Im Kern der Sonne findet durch Kernfusion die Umwandlung von Wasserstoff in Helium statt. Dabei entstehen Neutrinos und hochenergetische Photonen. Während Neutrinos die Sonne innerhalb von Sekunden verlassen, benötigt die Energie der Photonen deutlich länger, um an die Oberfläche zu gelangen.
Unterschiedliche Wege für Neutrinos und Photonen
Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen, die kaum mit Materie wechselwirken. Sie können die Sonne nahezu ungehindert durchqueren und erreichen die Oberfläche in etwa zwei Sekunden. Die zurückgelegte Strecke beträgt dabei rund 696.000 Kilometer, der Radius der Sonne. Aufgrund ihrer geringen Masse bewegen sich Neutrinos fast mit Lichtgeschwindigkeit.
Photonen hingegen unterliegen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Im dichten Plasma des Sonneninneren werden sie ständig absorbiert und wieder emittiert. Dieser Prozess führt zu einer zufälligen Bewegung, die als „Random Walk“ bezeichnet wird. Die Energie der Photonen benötigt daher deutlich länger, um die Sonne zu verlassen. Schätzungen gehen von etwa 170.000 Jahren aus.
Modellrechnungen zur Energiediffusion
Die Angabe von 170.000 Jahren basiert auf Modellrechnungen der Sonne. Dabei werden Faktoren wie Dichte, Temperatur und Opazität des Sonnenmaterials berücksichtigt. Diese Parameter variieren stark mit der Tiefe. Verschiedene Modelle kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen, die zwischen 10.000 und 170.000 Jahren liegen. Die genaue Dauer hängt auch davon ab, ob die Diffusion nur durch die Strahlungszone oder bis zur Oberfläche berechnet wird.
Das Licht, das die Sonne heute verlässt, hat die Oberfläche vor etwa acht Minuten erreicht. Die darin enthaltene Energie stammt jedoch aus Fusionsprozessen, die vor Zehntausenden von Jahren im Kern stattfanden. Neutrinos hingegen liefern nahezu in Echtzeit Informationen über die aktuellen Fusionsvorgänge im Sonneninneren.
- NASA: Heliopedia
- SpaceDaily: Cecilia Payne’s 1925 thesis