Sterne

Was sind Sterne?

Du kennst Sterne als helle Himmelskörper in unserem Nachthimmel. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie von selbst leuchten. Aber auch tagsüber lässt sich ein Stern beobachten: die Sonne. 

Sterne entstehen aus riesigen Gaswolken. Hierbei spielt die Massenanziehung eine große Rolle. Sie sorgt dafür, dass Massen sich gegenseitig anziehen. Je größer die Masse ist, desto größer ist auch die Anziehungskraft. Durch die Kraft der Massenanziehung — also der Gravitation — verdichten sich die Gaswolken immer mehr und werden zu massiven Kugeln. Im Inneren entsteht ein großer Druck. Er sorgt dafür, dass sich die Gasteilchen verbinden. Dabei wird eine Menge Energie freigesetzt, die der Stern unter anderem als Licht nach außen abstrahlt. 

Wie entstehen Sterne?

Sterne bestehen größtenteils aus Wasserstoff. Den findet man im Weltall in Form von riesigen Gaswolken. Die Entstehung eines Sterns beginnt, wenn die Gasteilchen anfangen, sich zu verdichten. Das passiert wegen der Massenanziehung, also der Gravitationskraft, die für die Anziehung zwischen zwei Massen verantwortlich ist. 

Sobald sich im Zentrum der Wolke viele Wasserstoffteilchen ansammeln, werden weitere Gasteilchen umso mehr davon angezogen. Das liegt daran, dass das Wolkeninnere durch die vielen Teilchen immer schwerer wird. Dadurch steigt die Gravitationskraft, die auf die äußeren Wasserstoffteilchen wirkt.

Je mehr Gas angezogen wird, desto schwerer wird das Wolkenzentrum und desto größer wird seine Anziehungskraft auf weitere Teilchen. Im Laufe der Zeit verdichtet sich die Wolke so zu einer Gaskugel. Durch die hohe Masse der Wasserstoffteilchen, die von der Gravitationskraft immer weiter ins Kugelinnere gezogen werden, erhöht sich dort der Druck.

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Mit dem Druck steigen auch die Temperaturen im Kern der Wasserstoffkugel. Der Massendruck ist dort so enorm hoch, dass die Temperaturen auf etwa 10 Millionen Grad Celsius steigen. Bei solchen Temperaturen fangen die Wasserstoffteilchen an, miteinander zu verschmelzen. Dabei setzt sich Strahlung frei, die der Gravitationskraft entgegenwirkt. Die Kugel wird also nicht weiter zusammengepresst. Das ist der Zeitpunkt, ab dem du von einem Stern sprichst. 

Gut zu wissen: Die Verdichtung der Gaswolke dauert meist etwa 10 bis 15 Millionen Jahre. Häufig entsteht dabei nicht nur ein Stern, sondern die Wasserstoffteilchen sammeln sich an mehreren Stellen in der Wolke. So bilden sich Doppel- oder Mehrfachsternsysteme.

Warum leuchten Sterne?

Der Druck und die Temperaturen im Kern des Sterns sind also so hoch, dass die Wasserstoffteilchen miteinander verschmelzen. Genau genommen läuft aufgrund der hohen Energie ein Prozess ab, den du Kernfusion nennst. 

Dabei werden jeweils vier Wasserstoffteilchen zu einem Heliumteilchen. Bei dem Vorgang wird eine Menge Energie freigesetzt, die der Stern in Form von Strahlung abgibt. Bei unserer Sonne ist das vor allem sichtbares Licht, aber auch ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) und Strahlung im Infrarot-Bereich. 

Die Verschmelzung der Wasserstoffteilchen setzt also die Energie frei, die du nachts in Form des Lichts der Sterne und tagsüber als Sonnenlicht sehen kannst. 

Übrigens: Die Sterne selbst flackern nicht. Das Funkeln, das du bei Beobachten der Sterne wahrnehmen kannst, wird durch die Erdatmosphäre erzeugt. Sie bricht das Licht der Sterne und erweckt so den Eindruck, dass sie ihre Helligkeit ändern. 

