7. Kapitel: Die Klimamaschine erDe

7. Kapitel: Die Klimamaschine Erde
Die Sonne, Quelle allen Lebens
Die Planeten entstanden etwa zur selben Zeit. Staubteilchen
verklumpten, zogen sich gegenseitig an und bildeten größere Massen, die Protoplaneten. Durch den Strahlungsdruck des
jungen Sterns kondensierten die schwerflüchtigen Gase in Sonnennähe, während die leichtflüchtigen vom Sonnenwind (einem
Strom geladener Teilchen, der von der Sonne ins All strömt) weggeblasen wurden. Durch dieses Modell wird auch erklärt, warum
die inneren Planeten über feste Oberflächen verfügen, während
die Oberflächen der äußeren Planeten vermehrt aus flüchtigen
Elementen und Gasen bestehen: Mit steigender Entfernung
zur Sonne nimmt auch die Intensität des Sonnenwindes ab, die
Oberflächen der Planeten sind dem Sonnenwind deshalb weniger
stark ausgesetzt.
Physik, Geographie
junge Sterne befinden. Aufgenommen wurden die Bilder vom
Hubble-Weltraumteleskop. Abbildung rechts zeigt die Illustration einer protoplanetaren Scheibe. So könnte unser Sonnensystem in sehr jungen Jahren ausgesehen haben.
ABBILDUNG 419: Illustration Protoscheibe - BILD: ESO/L. Calçada
Die Erde ist der dritte von acht Planeten in unserem Sonnensystem. Lange zählte auch Pluto dazu, seit 2006 gelten allerdings
nur solche Himmelskörper als Planeten, die über eine eigene
Umlaufbahn verfügen. Pluto ist einer von fünf Himmelskörpern,
die derzeit die Definition des Zwergplaneten erfüllen und wird
deshalb nicht in den folgenden Modellen abgebildet.
ARBEITSAUFTRAG 1: Darstellungsmodelle des Sonnensystems
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ABBILDUNG 420: Unsere acht Planeten - QUELLE und BILD: NASA
1.2 Aufbau der Sonne
!
Über 1.300-mal größer als die Erde, produziert die Sonne jede Sekunde eine Menge an Energie, die ausreichen würde, um
ganz Europa für 4 Millionen Jahre zu versorgen. Seit 4,7 Milliarden Jahren ist dieser Prozess bereits im Gang und wird noch
mehr als 5 Milliarden Jahre andauern, ehe der gesamte Brennstoff der Sonne verbraucht sein wird.
Die Sonnenmasse ist etwa 330.000-mal größer als die Masse der
Erde. Die Hälfte dieser Masse konzentriert sich im Kern der Sonne. Dort herrscht ein Druck von 200 Milliarden Bar bei über 15
Millionen Grad Celsius. Dieser Druck ist vergleichbar mit einem
Stecknadelkopf, auf dem das gesamte Gewicht der Cheops-Py-
ramide lastet. Die Temperatur beträgt etwa die 750.000-fache
Raumtemperatur. Nach außen, in Richtung Sonnenoberfläche,
nehmen Temperatur und Druck zunächst deutlich ab, bis dann
am Übergang zum Weltall in der Korona die Temperaturen wieder heftig ansteigen. Die Sonne ist wie alle Sterne eine Plas227
7. Kapitel: Die Klimamaschine Erde
Physik und Geographie
Beziehung zwischen Sonne und Erde
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makugel; sie besteht aus leuchtendem Gas. Das Magnetfeld der
Sonne verhindert weitgehend, dass das Plasma in den freien
Weltraum austritt. Dennoch entweichen Teile des Plasmas entlang der Magnetfeldlinien als Sonnenwind. Pro Sekunde verliert
die Sonne auf diese Weise etwa eine Million Tonnen ihrer Masse. 2 % der Energie des Sonnenkerns werden durch Neutrinos
(elektrisch neutrale Elementarteilchen mit sehr geringer Masse)
abtransportiert. Sie erreichen die Oberfläche der Sonne in wenigen Sekunden und treten von dort mit Lichtgeschwindigkeit ihre
Reise in das Weltall an. Die Dichte der Materie im Sonnenkern ist
etwa 1.000-mal dichter als die von Wasser; die Teilchenkonzentration ist so enorm, dass ständig Kernfusionen stattfinden. In
jeder Sekunde verschmelzen 564 Millionen Tonnen Wasserstoff
zu 560 Millionen Tonnen Helium. Die Massedifferenz von 4 Millionen Tonnen ist die Energie, die durch die Sonne jede Sekunde
freigesetzt wird.
