Basiswissen

Aus potentieller Energie wird Wärme: voneinander entfernte Körper mit Masse ziehen sich immer gegenseitig durch Gravitationskraft an. Ein großer Teil der Anfangsenergie wandelt sich dann in Wärme um, was bis zur „Zündung“ von Sternen führen kann.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Neu entstandene Sterne im Orionnebel © ESA/Hubble & NASA ☛

Kontraktionswärme von Planeten

Warum ist die Erde kein kalter Gesteinskörper? Die Erde ist rund 4,54 Milliarden Jahre alt und strahlt ständig Energie in den Weltraum ab. Warum ist sie über ihre Lebenszeit nicht abgekühlt, wie etwa der Mond? Heute weiß man, dass ein großer Teil der neu erzeugten Wärme aus radioaktiven Prozessen besteht. Bevor man zu dieser Erkenntnis gelangte, spekulierte man, dass sich die Erde aufgrund der Gravitationskraft ständig etwas zusammenzieht und dadurch erwärmt wird. Rechnerisch würde dieser Effekt aber nicht die heute beobachtete hohe Temperatur des Erdinneren erklären.

Kontraktionsenergie von Molekülwolken

Im Weltraum existieren große ausgedehnte Wolken von Molekülen (vorrangig Wasserstoff). Diese Moleküle ziehen sich gegenseitig über die Gravitationskraft ab. Durch die Anziehung können sie sich gegenseitig beschleunigen, also immer schneller aufeinander zu bewegen. Vorherige potentielle Gravitationsenergie wandelt sich dabei in Bewegungsenergie (kinetische Energie um). Kollidieren die Moleküle, kann die Bewegungsenergie in Wärme umgesetzt werden. Beim Zusammenziehen (kontrahieren) wird die anfänglich potentielle Energie in dann andere Energieformen umgesetzt. Diese umgesetze Energie nennt man auch Kontraktionsenergie. Die beschriebenen Effekte können die Molekülwolke so stark aufheizen, dass am Ende ein neuer Stern zündet.^[3] Mehr dazu unter Sternenentstehung ↗

Fußnoten

[1] Anderson, W. Die Theorie von G. I. Pokrowski und die Kontraktionsenergie der Sterne. Z. Physik 55, 386–394 (1929). https://doi.org/10.1007/BF01338672

[2] A. C. Phillips: The Physics of Stars. Second Edition. John Wiley & Sons Ltd. ISBN: 978-0-471-98797-0. Hier vor allem das Kapitel: Gravitational Contraction. Seite 38 ff.

[3] "Kontraktionswärme" als Folge von einer "Gravitationskontraktion aus zuvor gleichförmig verteiltem Gas" beschreibt der Mathematik Roger Penrose (geboren 1931) in: Roger Penrose: Computerdenken. Des Kaisers neue Kleider oder Die Debatte um Künstliche Intelligenz, Bewußtsein und die Gesetze der Physik. Englischer Originaltitel: The Emperor's New Mind (1989). Deutsche Ausgabe: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH. Heidelberg. 1991. ISBN: 3-89330-708-7. Dort im Kapitel "7. Die Kosmologie und der Zeitpfeil". Seite 313.