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Glossar-Begriff: Photosphäre

Beschreibung: Die Photosphäre ("Lichtkugel") ist die Schicht eines Sterns, aus der das Licht, das wir beobachten, austritt. Licht aus tieferen, dichteren Schichten wird absorbiert, bevor es aus dem Stern entweichen kann. Höhere Schichten sind weniger dicht und strahlen kein nennenswertes Licht ab.

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The OAE Multilingual Glossary is a project of the IAU Office of Astronomy for Education (OAE) in collaboration with the IAU Office of Astronomy Outreach (OAO). The terms and definitions were chosen, written and reviewed by a collective effort from the OAE, the OAE Centers and Nodes, the OAE National Astronomy Education Coordinators (NAECs) and other volunteers. You can find a full list of credits here. All glossary terms and their definitions are released under a Creative Commons CC BY-4.0 license and should be credited to "IAU OAE".

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Eine gelbliche Oberfläche, unterteilt in etwa 150 kleine, unregelmäßige Zellen, die durch schmierige, dunklere Linien abgegrenzt sind.

Hochauflösendes Bild der Sonnenoberfläche

Unterschrift: Dieses hochauflösende Bild eines kleinen Teils der äußersten sichtbaren "Oberfläche" der Sonne (der Photosphäre) deckt eine Fläche von 36.500 km x 36.500 km ab. Es ist eines der ersten Bilder, die das Daniel K. Inouye Solar Telescope im Rahmen der wissenschaftlichen Überprüfungsphase des Teleskops aufgenommen hat. Jede der sichtbaren Zellen ist etwa so groß wie der US-Bundesstaat Texas, Frankreich, Afghanistan oder Somalia. In den helleren Zentren dieser Zellen steigt Plasma aus den darunter liegenden Regionen an die Oberfläche, kühlt ab und sinkt dann an der Stelle der dunkleren Bahnen, die die Zellen begrenzen, wieder ab. In diesen dunklen Bahnen können wir auch die winzigen, hellen Markierungen der Magnetfelder sehen.
Bild: NSO/NSF/AURA Quellenlink

License: CC-BY-4.0 Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0) Symbole


Ein dunkler, annähernd kreisrunder, schwarzer Sonnenfleck sendet dunkle Finger in die leuchtend orange Umgebung aus

Nahaufnahme eines Sonnenflecks

Unterschrift: Dieses Bild eines Sonnenflecks wurde mit dem Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) aufgenommen, das von der U.S. National Science Foundation betrieben wird. Es wurde nur in Licht mit einer Wellenlänge von 530 Nanometern aufgenommen, also im grünlich-gelben Bereich des sichtbaren Spektrums. Das Bild zeigt die Details der Struktur des Flecks und der Photosphäre der Sonne. Der dunkle zentrale Bereich, die so genannte Umbra (auch Kernschatten genannt), ist von einem helleren Bereich, der so genannten Penumbra (auch Halbschatten genannt), umgeben, der sich in radialer Richtung zur Umbra ausdehnt. Beachtet, dass der Kernschatten und der Halbschatten hier nicht mit dem Kernschatten und dem Halbschatten bei einer Sonnenfinsternis identisch sind. Der Sonnenfleck hat einen Durchmesser von etwa 5000 Kilometern, was in etwa der Ost-West-Ausdehnung Chinas entspricht. Während der Kernschatten schwarz erscheint, ist er in Wirklichkeit heiß und hell. Er erscheint nur deshalb so dunkel, weil er einige tausend Kelvin kälter ist als die umgebende Sonnenphotosphäre. Um den Sonnenfleck herum sind auf der photosphärischen Oberfläche der Sonne Granulationsmuster aus Plasma sichtbar.
Bild: NSO/NSF/AURA Quellenlink

License: CC-BY-4.0 Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0) Symbole

Ähnliche Diagramme


Three stars with different onion-like layers for convection and radiation.

Stellar Structure

Unterschrift: Stars are balls of plasma. For most of a star’s life it burns hydrogen into helium in its core. This phase of a star’s life is known as the main sequence. Burning hydrogen into helium produces heat, that heat travels out of the star’s core eventually reaching the star’s photosphere (often referred to as the “surface” of the star). From here the heat can radiate into space as various forms of electromagnetic radiation. However, how heat travels from the core to the photosphere depends on the star’s mass. Imagine a parcel of gas rising inside a star. As it rises, it moves into an area of lower pressure, so it cools down and expands. If the parcel is still hotter, and therefore less dense than its surroundings, it keeps moving upward due to buoyancy. Eventually, it will rise far enough to cool and sink back down. This rising and sinking cycle is called convection. Whether convection occurs depends on how quickly temperature changes as you move away from the star’s core. If the temperature in a star drops rapidly, rising parcels of gas are more likely to stay hotter than their surroundings, so convection dominates as the mode of energy transfer in this part of the star. Conversely if the temperature drops more slowly (i.e. if the temperature gradient is small) then heat will mostly be transferred by radiation (photons). In the most massive main sequence stars (more massive than about 1.5 times the mass of the Sun, seen here on the left), hydrogen is burned into helium using the CNO cycle. This is highly temperature dependent and thus energy production is concentrated near the center of the star. This leads to a larger temperature gradient and thus a convective core. Further out the temperature gradient becomes smaller and heat transport is dominated by radiation. This is called the radiative zone. For lower mass stars like the Sun (between 0.3 and 1.5 solar masses, seen here in the middle) hydrogen is burned to helium using a different process (the pp chain). This depends less on the internal temperature than the CNO cycle and so energy production is more distributed in the star’s core. This leads to a smaller temperature gradient and thus a radiative core where convection occurs surrounded by a radiative zone. Going further out the gas becomes cool enough for some elements to hang to on some of their electrons, i.e. not being completely ionised. This partially ionised gas is more opaque to photons, trapping heat. This leads to a large temperature gradient and thus convection. The lowest mass stars (below 0.3 solar masses, seen here on the right) have no radiative zone and are fully convective. The arrows in the radiative zone are shown as wavy lines heading out of the star. However, a photon’s journey out of a star is much more complex with each individual photon travelling only a short distance before being deflected by some of the charged particles that make up the plasma of the star’s interior. This leads to a long and winding road that takes millennia instead of the few seconds it would take if the photon did not interact with particles in the plasma.
Bild: Based on a vector diagram by Wikimedia user Д.Ильин which itself is based on a diagram from sun.org

License: CC-BY-4.0 Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0) Symbole

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Die Erforschung der Sonne

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astroEDU educational activity (links to astroEDU website)
Description: Im vorliegenden Material wird die Entwicklung der Sonnenforschung an ausgewählten Beispielen in Form einer komplexen Lernaufgabe für die Schüler zugänglich gemacht. Dabei finden sich Erkundungsaufträge, klassische Aufgaben, Aktivitäten, Anregungen für eigene Beobachtungen, Experimente, ein selbst zu bauendes Modell und längerfristige Forschungsaufträge. So werden verschiedene Kompetenzen entwickelt, der Schwerpunkt liegt im Bereich der Erkenntnisgewinnung – gerade die Erkenntnismethoden der Sonnenforschung sind der Schwerpunkt des Materials. Bei der Auswahl der Experimente, Beobachtungsaufgaben und beim Bau des Modells wurde darauf geachtet, dass entsprechende Materialien entweder in einer Physiksammlung zur Verfügung stehen oder leicht und preiswert beschafft werden können.

Altersgruppen: 16-19
Bildungsniveau: Secondary