 150 AE. Schätzungen der Anzahl der Objekte liegen zwischen 100 Milliarden und einer Billion. Vermutlich geht die Oort’sche Wolke kontinuierlich in den Kuipergürtel über, dessen Objekte allerdings gegen die Ekliptik konzentriert sind. Die Wolke besteht nach heutiger Auffassung aus Gesteins-, Staub- und Eiskörpern unterschiedlicher Größe, die bei der Entstehung des Sonnensystems und dem Zusammenschluss zu Planeten übrig geblieben sind. Diese sogenannten Planetesimale wurden von Jupiter und den anderen großen Planeten in die äußeren Bereiche des Sonnensystems geschleudert. Durch den gravitativen Einfluss benachbarter Sterne wurden die Bahnen der Objekte mit der Zeit so gestört, dass sie heute nahezu in einer Schale um die Sonne herum verteilt sind. Wegen der weit größeren Entfernung zu den Nachbarsternen sind die Objekte der Oort’schen Wolke trotz ihres relativ großen Abstandes zur Sonne gravitativ an diese gebunden, also feste Bestandteile des Sonnensystems.
Quelle: NASA
Die Lokale Flocke
Die Lokale Interstellare Wolke, mitunter auch Lokale Flocke genannt, ist eine Wolke aus interstellarer Materie, die derzeit von der Sonne und ihrem System durchwandert wird. sie befindet sich innerhalb der Lokalen Blase, einer Region der Milchstraße mit wenig interstellarer Masse. Die Wolke hat einen Durchmesser von knapp 30 Lichtjahren (zum Vergleich: Durchmesser der Milchstraße ca. 100.000 Lj). In ihr befinden sich durchschnittlich 0,26 Atome pro Kubikzentimeter, bei variierender Teilchendichte. Die Temperatur der Wolke beträgt etwa 6000 °C, also etwas heißer als etwa an der Oberfläche der Sonne.
Quelle: Wikipedia
Die Lokale Blase
Die Lokale Blase ist ein weitgehend staubfreies Raumgebiet die mitunter von unserem Sonnensystem seit mehreren Millionen Jahren durchquert wird. Die interstellare Materie in diesem Gebiet besteht aus zwei Komponenten, zum einen aus neutralem Wasserstoff mit einer Dichte von 0,05 bis 0,07 Atomen pro Kubikzentimeter, zum anderen aus einem sehr dünnen und heißen Plasma mit einer Dichte von 0,001 bis 0,005 Atomen pro Kubikzentimeter und einer Temperatur von 1,4 Millionen Grad Celsius. Dieses Plasma ist verantwortlich für den größten Teil der Röntgenhintergrundstrahlung.
Quelle: Wikipedia