Woraus die Sonne besteht und wie sie arbeitet

Woraus die Sonne besteht und wie sie arbeitet.

Von Dr. Hermann J. Klein.

Das glänzende Tagesgestirn hat von jeher die Aufmerksamkeit der denkenden Menschen auf sich gezogen, wenngleich freilich die Resultate, zu welchem man bezüglich des Wesens der Sonne gelangte, bis zum Anfange des siebzehnten Jahrhunderts nichts als Phantasie waren. Die griechischen Weisen haben bezüglich der Sonne nur thörichte Aussprüche gethan; ein Anaximander hielt sie für eine kreisrunde Oeffnung im Himmelsgewölbe, durch welche die feurige Sphäre scheint; Epicur glaubte das Richtige zu treffen, wenn er die Sonne für ein Feuer ansprach, das Morgens angezündet und Abends wieder gelöscht würde; Andere ergänzten diese Meinung sehr unglücklich dadurch, daß sie behaupteten, das Auslöschen der Sonne geschehe im großen Flusse Okeanos, der die Erde umkreist und hinter den hyperboreischen Bergen herumfließt. Dieses Verlöschen und Anzünden haben sich die Epicuräer jedenfalls als eine äußerst einfache Sache gedacht, denn sie legten der Sonne einen Durchmesser von einem Fuß bei. Anaxagoras glaubte schon sehr weit zu gehen, als er die Sonne für so groß erklärte wie der Peloponnes, die heutige Halbinsel Morea.

Mancher Leser wird sich dieser wunderlichen Ansicht aus seiner Jugendzeit noch erinnern, denn sie kam in allerhand Wendungen unter den Uebungsbeispielen der lateinischen Grammatik vor. Ein Satz, in welchem die wirkliche Größe der Sonne angegeben wurde, fand sich dagegen unter diesen Beispielen nicht. Ich will dieses Versehen hier gleich nachholen und bemerken, daß die Sonne im Durchmesser 108mal, in der Oberfläche 11,600mal und im körperlichen Inhalte, im Volumen, 1,250,000mal unsere Erde übertrifft. Sehr viele Anhänger Epicur’s werden sich über die Zahlen wundern, besonders wenn sie hören – was noch nicht ganz allgemein bekannt ist –, daß unsere Erde ebenfalls eine respectable Größe besitzt und ihre Oberfläche zum Beispiel 9,260,000 Quadratmeilen umfaßt. Diese Zahl also mit 11,600 multiplicirt, giebt die Anzahl der Quadratmeilen, welche die Sonnenoberfläche umfaßt. Nichts ist einfacher als die Begründung dieser Angaben, der Nachweis, daß sie nicht willkürlich sind und etwa die Sonne auch halb so groß angenommen werden könnte, wie Mancher vielleicht denkt. Ich kann mich indeß mit diesem Beweise hier nicht aufhalten; wer sich dafür interessirt, kann ihn in meiner „Populären astronomischen Encyklopädie“ (Berlin, 1871) nachschlagen. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die ungeheure Größe des Sonnenballes durch einen Vergleich mit irdischen Dingen in kleineren Dimensionen zu versinnlichen und dem Vorstellungsvermögen zu Hülfe zu kommen. Nach meiner Meinung versinnlicht folgender Vergleich am besten die jeder Vorstellung spottende ungeheuere Größe der Sonne. Der Mond ist ein Weltkörper wie unsere Erde und umkreist dieselbe in einer solchen Entfernung (51,800 Meilen), daß selbst die schärfsten Ferngläser Objecte an seiner Oberfläche von der Größe der Cheops-Pyramide oder des Kölner Doms nicht mehr unterscheiden lassen. Wäre aber die Sonne hohl und befände sich die Erde im Mittelpunkt derselben, so könnte der Mond ungehindert in dem hohlen Sonnenballe die Erde umkreisen, ja er könnte beinahe noch einmal so weit entfernt sein, als er in der That ist, und dennoch innerhalb der hohlen Sonnenkugel seine Bahn um die Erde vollführen.

Was ist nun dieser ungeheure Ball? In welchem Zustande befindet er sich und aus welchen Stoffen besteht er?