Die Sterne am Himmel

Die Sterne, die mit bloßem Auge an unserem Nachthimmel zu erkennen sind, sind alle Teil der Milchstraße. Das ist die Galaxie, in der sich auch unser Sonnensystem befindet. Eine Galaxie ist eine von der Schwerkraft zusammengehaltene Ansammlung von Sternen, Planeten und anderen Himmelskörpern. Je nach den Bedingungen kannst du 3000 bis 6000 der mindestens 100 Milliarden Sterne unserer Galaxie erkennen. 

Wie groß ein Stern ist, wird meist im Vergleich zum Radius der Sonne R_☉ angegeben. So gibt es Sterne, deren Größe nur ein Zehntel der Sonne beträgt. Die Größe mancher Sterne übersteigt allerdings das 2000-fache des Sonnenradius. Zum Vergleich: Die Erde ist 109-mal kleiner als die Sonne.

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Wie viele Sterne es im ganzen Universum gibt, kann nur geschätzt werden. Du kannst davon ausgehen, dass das Universum etwa 70 Trilliarden Sterne beherbergt. Das sind: 

Merke: Planeten und Sterne sind nicht das gleiche. Der wichtigste Unterschied liegt darin, dass Sterne von selbst leuchten. In Planeten dagegen gibt es keine Kernfusion, sie leuchten also nicht. Wenn du einen Planeten — wie zum Beispiel die Venus — hell erleuchtet am Nachthimmel entdeckst, liegt das daran, dass sie von der Sonne angestrahlt werden.

Entwicklung der Sterne

Ist ein gewisser Teil des Wasserstoffs in einem Stern aufgebraucht, stoppt die Kernfusion im Inneren. Der Strahlungsdruck verschwindet und kann der Gravitationskraft nicht mehr entgegen wirken. Deswegen sorgt die Anziehungskraft wieder dafür, dass sich der Stern zusammen zieht. 

Das weitere Leben des Sterns hängt nun von seiner Masse ab. Ist er nicht schwer genug, wirkt die Gravitationskraft ungebremst und er schrumpft. Als weißer Zwerg verglüht der Stern und hat damit sein Endstadium erreicht.

Bei schweren Sternen wird der Druck beim Zusammenziehen wieder so groß, dass die Temperaturen enorm steigen. Dadurch kommt es erneut zu einer Kernfusion, nun aber mit dem Helium, das bei der Verschmelzung von Wasserstoff entstanden ist. Das nennst du Heliumbrennen. Dabei entsteht Sauerstoff und Kohlenstoff. Durch die hohe Energie, die dabei frei wird, bläht sich der Stern auf und wird zu einem roten Riesen. 

Sobald auch das Helium verbraucht ist, werden die meisten solcher Sterne ebenfalls zu weißen Zwergen. Die massereichen Sterne hingegen durchlaufen den gleichen Prozess wie vor dem Heliumbrennen. Diesmal endet er hingegen in der Kernfusion von Kohlenstoff. 

Der Vorgang wiederholt sich immer wieder: Massearme Sterne ziehen sich zusammen, verglühen und werden zu weißen Zwergen. Die schweren Sterne dagegen starten eine Kernfusion nach der anderen. Nach dem Wasserstoff-, Helium- und Kohlenstoffbrennen folgen das Neon-, Sauerstoff- und Siliciumbrennen. 

Ab dem Punkt ergeht es allen Sternen gleich. Sie ziehen sich auf eine minimale Größe zusammen und explodieren anschließend. Das enorm helle Aufleuchten der durch das All fliegenden Sternteile nennst du Supernova. Was übrig bleibt, ist je nach Masse ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch.

Himmel tagsüber und nachts

Über den Nachthimmel weißt du jetzt also bestens Bescheid. Tagsüber allerdings sieht der Himmel ganz anders aus. Um zu erfahren, warum er am Tag blau oder manchmal sogar rot oder grau ist, sieh dir unser Video an.