Die Sonne ist eine riesige Gaskugel, die enorme Mengen an Energie produziert.
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Wie alt sind die Sonne und die Erde?
| Alle Planeten und Sterne, wie auch unsere Sonne, haben denselben Ursprung. Vor ungefähr 15 Milliarden Jahren sind die Elemente beim Urknall aus dem Nichts entstanden. Eine gewaltige Explosion schuf Raum, Zeit und Materie. |
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Die Sonne und die Erde entstanden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einer gigantischen Gas- und Staubwolke, die sich zusammenzog und an vielen Stellen verdichtete. Aus so einer Verdichtung bildete sich unser Sonnensystem. Immer mehr Materie zog sich in seiner Mitte zusammen, die Hitze nahm zu, die Verschmelzung der Materie begann. Staubteilchen verklumpten zu festen Planeten, Monden und weiteren Himmelskörpern. Die Gase verdichteten sich zu Gasplaneten. Ganze 99,86 % der Masse unseres Sonnensystems besitzt die Sonne. Ihre nahe liegenden Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars sind fest, Jupiter, Saturn, Uran und Neptun gasförmig.
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Wie groß und schwer ist die Sonne?
| Die Sonnenkugel könnte die Erde eine Million Mal aufnehmen. Wäre die Sonne ein großer Gymnastikball mit einem Durchmesser von einem Meter, wäre die Erde gerade einmal so groß wie eine Kirsche. Die Sonne ist auch 750-mal so schwer wie alle Planeten zusammen, obwohl sie überwiegend aus den leichtesten chemischen Elementen besteht: Helium und Wasserstoff. |
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Wie weit sind Sonne und Erde voneinander entfernt?
| Damit auf einem Planeten Leben entstehen kann, ist sein Abstand zum dazugehörigen Stern von großer Bedeutung. Die Erde ist von der Sonne ungefähr 150 Millionen Kilometer entfernt. Gerade richtig, damit unser Wasser nicht verdampft oder zu Eis erstarrt. |
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Da die Erde die Sonne in einer leichten Ellipse (= ovalen Bahn) umkreist, kommt sie der Sonne im Laufe des Jahres zweimal nahe und entfernt sich dann wieder. Am nächsten kommt die Erde der Sonne im Jänner. Bei uns auf der Nordhalbkugel ist zu diesem Zeitpunkt Winter. Dann liegen zwischen Erde und Sonne „nur noch“ rund 147 Millionen Kilometer. Den sonnenfernsten Punkt durchläuft die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne Anfang Juli. Dann beträgt der Abstand etwa 152 Millionen Kilometer, und in unseren Breiten ist Hochsommer. Die Entfernung hat also sichtlich nichts mit unseren Jahreszeiten zu tun. Für diese ist die Neigung der Erdachse verantwortlich. Ob wir Sommer oder Winter haben, hängt davon ab, in welchem Winkel die Sonnenstrahlen auf die Erde treffen.
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Wie lange reist ein Sonnenstrahl zur Erde?
Licht breitet sich mit unvorstellbaren 300.000 Kilometer pro Sekunde im All aus. Wenn wir wissen, wie weit die Sonne von der Erde entfernt ist, können wir errechnen, wie lange das Licht von der Sonne zu uns reist.
500
s : 60 = 8 Minuten 20 Sekunden
Wir sehen also auf der Erde immer das Licht, welches vor 8 Minuten von der Sonne ausgestrahlt wurde.
Kommt dir das lange vor? Dabei brauchten die Lichtteilchen davor schon
10.000 bis 170.000 Jahre, bis sie von der Mitte der Sonne an ihre Oberfläche gelangt sind.
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Woher kommt die Sonnenenergie?
| Die Temperatur im Inneren der Sonne beträgt 15 Millionen Grad. An der Oberfläche ist die Sonne immer noch 5.500 Grad Celsius heiß. |
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Durch die im Inneren herrschende Hitze und den Druck verschmelzen dort Wasserstoff-Atomkerne zu Helium-Atomkernen und geben wiederum Wärme frei. Dieser Vorgang wird Kernfusion genannt. Dabei verliert die Sonne allmählich an Materie. Etwa 1 % der Masse der Wasserstoff-Atomkerne verwandelt sich bei der Kernfusion in Energie. Die Sonne gibt diese als Strahlung ab. Zum Glück ist die Sonne so groß, dass sie noch weitere Milliarden Jahre strahlen wird. Zum Glück ist die Sonne groß genug, um noch weitere Milliarden Jahre zu strahlen.