Diese Fragen sind schon seit Jahrtausenden aufgeworfen worden; aber ihre Beantwortung ist erst dem vergangenen Jahrzehnt gelungen. Man ließ sich lange Zeit hindurch und beim gänzlichen Mangel einer bessern Führerin ausschließlich von der Analogie leiten und meinte unsere irdischen Zustände auch drüben, in einer ganz andern Welt, wiederfinden zu müssen. Ohne daß man es direct aussprach, hielt man doch daran fest, daß die Bewohnbarkeit der Weltkörper durch menschenähnliche Bewohner ein Princip sei, das man unter Umständen anwenden könne. Noch im Jahre 1851, kurz vor seinem Tode, sagte Arago, den man damals für das Nonplusultra alles astronomischen Wissens ansah: „Wenn man einfach die Frage stellte: Ist die Sonne bewohnt? so würde ich antworten, daß ich darüber nichts wisse. Wenn man mich aber fragt, ob die Sonne mit Wesen bewohnt sein kann, welche eine ähnliche Organisation besitzen wie die, welche unsere Erde bevölkern, so werde ich nicht anstehen, eine bejahende Antwort zu ertheilen.“ Das war auch die Meinung von Humboldt.

Man glaubte bis zur Mitte der sechsziger Jahre fast allgemein, die Sonne sei an und für sich eine dunkle Kugel wie unsere Erde, mit Bergen und Thälern, Seen und Flüssen wie diese. Gleich unserer Erde sei sie auch von einer Atmosphäre umhüllt, die sich natürlich weiter in die Höhe erstrecke als unser dunstiger Luftkreis. Während wir nun meist trübes Gewölk hoch über uns erblicken und bisweilen eine graue Wolkendecke den ganzen Himmel überzieht, sollte die Sonne beständig von einer strahlenden Lufthülle umgeben sein, die, wolkenartiger Natur, ihren Sitz ein paar hundert Meilen über der eigentlichen Sonnenoberfläche habe. Diese Lichthülle oder Photosphäre dachte man sich als die Spenderin des Lichtes und der Wärme. Ja, es wurde sogar die Meinung ausgesprochen, die Sonne sei möglicher Weise an und für sich ganz kalt und nur leuchtend, die Wärme entstehe erst auf der Erde, wo diese von den Sonnenstrahlen getroffen werde. Von der Unrichtigkeit einer solchen Vorstellung kann man sich einen annähernden Begriff machen, wenn man erwägt, daß, wie die mechanische Wärmetheorie und das Gesetz von der Erhaltung der Kraft mit positiver Gewißheit ergeben, auf dem ganzen Erdboden keine Wärme vorhanden ist, die nicht ursprünglich, vielleicht vor Millionen von Jahren, in der Sonne geruht hat und mit den Sonnenstrahlen herabkam, daß ferner die Wärme, welche unsere Maschinen treibt, genau denselben Ursprung hat, daß dieses nicht minder für unsere Körperwärme gilt, ja, daß die Wärme, welche wir bei der geringsten Bewegung verbrauchen, ein Geschenk der Sonne ist und umgekehrt ohne diese Wärme keine Bewegung möglich wäre.

Wir haben wirklich bis vor Kurzem gar nicht geahnt, in welcher Abhängigkeit wir von der Sonne sind, oder vielmehr von der Wärme, die sie ununterbrochen ausstrahlt. In dieser Beziehung hat erst der Heilbronner Arzt Robert Mayer die Welt von sehr unrichtigen Vorstellungen geheilt.

Wer will sie schätzen, die Summe von Arbeit, die tagtäglich auf der Erde geleistet, die Menge von Kraft, die jeden Tag verbraucht wird! Die gewaltige Woge des Meeres, wie die plätschernde Welle am Strande, bewegt sich nicht aus sich selbst, sondern bedarf eines Impulses dazu; dies ist einleuchtend. Und wo ist dieser Impuls zu suchen? Nur in der Bewegung der Luft. Der Sturm ist es, welcher die See aufwühlt und die Wogen donnernd gegen die Ufer wirft. Aber wodurch entsteht die Bewegung der Luft? Aus keiner andern Ursache als aus der ungleichen Erwärmung. Das Aufsteigen der heißen Luftmassen am Aequator und ihr Herabfließen gegen die Pole hin, die Strömungen der kälteren Luftmassen nach den heißen Gegenden, alle diese Bewegungen sind nur durch Wärmeverbrauch möglich und bei absolutem Wärmemangel würden sie so wenig eintreten können, als überhaupt irgend ein gasförmiger Körper alsdann existiren konnte.

