Wie entstehen Sterne?

Am Himmel leuchten die Sterne – klare Sache. Aber woher kommen die Sterne eigentlich?

Um diese Frage zu beantworten, interessieren sich Wissenschaftler für bestimmte Bereiche im Weltall. Diese sehen im Fernrohr neblig verschwommen aus – und werden deshalb auch „Nebel“ genannt. Ein Beispiel ist der Orionnebel in unserer eigenen Galaxie. Darin wurden Sterne entdeckt, die noch sehr jung sind – gerade mal 30.000 Jahre alt. Es sind also noch „Baby-Sterne“, denn ein Stern kann mehrere Milliarden Jahre alt werden. Der Nebel ist sozusagen die Wiege der Sterne.

Junge Sterne im Orionnebel
Quelle: NASA/JPL-Caltech/Laboratorio de Astrofísica Espacial y Física Fundamental

Und woraus entstehen sie? Dazu hat man den Nebel näher untersucht: In ihm gibt es dichte Wolken aus Staub und vor allem dem Gas Wasserstoff – dem Stoff, aus dem Sterne bestehen. Die Gaswolken müssen also der Ursprung der Sterne sein.

Der Carina-Nebel, eines der aktivsten Sternentstehungsgebiete der Milchstraße
Quelle: NASA, ESA, and M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

Wie aber wird aus einer Gaswolke ein Stern? Das ist ein Prozess der viele Millionen Jahre dauert. Die treibende Kraft ist die Schwerkraft der Gasteilchen in der Wolke. Sie bewirkt, dass sich die Teilchen gegenseitig anziehen. Die Wolke wird also im Laufe der Zeit immer kleiner und dichter – sie wird zu einer massiven Kugel aus Gas.

Ein Mehrfachsternsystem
Quelle: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Die Gasteilchen im Inneren der Wolke stehen dadurch unter immer höherem Druck, sie werden regelrecht zusammengequetscht. Mit dem Druck steigt auch die Temperatur. Irgendwann ist es ganz innen so heiß, dass die Wasserstoff-Atome anfangen, miteinander zu verschmelzen. Diese Reaktion setzt viel Energie frei, so dass der Stern zu leuchten beginnt.

Diese „Heizung“ aus dem Sterninneren erzeugt zusätzliche Hitze und einen Gegendruck. So zieht sich der frisch gezündete Stern nicht weiter zusammen, sondern formt sich zu einer stabilen, glühenden Gaskugel.

In den meisten Fällen entstehen aus einer Wolke gleich mehrere Sterne auf einmal. Diese ziehen sich gegenseitig an und umkreisen sich. Man spricht dann von einem Doppel-, Dreifach- oder Mehrfachstern. Aus „unserer“ Wolke ist aber nur ein Stern entstanden – die Sonne.

Was ist ein Stern?

Wenn es nachts besonders dunkel und der Himmel klar ist, sehen wir tausende Sterne als winzige Lichtpunkte über unseren Köpfen funkeln. Aber warum leuchten die Sterne? Was sind Sterne überhaupt?

Beste Bedingungen für Sterngucker: Dunkle Nächte, weitab von irdischen Lichtquellen
Quelle: Colourbox

Sterne sind ganz einfach Kugeln aus Gas. Aber in ihrem Inneren ist es unvorstellbar heiß, viele Millionen Grad Celsius. Wegen der starken Hitze glüht das Gas und leuchtet – wie eine Glühbirne, nur sehr viel heller. Das Licht der Sterne ist so stark, dass wir es von der Erde aus sehen können, obwohl die Sterne viele Billionen Kilometer entfernt sind.

Unser Stern: Die Sonne mit ihren Planeten
Quelle: Colourbox

Sterne erscheinen uns wie winzige Lichtpunkte – aber das liegt nur an der großen Entfernung: In Wirklichkeit sind Sterne nämlich riesig. Die kleinsten sind etwa zehn Mal so groß wie die Erde, Riesensterne können hunderttausendmal so groß sein!

Es gibt jedoch einen Stern, der uns im Vergleich zu allen anderen sehr nah ist: die Sonne. Sie erscheint uns immerhin schon als helle Scheibe am Himmel. Aber auch dieser Eindruck täuscht: Die Sonne ist etwa einhundert Mal so groß wie die Erde. Ihre Kraft sehen und spüren wir täglich, denn sie spendet der Erde Licht und Wärme – wie ein großes Lagerfeuer, an dem wir im kalten Weltall sitzen.

Allerdings verbrennt ein Stern kein Holz. Er besteht hauptsächlich aus Wasserstoffgas und bezieht seine Energie aus den Wasserstoff-Atomkernen. Ein Stern verbrennt sich also sozusagen langsam selbst. Wenn irgendwann die Brennstoffvorräte aufgebraucht sind, wird er dunkel und fällt in sich zusammen oder explodiert. Auch unsere Sonne wird eines Tages so enden. Aber weil Sterne so groß sind, reicht der Brennstoff für lange Zeit. Unsere Sonne zum Beispiel wird noch etwa fünf Milliarden Jahre leuchten.

Was ist unser Sonnensystem und wie ist es entstanden?

Die Erde ist nicht allein im All: Seit langem beobachten die Menschen Sonne, Mond und Sterne am Himmel. Dabei haben sie schon früh entdeckt, dass sich einige Sterne bewegen. Diese wandernden Sterne wurden beobachtet und ihre Wege verfolgt. Doch lange Zeit verstand man ihre Bewegungen nicht – bis vor etwa fünfhundert Jahren ein Mann mit dem Namen Nikolaus Kopernikus das Rätsel löste: Die Erde und die „wandernden Sterne“ sind in Wirklichkeit Planeten, die alle in verschiedenem Abstand um die Sonne kreisen.

Die Anordnung der Planeten
Quelle: Colourbox

Heute kennen wir acht Planeten. Um sich ihre Namen in der richtigen Reihenfolge zu merken, helfen die Anfangsbuchstaben des Satzes „Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.“ – oder kurz: M-V-E-M-J-S-U-N.

So muss man sich die Entstehung des Sonnensystems vorstellen
Quelle: NASA/JPL

Merkur ist der Planet, der am nächsten an der Sonne kreist. Dann kommen Venus, Erde und Mars. Diese vier inneren Planeten haben eine feste Oberfläche aus Gestein und sind noch verhältnismäßig nah an der Sonne – nur einige hundert Millionen Kilometer.

Weiter draußen, im Abstand von etwa einem bis 4,5 Milliarden Kilometern von der Sonne entfernt, kreisen die äußeren Planeten: Jupiter, Saturn mit seinen Ringen, Uranus und ganz außen Neptun. Sie bestehen aus Gas (vor allem Wasserstoff und Helium) und sind viel größer als die inneren Planeten. Jupiter und Saturn sind etwa zehn Mal so groß wie die Erde, deshalb nennt man sie auch die Gasriesen.

Und schließlich gibt es noch Asteroiden, Kometen und Staubwolken, die auch um die Sonne kreisen. Die Anziehungskraft der Sonne hält alle diese Himmelskörper zusammen und zwingt sie, wie an einer langen Leine im Kreis zu fliegen. Alles zusammen nennt man das Sonnensystem. Auch die Monde gehören dazu – aber sie werden von der Anziehungskraft der Planeten festgehalten.

Aber warum hat die Sonne überhaupt Planeten? Das hängt damit zusammen, wie die Sonne entstanden ist: Eine Wolke aus Gas und Staub zog sich durch ihre eigene Schwerkraft zusammen und wurde zu einem Stern. Doch nicht alles Material dieser Wolke wurde im Stern „verbaut“ – etwa ein Prozent blieb übrig. Und als die Sonne dann zu leuchten begann, drückte die Strahlung die restliche Materie wieder nach außen.

Die leichten Gase wurden dabei weit nach außen geschoben, der schwerere Staub und Gesteinsbrocken blieben in der Nähe der Sonne. Aus diesen Staub- und Gaswolken entstanden im Laufe der Zeit die Planeten. Daher gibt es im Sonnensystem außen die Gasplaneten, weiter innen die Gesteinsplaneten – darunter unsere Erde – und ganz in der Mitte die Sonne. Sie enthält 99% der Masse des Sonnensystems und hält mit ihrer Schwerkraft alles zusammen.

Was ist die Milchstraße?

Wenn man in einer klaren Nacht zum Himmel schaut, kann man ein helles Band erkennen, das sich quer über den Himmel zieht. Weil es so milchig-hell aussieht, nennt man es die Milchstraße. Die alten Griechen dachten, hier hätten die Götter Milch verschüttet und nannten es „Galaxis“ – nach dem griechischen Wort für Milch.

Die Milchstraße erscheint uns als helles Band am Himmel.
Quelle: imago/blickwinkel

Natürlich besteht die Milchstraße nicht wirklich aus Milch. Wenn man sie mit einem Fernrohr anschaut, erkennt man, dass sie aus ganz vielen Sternen besteht. Mit bloßem Auge verschwimmt ihr Licht zu einem hellen Band. Aber warum sammeln sich so viele Sterne in diesem engen Streifen Himmel?

Karte der Milchstraße mit Standort der Sonne
Quelle: NASA/Adler/U. Chicago/Wesleyan/JPL-Caltech

Um dieses Rätsel zu lösen, mussten die Astronomen noch viel weiter ins All hinaus schauen. Dort entdeckten sie helle Flecken, die sie „Nebel“ nannten. Mit einem starken Teleskop erkannten sie, dass diese Nebel eine Ansammlung von vielen Milliarden Sternen sind – und dass die meisten Nebel die Form einer großen, flachen Scheibe hatten. Damit war klar: Die Sonne selbst ist ein Stern in einer solchen Scheibe. Und weil wir mitten in dieser Scheibe leben, sieht sie für uns aus wie ein Streifen, der sich um uns herum über den Himmel zieht.

Unsere nächste Nachbargalaxie: Der Andromeda-Nebel
Quelle: NASA/JPL-Caltech/UCLA

Diese Scheibe, unsere Galaxie, besteht aus mehreren hundert Milliarden Sternen, ihren Planeten und jeder Menge Staub und Gas. Diese Materie zieht sich mit ihrer Schwerkraft gegenseitig an, so behält die Galaxie ihre Form: Eine flache Scheibe, bei der die Sterne in Spiralarmen angeordnet sind und um das Zentrum der Galaxie kreisen.

Unsere Sonne ist zwar der Mittelpunkt des Sonnensystems, aber selber nur ein kleiner Stern in einem äußeren Spiralarm der Milchstraße. Sie bewegt sich also auch und braucht für eine Runde etwas mehr als 200 Millionen Jahre.

Selbst unsere Galaxie ist keineswegs etwas Besonderes, sondern nur eine mittelgroße Galaxie unter vielen Milliarden im Universum. Die nächste Galaxie ist der Andromedanebel, etwa 2 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. So führt ein einfacher Blick in den Himmel ganz schnell in unvorstellbare Weiten hinaus.

Wie ist das Universum entstanden?

Am Nachthimmel können wir mit dem bloßen Auge viele tausende Sterne sehen. Mit großen Teleskopen können wir noch viel weiter ins Weltall hinausschauen – über 100.000.000.000.000.000.000.000 Kilometer, das ist eine Eins mit 23 Nullen! Wir sehen Milliarden von Galaxien, und darin wieder Milliarden von Sternen. Kurz gesagt: Das Universum ist unvorstellbar groß und voller Sterne. Aber wie ist es entstanden?

Blick ins All mit dem Hubble-Teleskop
Quelle: imago stock&people

Wissenschaftler beobachten ständig das Universum. Dabei haben sie eine interessante Beobachtung gemacht: Alle Galaxien im Universum fliegen voneinander weg – und zwar je schneller, umso weiter sie entfernt sind. Das Weltall dehnt sich also aus und wird immer größer.

Am Anfang stand eine große Explosion
Quelle: imago stock&people

Das bedeutet umgekehrt: In der Vergangenheit war das Weltall kleiner. Wenn man die Bewegung der Galaxien weit zurückverfolgt, treffen sich alle zu einem Zeitpunkt vor etwa 14 Milliarden Jahren. Damals war das gesamte Universum mit allem, was wir heute darin sehen, nicht größer als ein Stecknadelkopf – ungeheuer dicht zusammengepresst und sehr heiß. In einer gewaltigen Explosion, die man „Urknall“ nennt, flog alles auseinander: Das Universum war geboren und dehnt sich seitdem in alle Richtungen aus.

Und was war vor dem Urknall? Das wissen wir nicht, denn weiter als bis zum Urknall können die Wissenschaftler nicht zurückrechnen.