Wie folgerten Astronomen, dass die Sonne kein Feuerball war?

Ich denke, es ist vielleicht nicht so, dass es einen Moment gab, in dem die Astronomie-Community die Feuerball-Hypothese endgültig zurückwies; Astronomen sammelten einfach immer mehr Beweise dagegen. Wenn man es grob datieren möchte, könnte man den Finger irgendwo in die Mitte des 19. Jahrhunderts legen, denn bis dahin hatten sich andere Ideen durchgesetzt.

Bereits in der klassischen Zeit hatte Anaxagoras vorgeschlagen, dass die Sonne ein Haufen geschmolzenen Metalls sei . Ich weiß nicht, ob dies von seinen Zeitgenossen allgemein akzeptiert wurde. Die Vorstellung von der Sonne als Kugel aus Metall oder Feuer hielt sich sicherlich noch einige Zeit, wenn auch vielleicht weitgehend aus Mangel an besseren Ideen. Bis zur Arbeit von Lavoisier und anderen im späten 18. Jahrhundert haben wir Sauerstoff und Verbrennung nicht einmal verstanden, so dass detaillierte Berechnungen vermutlich für ein oder zwei Jahrtausende nach Anaxagoras nicht in Frage kamen. Ich weiß nicht, wann zum ersten Mal Berechnungen darüber angestellt wurden, wie lange die Verbrennung die Sonne aufrechterhalten könnte, aber es scheint nicht mehr als mehrere Jahrzehnte her zu sein, seit die Theorie der Verbrennung entwickelt wurde.

Warum? Nun, wir können sagen, dass Mitte des 19. Jahrhunderts die vorherrschende Erklärung für die Leuchtkraft der Sonne nicht das Verbrennen von Kohle war, sondern die potenzielle Energie der Gravitation. In den 1860er Jahren war allgemein bekannt , dass chemische Reaktionen die Sonne nur wenige tausend Jahre lang mit Energie versorgen konnten. Wir hatten jetzt auch eine potenziell brauchbare Alternative: Ein Jahrzehnt zuvor hatte Hermann von Helmholtz damit begonnen, die Idee zu untersuchen, dass eine Art Gravitationskontraktion durch den sogenannten Kelvin-Helmholtz- Mechanismus die Energiequelle sei, wobei Gravitationspotential Energie ist in Wärme umgewandelt$^{\dagger}$. Etwa zur gleichen Zeit schlug Lord Kelvin vor, dass Meteore, die in die Sonne fallen, die notwendige Energie lieferten, ein ähnlicher Mechanismus wie der von Helmholtz. Ich glaube, dass Astronomen bis zur Jahrhundertwende an der Kontraktionshypothese festhielten – ich habe einen Artikel gesehen, der um 1900 in diesem Sinne geschrieben wurde.

Anfang und Mitte des 20. Jahrhunderts wurden jedoch Quantentheorie und Kernphysik entwickelt, und die Arbeiten von Eddington, Bethe und anderen legten den Grundstein für unser aktuelles Verständnis der Solarenergieerzeugung. Frühere Modelle (darunter schließlich die Kelvin-Helmholtz-Kontraktion) erwiesen sich jetzt als unzureichend, da sie die Sonne nur Tausende oder Millionen von Jahren scheinen ließen, und Geologen hatten festgestellt, dass die Erde selbst viel älter war als diese. Die Fusion hingegen ermöglicht es der Sonne, Milliarden von Jahren zu überleben – eine Zeitskala, die gut mit dem Alter der Erde übereinstimmt. Wir wussten auch, dass Wasserstoff und Helium die dominierenden Bestandteile der Sonne und anderer Sterne sind; während Wollaston und Fraunhofer die ersten Sonnenspektroskopie-Beobachtungen in den frühen 1800er Jahren durchgeführt hatten,

$^{\dagger}$Während dies in verschiedenen Körpern, einschließlich T-Tauri-Sternen, Wärme erzeugt, ist es in den meisten Sternen jenseits dieses Stadiums nicht signifikant.

Wissenschaftler stellten fest, dass die Sonne während des Industriezeitalters kein Kohleball sein konnte , da angesichts der Masse der Sonne die gesamte Kohle ausgebrannt wäre, bevor Menschen auf der Erde erschienen. Aber wir wussten nicht, was sonst noch los sein könnte.

1904 schlug Rutherford den radioaktiven Zerfall als einen möglichen Prozess vor , der für die Energie der Sonne verantwortlich sein könnte. Aber erst nach Einstein und der Entdeckung von$E=mc^2$dass sie wussten, dass im Inneren eine Fusion stattfinden könnte. Und tatsächlich hat Eddington das 1920 vorgeschlagen .

Schließlich schlug Cecilia Payne-Gaposchkin 1925 vor, dass die Sonne hauptsächlich aus Wasserstoff bestehen könnte.

Wissenschaftler verwendeten in den 1860er Jahren Teleskope, die auf ein Prisma ausgerichtet waren, und stellten fest, dass Sonnenlicht die gleichen kontinuierlichen Farbbänder wie Plasmalicht aus einer elektrischen Röhrenlampe ist, plus einige nicht ionisierte Elemente, die als schmale Bänder sichtbar sind.

Bunsen und Kirchhoff führten 1860 die Spektroskopie als Labormethode ein.

Ein Video mit Bildern von Bunsens Apparaten und Experimenten ist hier:

Hier ist eine Zusammenfassung:

Da die Elektronen der Sonne nicht auf bestimmten Umlaufbahnen an den Kern gebunden sind, ist ihr Lichtspektrum ein durchgehender Regenbogen aus allen Farben.

Es wurde bereits festgestellt, dass die Sonne schwarze Linien in ihrem Spektrum hat. dh Wollaston von 1802 und Fraunhofer von 1812.

Bunsen wollte die Farbe elementarer Flammen mit "Farbfiltern" messen, und Kirchhoff schlug vor, stattdessen ein Prisma zu verwenden. Sie waren überrascht, Farbbänder zu finden, die jedem Element einen anderen optischen Fingerabdruck verliehen. Es verursachte große Verwunderung in der wissenschaftlichen Welt der damaligen Zeit.

Sie fanden heraus, dass das Spektrum der Sonne dem eines ionisierten Plasmas entspricht, und sie fanden die optischen Fingerabdrücke verschiedener Gasphasenelemente auch in der Sonne, indem sie mit Prismen und Messgeräten ausgerichtete Teleskope verwendeten.

Es war damals nicht bewiesen, aber 1863 wurde ein berühmter Artikel zu dieser Frage veröffentlicht.

https://www.scientificamerican.com/article/experts-doubt-the-sun-is-actually-burning-coal/

Ich weiß nicht, ob vollständiges Zitieren erlaubt ist, also zitiere ich den ersten Absatz.

„Wenn die Sonne aus Kohle bestünde, würde sie zum jetzigen Zeitpunkt nur 5.000 Jahre überdauern. Die Sonne ist aller Wahrscheinlichkeit nach kein brennender, sondern ein glühender Körper.