Ich nehme ein Stück Eis, mache eine Höhlung in dasselbe und bringe in diese Höhlung die Kugel eines Thermometers. Dasselbe zeigt fünf oder beliebig viel Grad Kälte an. Jetzt führe ich dem Eise Wärme zu, das Thermometer fängt an langsam zu steigen; nun zeigt es Null Grad, steht auf dem Gefrierpunkte, und indem ich die Wärmezufuhr fortsetze, beginnt das Eis zu schmelzen. Immer mehr des Eises schmilzt, aber mein Thermometer bleibt unverrückt auf Null Grad stehen. Wo bleibt die Wärme, die ich dem Eise ununterbrochen zuführe? Sie wird verbraucht, indem sie das Eis in Wasser auflöst – es bleibt nichts davon übrig, um auf das Thermometer einzuwirken. Endlich ist das ganze Eisstück geschmolzen; ich fahre fort Wärme zuzuführen, und siehe! das Thermometer fängt an zu steigen. Es steigt immer mehr und mehr. Endlich zeigt es hundert Grad Wärme und gleichzeitig beginnt das Wasser sich in Dampf zu verwandeln. Ich fahre vor wie nach fort Wärme herbeizuführen, allein mag ich das Feuer unter dem Gefäße, in welchem sich das Wasser befindet, auch noch so sehr anfachen, das Thermometer in dem siedenden Wasser ist und bleibt auf hundert Grad Wärme stehen. Wo bleibt nun die zugeleitete Wärme? Sie wird jetzt zur Dampfbildung verbraucht und giebt den Dämpfen Spannkraft. Wird dem Dampfe die Wärme auf irgend eine Weise wieder entzogen, so stürzen die Molecüle desselben mit einer gewissen Kraft aufeinander, und diese ist genau derjenigen gleich, welche früher zu ihrer Trennung angewandt wurde, und sie liefert ganz genau die gleiche Wärmemenge, die früher zur Verdampfung aufgewendet wurde. Der gasförmige und der flüssige Zustand der Körper sind, wie sich leicht begreift, blos vorübergehende Zustände, welche durch die Wärme bedingt werden und mit dieser schwinden, der feste Zustand ist der ursprüngliche und wahre der Materie. Um den gasförmigen und flüssigen Zustand dauernd zu erhalten, dazu gehört für die ganze Erdoberfläche eine enorme Wärmemenge, und die Sonne ist es, welche diesen täglichen Bedarf liefert. Jeden Augenblick verliert die Erde Wärme durch Ausstrahlung gegen den kalten Weltraum, und es würde sehr bald mit ihrem Wärmevorrath am Ende sein, wenn die Sonne nicht ununterbrochen neue Wärme spendete.

Es ist eine interessante Frage: wie groß die Wärmemenge ist, welche die Sonne täglich auf die Erde herabsendet. Man hat diese Frage beantwortet, indem man die Wärmestrahlung der Sonne auf einem bestimmten Raume und in einer bestimmten Zeit maß. Auf diese Weise ergab sich, daß die täglich von der Sonne auf die Erde treffenden Wärmestrahlen hinreichen würden, einen Eisklumpen von 92 Billionen 600,000 Millionen Cubikmeter zu schmelzen. Dieser Eisklumpen entspricht einem massiven Block von 61/7 Meilen Länge, 61/7 Meilen Breite und 61/7 Meilen Höhe. Um sich von dieser Wärmequantität einen annähernden Begriff zu machen, will ich Folgendes bemerken. Wenn die Sonnenwärme, welche die Erde trifft, einzig dazu verwendet würde, das Meerwasser in Dampf zu verwandeln, und wenn dieser Dampf jedesmal entfernt werden könnte, so daß er bei seiner Erkaltung und Condensation nicht wieder auf den Erdboden zurückkäme, so würde die Sonnenwärme in etwa tausendsechshundert Jahren den ganzen Ocean, überhaupt alles Wasser auf der ganzen Erdoberfläche verdampfen. Man kann die Arbeitsgröße dieser Wärmemenge in Pferdekräften ausdrücken, und es ergiebt sich hierbei, daß die Sonne in jeder Minute eine Kraftmenge zur Erde sendet, welche der Arbeitskraft von 220 Billionen einpferdiger Dampfmaschinen gleichkommt, und von dieser Kraft wird hier unten alle Bewegung bestritten.

