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Ein »Schwarzes Loch« im Sonnenofen?

Die Wissenschaftler wissen nicht mehr, warum die Sonne scheint. Sowjetische und britische Astronomen, aber auch Physiker in Amerika kamen -- auf verschiedenen Wegen -- zu dem gleichen Schluß: Die gängige Vorstellung, im Innern der Sonne laufe seit Jahrmilliarden eine Wasserstoff-Kernreaktion ab, ist möglicherweise falsch.
aus DER SPIEGEL 6/1976

Drei Jahre lang hatten die Forscher den Riesentank. gefüllt mit 400 000 Litern Flüssigkeit, beobachtet -1500 Meter tief unter der Erde, in einer stillgelegten Goldmine in South Dakota.

Zehnmal hatten sie den Tankinhalt durch Filteranlagen gepumpt, auf der Suche nach zwei oder drei Dutzend Atomen des Edelgases Argon, die ihnen Aufschluß geben sollten über Vorgänge im Innersten der Sonne.

Vorletzte Woche meldeten in der amerikanischen Zeitschrift »Science« die Wissenschaftler Raymond Davis und John N. Bahcall das erregende Ergebnis ihrer Mühen: Fehlanzeige -- die erwarteten Teilchen wurden nicht gefunden.

Eine Woche zuvor waren, in dem britischen Wissenschaftsjournal »Nature«, Berichte von Astronomen aus der Sowjet-Union und Großbritannien erschienen, gleichfalls zum Thema Sonnenforschung und ebenso brisant. Die Russen hatten von der Krim aus, die Engländer vom Pic du Midi in den französischen Pyrenäen den Fixstern anvisiert und dabei, unabhängig voneinander, eine überraschende Beobachtung gemacht: Die Sonne pulsiert, wie eine Art kosmischer Herzmuskel, alle zwei Stunden und 40 Minuten einmal.

Die Aufsätze in »Science« und »Nature« wirkten als wissenschaftliche Sensation. Sie erschütterten das Theoriengefüge der Astronomie, vielleicht auch der Atomphysik, in seinen Grundfesten. »Die Wissenschaftler«, resumierte die »New York Times«, »sind sich nicht mehr sicher, warum die Sonne scheint.«

Bisher war die Grundannahme, daß in der Sonne ebenso wie in allen anderen Fixsternen seit Jahrmilliarden eine Kettenreaktion abläuft, bei der die Kerne von Wasserstoffatomen zu Helium verschmelzen und dabei gleichzeitig unvorstellbare Energiemengen freigesetzt werden.

Beide Beobachtungen, die in der »Homestake«-Goldmine in South Dakota ebenso wie die der europäischen Observatorien, stellen nun diesen theoretischen Ansatz in Frage. Sie sind mit dem Denkmodell einer stets gleichbleibenden Wasserstoff-Kernreaktion nicht vereinbar. Davis und Bahcall sprechen in »Science« von einer »Krise«, in welche die Astrophysik nun wohl auf längere Zeit geraten sei.

Dabei war das Dakota-Experiment tief unter der Erde eigentlich nur dazu gedacht, letzte Bestätigung für die herkömmliche Theorie des Sonnenofens zu liefern.

Der Tank im Bergwerk enthält Perchloräthylen, eine Substanz, die etwa auch in chemischen Reinigungen verwendet wird. Mit dieser Flüssigkeit hofften die Forscher sogenannte Neutrinos einzufangen, subatomare Teilchen mit überaus merkwürdigen Eigenschaften; sie sind zugleich die einzigen, die über die Vorgänge im Sonnenkern unmittelbar Aufschluß geben können.

Eine Kiste Sekt hatte der Physiker Wolfgang Pauli, als er 1933 die Existenz von Neutrinos theoretisch vorhersagte, darauf verwettet, daß niemand je die Teilchen werde nachweisen können. Denn sie sind sozusagen wesenlos: Neutrinos haben keine elektrische Ladung und keine Masse (nur Energie); das bedeutet, sie durcheilen die Materie, ohne anzuecken.

Myriaden von Neutrinos, so die Vorstellung der Physiker, durchschlagen in jeder Sekunde die Erde, flutschen durch Menschenkörper und Gesteinsmassen wie Bälle durch ein großmaschiges Netz. Sie könnten, ohne aufgehalten zu werden, einen Bleiwall von 1000 Lichtjahren Dicke durchdringen. Dennoch gelang es 1956, die Existenz von Neutrinos nachzuweisen, wenn auch indirekt.