PRÄSENTATION 2: Vier Millionen Tonnen Energie (5 Folien)
ABBILDUNG 421: Aufbau der Sonne - QUELLE: NASA - BILD: NASA, Luc Viatour
Die Energie, die im Kern der Sonne entsteht, bewegt sich in Form
von Photonen mit Lichtgeschwindigkeit nach außen. Aufgrund
der hohen Dichte im Inneren der Sonne werden die Teilchen immer wieder abgelenkt, sodass es bis zu 10 Millionen Jahre dauern kann, bis sie die Oberfläche der Sonne erreichen. Von dort
können sie ungehindert in den Weltraum entweichen. Für den
Abstand von etwa 150 Millionen Kilometern bis zur Erde benötigen sie (mit Lichtgeschwindigkeit, also 300.000 Meter pro
Sekunde) nur acht Minuten. Zu Fuß wären wir auf dieser Strecke
über 4.500 Jahre unterwegs. Apollo 11 (der erste bemannte Flug
zum Mond) hat für 350.000 km, den Weg von der Erde zum
Mond, drei Tage benötigt. Ein Raumfahrzeug wie Apollo 11 würde mit einer konstanten Reisegeschwindigkeit von 39.000km/h
für den Weg zur Sonne (auf geradlinigem Weg) etwa 160 Tage
benötigen.
ABBILDUNG 422: Erde und Sonne im natürlichen Größenverhältnis (Abstand
nicht korrekt dargestellt) - QUELLE: NASA - BILD: NASA, Luc Viatour
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PRÄSENTATION 3: Die Sonne: Stern, von dem wir leben (17 Folien)
VIDEO 1: Protuberanzen: Stürme auf der Sonne (3 min)
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2 BEZIEHUNG ZWISCHEN SONNE UND ERDE
2.1 Erdumlaufbahn
Die Erde benötigt für eine Umrundung der Sonne 365,2 Tage.
Im gregorianischen Kalender hat ein Jahr 365 Tage. Die Differenz von 0,2 Tagen wurde durch die Einführung der Schaltjahre
kompensiert. Alle vier Jahre, außer dreimal in 400 Jahren, gibt
es ein Schaltjahr, also ein Jahr, das über einen zusätzlichen Tag
verfügt, den 29. Februar. Die Umlaufbahn der Erde ist leicht elliptisch. Anfang Jänner steht sie der Sonne mit einer Entfernung
von etwa 147 Millionen Kilometer am nächsten, Anfang Juli erreicht die Entfernung zwischen Erde und Sonne mit etwa 152
Millionen Kilometer ihr Maximum. Die Jahreszeiten entstehen
nicht durch den unterschiedlichen Abstand der Erde zur Sonne,
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sondern durch die Neigung der Erdachse, um die sich die Erde
um sich selber dreht. Die Neigung bestimmt, welche Teile der
Erde zu welchem Zeitpunkt der Sonne zu- oder abgewandt sind.
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In einem Jahr legt die Erde auf ihrem Weg um die Sonne
etwa 940 Millionen Kilometer zurück, jeden Tag etwa 2,5
Millionen Kilometer. Ihre Geschwindigkeit beträgt über
100.000 km/h. Steht man am Äquator, dreht man sich mit
einer Geschwindigkeit von 1.666 km/h um die Erdachse. Je
weiter man zu den Polen kommt, desto geringer wird diese
Geschwindigkeit; an den Polen beträgt sie 0 km/h.