Ein ganz ansehnliches Budget, wie man gestehen muß, und doch ist es blos diejenige Quote, welche die Erde für sich bezieht! Außer dieser wollen aber auch noch andere Planeten ihren Theil Sonnenwärme haben, und erhalten ihn wirklich. Zuletzt wird – nach unseren beschränkten Begriffen zu urtheilen – im Haushalte der Sonne eine grenzenlose Verschwendung getrieben. Denn noch nicht der millionste Theil der ganzen von der Sonne ausgeschickten Wärme kommt einem Planeten zu Gute; die ganze übrige Menge geht in den kalten und leeren Weltraum hinaus, zu welchem Zwecke, das weiß man noch nicht. Was unsere Erde anbelangt, so empfängt sie von der ganzen jährlichen Sonnenausgabe eigentlich nur eine sehr magere Tantième, nämlich blos den dreiundzwanzig millionsten Theil von Einem Procent! Unser armer Erdball sitzt also keineswegs im Verwaltungsrathe des Sonnensystems.

Wie ich bereits bemerkte, hat die Verschwendung der Sonnenwärme bereits seit Millionen von Jahren in dem enormen Maßstabe, den ich eben bezeichnete, angedauert, und gegenwärtig deutet auch eigentlich noch gar nichts darauf hin, daß die Wärmeausgaben der Sonne in den nächsten Jahrhunderttausenden eingestellt würden. Es entsteht daher die Frage nach dem Capitale, von dem die Sonne ihre kolossalen Ausgaben Jahr für Jahr bestreitet. In dieser Hinsicht hat es der Wissenschaft viele Mühe gekostet, hinter den dichten Schleier, mit dem die strahlende Sonne ihr ganzes Thun und Treiben verbirgt, zu kommen und die Quelle zu entdecken, aus der die immensen Ausgaben bestritten werden.

Ich will mich nicht damit aufhalten, die Irrwege aufzuzählen, auf die man früher bezüglich der Quelle der Sonnenwärme gerathen ist, sondern gleich bemerken, daß die Entwickelungsgeschichte der Sonne die Antwort auf die Frage nach dem Ursprunge der Sonnenwärme enthält. Die Naturgeschichte der Sonne enthält den Ursprung ihrer Wärme und ihres Lichtes.

Versuchen wir, einen Blick auf diese Geschichte der Sonne zu werfen. Zu diesem Ende müssen wir uns zurück versetzt denken in eine Vergangenheit, in welcher von unserem Erdballe, vom Monde und von allen Planeten noch keine Spur vorhanden war; vielleicht war damals sogar der ganze Sternenhimmel, der sich allnächtlich über uns aufspannt, auch noch nicht vorhanden. Alle Körper, welche heute unser Sonnensystem zusammensetzen, bildeten damals einen ungeheuren glühenden Nebelball von mehreren tausend Millionen Meilen Durchmesser. Der Kern dieses Nebelballes ist unsere heutige Sonne; die Planeten, die Erde selbstredend mit ihnen, sind die äußersten Theile dieses Balles, und wenn man bedenkt, daß unsere Erde gegenwärtig längst erkaltet ist, so weiß man von selbst, daß zwischen dem Damals und dem Heute ein Zeitraum von ungeheurer Länge verflossen sein muß. Ich habe, auf gewisse physikalisch-astronomische Thatsachen gestützt, eine Zahlenangabe für die Dauer dieses Zeitraumes zu gewinnen versucht und kann diese Dauer hiernach nicht unter einigen tausend Millionen Jahre schätzen. Auf ein paar Millionen Jahre mehr oder weniger kommt’s, glaube ich, sicherlich nicht an.

