Big Bang HTL 4, Schulbuch

Vom Leben und Sterben der Sterne 18 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 169 Abb. 18.16: Computersimulation eines Schwarzen Lochs vor einem Sternenhimmel Unendlich große Dichte In welchen Größenordnungen liegen die Dichten von Ster- nen (siehe auch Tab. 18.4)? Die Sonne hat eine Masse von 2 · 10 30 kg und einen Radius von etwa 7· 10 8 m. Das macht eine Dichte in der Größe von 10 3 kg/m 3 . In Weißen beziehungsweise Schwarzen Zwergen bilden die Elektronen den nötigen Gegendruck, denn diese können einander auf Grund des Pauli-Verbots nicht beliebig nahe kommen (Kap. 13.4 und 17.1). Die Dichte kann man nur quan- tenmechanisch ableiten. Den Elektronen steht ein Platz von rund 10 –12 m zur Verfügung. In normaler Materie macht ihr Orbital aber 10 –10 m aus. Weiße Zwerge sind also um den Faktor 100 3 = 10 6 dichter als Normalsterne, haben also rund 10 9 kg/m 3 . Neutronensterne sind quasi überdimensionale Atomkerne. Ihre Dichte kann man an Hand des Wasserstoffkerns mit etwa 10 17 kg/m 3 abschätzen. Die Mindestdichte eines Schwarzen Lochs kann man über den Schwarzschildradius berechnen: R S = 2 GM / c 2 . Das ist jener Bereich um ein Schwarzes Loch, aus dem es kein Ent- kommen mehr gibt. Bei einem Stern mit 2,5 Sonnenmassen ergibt das eine Dichte von 10 19 kg/m 3 . Im Rahmen der Allge- meinen Relativitätstheorie stürzt das Schwarze Loch zu ei- nem Punkt unendlich hoher Dichte zusammen. i Lebenselemente Der Mensch besteht aus über 20 Elementen (Abb. 18.15). Bis auf Wasserstoff stammen sie alle aus dem Inneren von Sternen, sind also Sternenasche. Neben sechs Grundelemen- ten, die in allen Lebewesen vorkommen, brauchen hoch ent- wickelte Lebensformen wie der Mensch auch Mineralstoffe und Spurenelemente. Einige Beispiele: Kalium (K) und Natrium (Na) leiten elektrische Reize weiter, Kalzium (Ca) macht Zähne und Knochen hart, Chlor (Cl) dient zur Bildung der Magensäure, Eisen (Fe) ermöglicht den Sauerstofftrans- port. In deinem Körper befinden sich auch sechs Elemente, die aus Supernovaexplosionen stammen. Die bekanntesten sind Kupfer (Cu), das für den Blutaufbau wichtig ist, Zink i Sterntyp Radius in km Sonnenmassen Dichtekg/m 3 Sonne 10 6 1 10 3 Weißer Zwerg 10.000 < 1,4 10 9 Neutronenstern 10 ≤ 2,5 10 17 Schwarzes Loch <10 > 2,5 >10 19 Tab. 18.4: Daten von Sternen in Größenordnungen Zusammenfassung Es gibt drei mögliche Endstadien von Sternen: Schwarze Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher. Was aus einem Stern einmal wird, hängt von seiner Masse ab. (Zn) für das Immunsystem, und Iod (I) für deine Schilddrüse. Du verdankst deine Existenz Sternenasche und Supernova- resten! Eigentlich sehr absurd! Abb. 18.14: Elemente, aus denen der Mensch aufgebaut ist: Blau sind die Grundelemente, aus denen alles Leben besteht, rot Mineral- stoffe und grün Spurenelemente. Z Bearbeite die Aufgaben! Vom Leben und Sterben der Sterne Recherchiere, was man unter dem Begriff Fixstern versteht, wie viele Sterne man mit bloßem Auge erkennen kann, wie viele Sterne im Schnitt in unserer Milchstraße jedes Jahr neu entstehen, wie viele Sterne sich in unserer Milchstraße und im sichtbaren Universum befinden und was man unter einem Pulsar versteht. L Schätze ab, wie lange der Kollaps einer interstellaren Wolke dauert. Nimm dazu die Daten aus Tab. 18.1 und rechne mit konstanter Fallbeschleunigung. L Man weiß seit etwa 1860, dass sich in der Atmosphäre der Sonne Gase wie Sauerstoff, Helium oder Natrium befinden. Stelle eine Hypothese auf, warum man das weiß. L Im Jahr 2006 wurde Pluto der Planetenstatus ab- erkannt. Begründe warum. L Begründe, ob es völlig ausgeschlossen ist, dass Elemente über Eisen in Sternen entstehen. L 18 F11 A1 F12 A2 F13 A2 F14 A2 F15 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv