Die Geburt von Sternen

Unter welchen Bedingungen ballen sich Gase zu Sternen zusammen? Damit das geschieht, muss die Geschwindigkeit der Moleküle, die diese auf Grund ihrer Temperatur besitzen, kleiner sein als die Fluchtgeschwindigkeit $v_F=\sqrt{\frac{2GM}{r}}$ (mit $G = 6,67\cdot 10^{-11} m^3 kg^{-1} s^{-2}$). Dann „gewinnt“ die Gravitation.

Gasmoleküle haben die mittlere kinetische Energie $E=\frac{3}{2}kT$ ($k = 1,4\cdot 10^{-23} J/K$).

Es muss also gelten

$M$ ist die Masse der gesamten Wolke und $m$ die Masse eines Gasmoleküls. Wir wollen nun den Radius aus der Gleichung herausbekommen. Diesen kann man über Masse und Dichte ausdrücken. Wir nehmen dazu vereinfacht eine kugelförmige Wolke an:

Setzt man oben ein, erhält man die Mindestmasse, damit sich eine Gaswolke zusammenballt. Man nennt sie nach dem englischen Physiker James Jeans die Jeans-Masse:

Interstellare Materie hat eine typische Dichte von $10^{-21}$ kg/m$^3$ und eine Temperatur von 100 K. Ein Wasserstoffmolekül ($H_2$) hat rund doppelte Protonenmasse, also $3,3\cdot 10^{-27}$ kg. Die Gaswolke muss somit eine Mindestmasse von $1,4\cdot 10^{34}$ kg oder rund 7000 Sonnenmassen besitzen! Der Radius der Gaswolke liegt dann bei $1,5\cdot 10^{18}$ m oder rund 160 Lichtjahren!!! Astronomische Ausmaße!

Unser Sonnensystem ist wahrscheinlich vor 4,6 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Wolke interstellarer Materie entstanden. Durch das Zusammenziehen erhöhte sich die Drehgeschwindigkeit, wodurch sich die Wolke zu einer Scheibe abflachte. In ihrem Zentrum bildete sich die Sonne. Im äußeren Teil der Scheibe entstanden durch Zusammenklumpen der Materie nach und nach die heutigen Planeten (Abb.). So ist zu erklären, warum die Bahnen der Planeten in einer Ebene liegen und alle die Sonne in dieselbe Richtung umkreisen (F4).

Die junge Sonne und die sich gerade bildenden Planeten.

In Sonnennähe befinden sich kleine Gesteinsplaneten, weiter außen große Gasplaneten. Warum? In Sonnennähe ist der Sonnenwind stärker. Die Gase wurden dadurch praktisch von den inneren Planeten weggeweht. Die äußeren sind so weit von der Sonne entfernt, dass sie die Gase binden konnten. Die Planeten Jupiter bis Neptun bestehen daher praktisch nur aus Wasserstoff und Helium.