Sonnenstrahlung
| Die Sonne sendet elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenlänge zur Erde. Das Licht ist der Strahlungsbereich, den wir mit unseren Augen wahrnehmen können. Andere Lebewesen wie Bienen können auch den ultravioletten Bereich sehen. Wir Menschen spüren ultraviolette Strahlung (UV) erst dann, wenn wir uns dieser zu lange aussetzen und als Folge einen Sonnenbrand bekommen. |
Je niedriger die Wellenlänge der Strahlung ist, desto höher ist ihre Energie.
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Ungefähr die Hälfte der Sonnenstrahlung, die den Erdboden erreicht, ist Infrarot-Strahlung. Dadurch wird der Erdboden erwärmt und gibt selbst wieder Infrarot-Strahlung an die Atmosphäre ab.
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Wie wird aus Sonnenlicht elektrische Energie?
Die in der Lichtstrahlung auf die Erdoberfläche auftreffende Sonnenenergie hängt von der Jahreszeit und den Wetterbedingungen ab. Bis zu 1.000 Watt pro Quadratmeter Fläche treffen bei wolkenlosem Himmel auf die Erde. Das würde reichen, um einen kleinen Wasserkocher zu betreiben. Im Winter oder bei Bewölkung sinkt die Leistung unter Umständen auf unter 50 Watt/m2. Immerhin genug, um fünf LED-Lampen zum Leuchten zu bringen.
Dass wir in der Lage sind, Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, verdanken wir vor allem Silizium. Etwa ein Drittel der Erdkruste besteht daraus. Silizium gehört zu den Halbleitern. Das sind Stoffe, deren Elektronen beim Einfall von Licht oder Wärme freigesetzt werden können. Diese Eigenschaft wird in den Solarzellen genutzt. Trifft Licht auf die Solarzelle, beginnen sich die Elektronen zu bewegen, Strom fließt. |
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Wie viel Strom aus Sonnenkraft erzeugen wir?
In nur einer Stunde fällt genug Sonnenlicht auf die Erde, um den weltweiten Energiebedarf für ein Jahr zu decken.
Die Menschheit kann Sonnenenergie aber noch nicht
gut nutzen, transportieren und speichern. Weltweit wird
derzeit weniger als 1 % des Energieverbrauchs durch Sonnenergie gedeckt, in Österreich ist es etwa 1 %.
Die Klima- und Energiestrategie der österreichischen Regierung sieht vor, dass in Österreich erzeugte elektrische Energie im Jahr 2030 ausschließlich aus erneuerbaren Energiequellen stammen soll. Die Fläche der Photovoltaik-Paneele müsste sich dafür innerhalb von wenigen Jahren verzehnfachen.
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Wie nutzen wir Energie aus Sonnenwärme?
Die Wärme der Sonne lässt sich auf verschiedene Arten nutzen. Viel Sonnenwärme kommt durch Fenster in unsere Häuser herein. Der Wärmegewinn lässt sich durch verglaste Vorbauten wie südlich ausgerichtete Wintergärten noch verstärken. Wird die Wärmestrahlung der Sonne zum Beispiel in einem Sonnenkollektor gebündelt, können darin Wasser oder andere Flüssigkeiten erwärmt werden. Diese geben ihre Wärme an das Warmwasser- und Heizsystem des Hauses ab. Dieses Prinzip wird in besonders sonnigen Gegenden dazu genutzt, Wasser in Dampf umzuwandeln, um damit Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. Eine andere Form der Kraftwerke, die Sonnenwärme nutzen, sind Solarturmkraftwerke. Sie bestehen aus Spiegeln, die die Sonnenstrahlen reflektieren und auf einen Behälter mit Wasser lenken. Durch die Wärmestrahlen erwärmt sich das Wasser und wird zu Dampf. Der so erzeugte Dampf treibt eine Turbine an.
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| Ein Sonnenkollektor besteht aus Rohren, die mit Flüssigkeit gefüllt sind und dunkle Oberflächen haben. |
In einem Solarturmkraftwerk bündeln Hunderte gebogene Spiegel Sonnenstrahlen auf einen Behälter, in dem aus Wasser Dampf erzeugt wird. |