Als Indikatoren für die Vorgänge im Sonneninnern sind die Neutrinos geeignet. weil sie als einzige subatomare Teilchen innerhalb vernünftiger Zeit beim Beobachter ankommen. Erst nach 30 Millionen Jahren, so berechneten Physiker, können jeweils die Atomkerne und Elektronen, die an Fusionsvorgängen im Sonnenkern beteiligt sind, an die Sonnenoberfläche gelangen. Die aalglatten Neutrinos. schaffen es weit schneller: zwei Sekunden bis zum Sonnenrand, acht Minuten von dort bis zur Erde.

Im Flüssigkeitstank der »Hornestake«-Goldmine hätten einige dieser Sendboten von der Sonne eine Spur hinterlassen sollen. Unter dem Einfluß von Neutrinos, so wußten die Forscher, mußten sich im Tank Atome des Chlor-Isotops CI-37 in radioaktives Argon 37 umwandeln. Das Experiment war unter die Erde verlegt worden, um es gegen sonstige kosmische Strahlung abzuschirmen (siehe Graphik Seite 132).

Alle zwei Tage hätten sich, nach der gängigen Sonnenenergie-Vorstellung, im Tank drei Argon-37-Atome bilden müssen. Registriert wurde aber nur eines im Monat -- vorhersehbares Produkt der auch in dieser Tiefe noch wirksamen kosmischen Strahlung, also kein Sendbote der Sonne.

Für die überraschende Tatsache, daß offenbar keine der erwarteten Sonnenneutrinos auf der Erde ankommen, suchten die Forscher sogleich nach Erklärungen.

Entweder haben die Neutrinos in Wahrheit andere Eigenschaften als vermutet, zum Beispiel eine noch kürzere Lebensdauer, so daß sie schon vor Erreichen der Erde zerfallen.

Zweite Möglichkeit: Der Sonnenofen brennt derzeit auf Sparflamme, die Kernverschmelzung läuft bei niedrigeren Temperaturen ab. Dann nämlich würden nur Neutrinos mit geringerer Energie freigesetzt. Dies nachzuweisen, reicht das Argon-Experiment nicht aus. Stimmt diese Sparflammen-Hypothese, so wäre auf der Erde mit einer neuen Eiszeit zu rechnen, allerdings erst, wenn der verminderte Energie-Output bis zur Sonnenoberfläche vorgedrungen ist, also vielleicht erst in Millionen von Jahren.

Eine dritte Erklärung schließlich liefe darauf hinaus, daß die Vorgänge in der Sonne sich ganz anders abspielen als bisher angenommen. Und auf diese -- für Astronomen und Physiker ziemlich bestürzende Möglichkeit deuten auch die sowjetisch-britischen Beobachtungen hin, daß die Gaskugel sich rhythmisch bläht.

Noch ist nicht klar, ob sich die Sonne, wenn sie pulsiert. im ganzen zusammenzieht und ausdehnt oder ob sie bei gleichbleibendem Volumen nur die Gestalt ändert, nach Art eines Rugby-Balls eiförmig mal in die eine, dann wieder in die andere Richtung.

Beruhigend scheint, daß das An- und Abschwellen sich in Grenzen hält: Der Sonnendurchmesser wächst und schrumpft um jeweils zehn Kilometer, also um weniger als ein tausendstel Prozent (Sonnendurchmesser: 1 392 700 Kilometer).

Beunruhigend aber werden die zehn Kilometer Differenz, sobald die Frage nach den möglichen Ursachen des Pulsierens auftaucht.

Mit einer exotisch anmutenden Hypothese sucht ein Forscherteam der Rice University in Houston/Texas den Sonnen-Puls zu erklären. Die Texaner halten für möglich, daß sich im Zentrum der Sonne ein »Schwarzes Loch« befindet, eines jener seltsamen astronomischen Gebilde von unvorstellbarer Dichte, die mittels Schwerkraft immer neue Materie in sich hineinsaugen. Im Innern der Sonne, meinen die Forscher, würde ein solches »Schwarzes Loch« in demselben Maße Energie freisetzen, in dem es Materie aus seiner Nachbarschaft »schluckt«.

Forscher der britischen Cambridge University meinen demgegenüber, daß die Änderungen im Sonnen-Durchmesser sich -- noch glimpflich -- mit bestimmten Schwerkraftbedingungen erklären lassen. Die Sonne, so ihre Mutmaßung, enthält im Kern doppelt so viele Schwermetalle wie angenommen. Die dort durch Kernverschmelzung freigesetzten Energien wabern sodann in gewaltigen rhythmischen Gasschüben an die Oberfläche und erzeugen so den Pulseffekt.

Sollte aber, fahren die Cambridge-Wissenschaftler fort, das Pulsieren von einer fortwährenden, sozusagen originären Energiebewegung des Fixsterns herrühren, dann müßten wahrhaftig die Physikbücher revidiert werden: »Eine einschneidende Veränderung des physikalischen Denkmodells der Sonne wäre unumgänglich.«

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