Zustand und Temperatur

- weshalb sind Sterne Kugeln

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Der Mensch braucht für seinem organischen Körper einen eng begrenzten Temperaturbereich, weil sonst die biologische Funktion der Moleküle in Zellen nicht möglich ist oder die Zellen zerstört werden. Entscheidend dafür ist das biochemische Material und dessen wichtigstes Milieu, das flüssige Wasser. Irdisches Leben kann auch in grösseren Temperaturbereichen existieren - jedoch nicht menschliches.

Unser Leben ist möglich (als eine Voraussetzung) dank der günstigen Kombination geographischer Randbedingungen, der Zusammensetzung der Erdatmosphäre und der Grösse der Astronomischen Einheit (AE, Mittelwert des Abstandes Sonne-Erde).

Planeten müssen eine minimale Grösse haben, um eine Atmosphäre mit einer bestimmten Temperaturverteilung gravitativ zu halten.

Dann kommt noch der Planet Jupiter: mit seiner Grösse kann er nicht sich zum zweiten Stern entzünden, wie die Sonne. Es wird angenommen dass Jupiter mit seiner Bahn, zusammen mit seiner grossen Masse die Bahnen der Asteroiden beeinflusst.

Was wäre auf der Erde passiert, wenn der Jupiter leichter oder schwerer wäre ... Zu grosse Jupiter-ähnliche Planeten werden Sonnen. Was, wenn  die Sonne ein enger Doppelstern wäre.... und die Erde gäbe es nicht. Distanzen zwischen Doppelsternen können aber auch 2000 AU sein (alpha und proxima centauri).

Es gibt Vermutungen, dass gravitative Einflüsse in die Heliosphäre hinen für die Entwicklung innerhalb des Sonnensystems wichtig waren.

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Der Kosmos beinhaltet die Extreme: Die tiefsten Temperaturen nahe am Nullpunkt z.B. im interstellaren Raum (12^o Kelvin, etwa - 260^o Celsius) und hohe Temperaturen (z.B. 10⁷ - 10^{9  o} Kelvin in Kernverschmelzungen) in den Sternen.

Das Verhalten der Materie ist temperaturabhängig. Kräfte wirken zwischen Molekülen (aus mehreren Atomen). Diese Anziehungs-Kräfte können durch mikroskopische Bewegung ab bestimmten Temperaturen überwunden werden. Dann bewegen sich andere "Teile" autonom, als bei tieferer Temperatur. Es können mikroskopisch unterschiedliche Zustände unterschieden werden (vereinfachte Beispiele):

Bereich unterhalb etwa 1000^o Celsius:

• flüssiges Wasser zwischen Eis (0^o C) und reinem Wasserdampf (374^o C)
• feste Gesteine
• Kristallwasser von Erzen tritt aus bei  500^o C
• Minerale können sich chemisch verändern
  Kalk CaCO₃ -> CO₂  CaO, bei 908^o C
   

Bereich von 1000 bis 2000^o C:

• Fester Boden wird flüssig
• Makromoleküle zerreissen noch nicht, jedoch beginnt das Schmelzen
• Quarz schmilzt bei 1550^o C

Bereich von 2000 bis 4000^o C:

Nur noch wenige Stoffe bleiben formbeständig (Graphit, Diamant, Molybdän, Wolfram)

• alles beginnt letztlich zu sieden
• Kovalente Bindungen (Atome mit gemeinsamen Elektronenpaaren) beginnen sich aufzulösen ein Teil der Wasser-Moleküle bei 3500^o C
• Moleküle beginnen sich in ihre Atome zu spalten, die Kräfte zwischen den Elektronen-"Hüllen" genügen nicht mehr

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Weshalb sind Sterne Kugeln?

In der Konvektionszone der Sonne können wegen der relativ geringen Temperatur Gase existieren (1'000 - 10'000 Grad K) - anderswo ist die Sonne heisser. Es gibt kein externes Gravitationsfeld oder eine bedeutende Raumkrümmung, welche die Form der Sonne beeinflussen würde. - lediglich die eigene Gravitation der Partikel wirkt. Es gibt keine Bindungen oder Gitter mit Anisotropie. Die Eigenmasse ist genügend gross, um unregelmässige Formen auszuschliessen. Rotation wird hier nicht betrachtet.

SN 2002 AP Supernova