Die Sonne hat während dieser ganzen Zeit ununterbrochen geleuchtet und Wärme ausgestrahlt, aber ihre ursprüngliche Gluth heute bei Weitem noch nicht ganz eingebüßt. Gegenwärtig noch ist die Sonne nichts als ein ungeheurer Gluthball, in welchem sich alle Stoffe theils in glühend-flüssigem, theils glühend-gasförmigem Zustande befinden. Die Spectralanalyse hat es ermöglicht, diese Thatsachen festzustellen und zwar mit einer Gewißheit, die jeden Zweifel ausschließt. Wenige wissenschaftliche Entdeckungen haben in solchem Grade die allgemeinste Aufmerksamkeit erregt, wie diejenigen, welche mittels der Spectralanalyse gewonnen wurden. Für diese Methode der Beobachtung scheint der Raum und die Trennung der Körper nicht zu existiren; es bleibt sich gleich, ob der untersuchte Gegenstand in zehn Fuß Abstand vom Beobachter sich befindet, oder ob seine Entfernung zehntausend Millionen oder hunderttausend Milliarden Meilen beträgt. Die ungeheure Entfernung der Sonne von der Erde – sie beträgt zwanzig Millionen deutsche Meilen –, welche bisher ein unübersteigliches Hinderniß genauerer Untersuchung war, ist für die Methode der Spectralanalyse nicht vorhanden. Wir untersuchen die glühende Materie der Sonne mit genau der nämlichen wissenschaftlichen Sicherheit, als wenn wir eine kleine Quantität derselben im Laboratorium behandeln könnten.

Es ist interessant, die Stoffe kennen zu lernen, welche hauptsächlich die Zusammensetzung des glühenden Sonnenballes bilden. Die Untersuchungen in dieser Beziehung sind noch nicht abgeschlossen; ich will daher blos bemerken, daß man bis jetzt folgende chemische Elemente in der Sonnenatmosphäre als vorhanden nachgewiesen hat, alle in glühend gasförmigem Zustande: Aluminium, Barium, Calcium, Chrom, Eisen, Kobalt, Kupfer, Magnesium, Mangan, Natrium, Nickel, Titan, Wasserstoff, Zink; dagegen sind Gold, Silber, Quecksilber etc. in für uns noch wahrnehmbarer Menge auf der Sonne nicht vorhanden. Diese Körper, die sich auch auf anderen Fixsternen nicht finden, scheinen also überhaupt in der Welt zu den seltneren zu gehören und sind es nicht allein auf unserer Erde. Man braucht nicht viel Einbildungskraft dazu, um sich vorzustellen, daß auf der Sonne eine ganz ungeheure Gluth herrschen muß, wenn die genannten Metalle dort als glühende Gase existiren. Und dies gilt blos von der Sonnenatmosphäre, die auf jeden Fall beträchtlich weniger heiß sein muß als der eigentliche Sonnenball. Alle Versuche, welche man bis jetzt angestellt hat, durch directe Messungen die Temperatur der Sonne zu ermitteln, sind fehlgeschlagen; diese übersteigt bei Weitem alle Hitzegrade, welche wir künstlich darstellen können. Auf dem Wege der Rechnung hat man dagegen gefunden, daß an der Sonnenoberfläche mindestens siebenundzwanzigtausend Grad Hitze herrschen müssen. Das ist eine Temperatur, gegen welche die Gluth unserer Eisenschmelzen wie ein angenehmes Frühlingslüftchen erscheint, und doch würde man irren, wenn man der Sonne im Ganzen blos den angegebenen Hitzegrad zuschreiben wollte. Wie groß die Gluth im Innern des Sonnenkörpers ist, das entzieht sich nachgerade aller Schätzung. Sie ist dort so ungeheuer, daß alle Substanzen daselbst nur im Zustande glühender Glase existiren könnten, wenn nicht der kolossale Druck, welcher auf diesen glühenden Gasmassen lastete, sie zu glühender Flüssigkeit zusammenpreßte. Deshalb ist auch der ganze Sonnenkern eine ungeheure glühend flüssige Kugel, umhüllt von einer glühend-gasförmigen Atmosphäre. In den oberflächlichen Theilen der glühend-flüssigen Sonnenkugel entstehen bisweilen blasenartige Hohlräume, und in diesen sammelt sich glühendes Wasserstoffgas an. Von Zeit zu Zeit brechen diese Massen unter gewaltigem Drucke fontainenartig hervor und erheben sich bis zu zwanzig- und dreißigtausend Meilen Höhe in die Sonnenatmosphäre. Das sind die so viel genannten und doch im Ganzen noch so wenig gekannten Protuberanzen. Viele von ihnen lodern in einer Ausdehnung und Höhe auf, daß sie die ganze Erdkugel, wenn man sie in diese glühenden Gasmassen hineinwerfen könnte, so aufnehmen würden, wie die Flammen eines Schmiedefeuers eine Nuß.

Die Geschwindigkeit, mit welcher die glühenden Massen emporgeschleudert werden, beträgt viele Meilen in der Secunde und aus den Bewegungen, welche dieselben dem Auge des Beobachters darbieten, muß man schließen, daß in der glühenden Sonnenatmosphäre Wirbelstürme von solchen Dimensionen und von solcher Heftigkeit vorkommen, wie man sie sich auf der Erde schon aus dem Grunde gar nicht vorstellen kann, weil unser Erdball viel zu klein ist, um ein Analogon dazu bieten zu können. Wenn unsere ganze Erde in einen solchen Wirbelsturm geriethe, so würde sie umhergeworfen, ähnlich einer Schneeflocke, die hienieden der Nordwind jagt. Macht doch unsere ganze Erde nicht den dreihundertzwanzigtausendsten Theil der Sonnenmasse aus, das heißt dreihundertzwanzigtausend Erdkugeln würden der Sonnenkugel an Gewicht kaum gleich kommen.

Die Sonnenflecke sind wahrscheinlich wolkenförmige oder schlackenartige Abkühlungsproducte, die bald wieder von der glühenden Masse des Sonnenballes verschlungen oder aufgelöst werden. Dem Auge erscheinen diese Flecke schwarz, aber diese Dunkelheit ist eine scheinbare und wird hervorgerufen durch den Contrast mit der strahlenden Sonnenoberfläche.

Nach den Bestimmungen von Herschel würde die Sonne, wenn sie ganz von Flecken analog denjenigen, welche wir jetzt stellenweise sehen, bedeckt wäre, uns doch viertausend Mal heller erscheinen als heute der Vollmond. Gegenwärtig übertrifft das Sonnenlicht die Helligkeit des Mondlichtes um mehr als das Sechshunderttausendfache.

In Folge der ununterbrochenen Ausstrahlung müssen Wärme und Licht der Sonne abnehmen, aber diese Abnahme wird vorläufig noch sehr nahe compensirt durch die Zusammenziehung des Sonnenkörpers. Mit der Zeit findet diese aber ihre Grenze. Dann nehmen die Sonnenflecke mehr und mehr zu, ihre Zahl, ihre Größe und ihre Dauer müssen immerfort wachsen, bis sie schließlich die ganze Sonnenoberfläche bedeckt haben und die Incrustirung derselben beginnt. Sicherlich ist dieses bei vielen Sternen im Weltenraume schon eingetreten; andere sind auf dem besten Wege, ihr Licht ebenfalls ganz zu verlieren.

Die Sonne muß also mit der Zeit ihre Wärme und ihr Licht einbüßen. Das Capital wird dereinst aufgezehrt sein, von dem sie mit so enormer Liberalität nach allen Seiten hin spendete. Was dann bezüglich der Erde eintreten muß, liegt auf der Hand. Der Untergang des organischen Lebens steht dann vor der Thür. Es ist eine Chimäre, von dem ewigen Bestehen des organischen Lebens in der Vergangenheit und Zukunft zu sprechen, nach beiden Richtungen hin umfaßt es vielmehr nur eine Spanne Zeit im Entwickelungsprocesse der Natur. Von diesem Standpunkte aus betrachtet, leuchtet die Wahrheit leicht ein, daß es abgeschmackt ist, behaupten zu wollen, die Welt sei um des Menschen willen vorhanden und Letzterer der Herr des Universums. Wir vegetiren blos auf unserem alten Erdballe, und die Natur außerhalb der Erde kümmert sich um uns nicht, fragt nicht darnach, ob es uns wohl geht oder ob wir verderben. Die Sonne verspart ihren Schein durchaus nicht, um uns ein paar Milliarden Jahre länger leuchten zu können, sondern geht verschwenderisch mit ihrer Habe um und läßt unsere Nachkommen und das gesammte organische Leben dereinst in Dunkelheit und Kälte umkommen, wenn sie selbst kein Licht und keine Wärme mehr besitzt.

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