Silizium in und aus dem Weltall

Silizium im Weltall

Geburtsstunde des Sterns

Staubwolke aus Gas (dessen Dichte im Weltall 2 Wasserstoffatome pro cm³ beträgt) und verdichtetem interstellarem Staub (dessen zweitwichtigster Bestandteil SiO₂ ist). Die Dichte von Materie im Weltall muss um das 1024-fache ansteigen, um einen Stern wie die Sonne zu bilden. Dafür gibt es dichtere und kältere Bereiche, so genannte Molekülwolken. Durch Außeneinwirkung (z.B. Druckwellen einer Supernovaexplosion) wird nun die Kontraktion in Gang gesetzt:

die Teilchen ziehen sich immer mehr an und bilden Ansammlungen, die je größer sie sind immer mehr Materie anziehen
allmählich wird es immer dichter und heißer (→ Wolke strahlt ihre Wärme ab)
ab einem gewissen Zeitpunkt funktioniert dieser Kühlungsprozess nicht mehr und die Temperatur steigt ungehindert
ab 2000 K werden Wasserstoffmoleküle in atomarem Wasserstoff gespalten (dies kostet Energie)
ab 10000 K werden Wasserstoffatome ionisiert, wodurch ein Plasma aus Elektronen und Protonen entsteht (dies kostet ebenso Energie)

Hat die Wolke diesen Prozess hinter sich gebracht, so beschreitet sie eine weitere Entwicklung bei der die Kernfusion eine maßgebende Rolle spielt:

bei 106 K besitzen die Protonen eine so hohe Energie, dass sie ihre Abstoßungskräfte überwinden → Protonenverschmelzung
beim Wasserstoffbrennen verschmelzen 4 H zu 1 He
die Massendifferenz wird in Form von Energie frei (Strahlungsenergie, die den Stern gegen die Gravitation endgültig stabilisiert)

Hat diese erste Fusion gezündet, so wird im Inneren des Sterns permanent Wasserstoff zu Helium fusioniert, bis kein Wasserstoff mehr vorhanden ist. Dann wird Helium zu anderen Elementen verschmolzen.

Siliziumbrennen

²⁸Si fusioniert zu ⁵⁶Ni welches wegen seiner hohen Instabilität zu ⁵⁶Co und dieses wiederum zu ⁵⁶Fe zerfällt.
die Massendifferenz bei dieser Fusion ist wesentlich geringer, wie die des Wasserstoffbrennens, wodurch sich zeigt, dass die Effektivität der verschiedenen Fusionen immer mehr abnimmt
⁵⁶Fe kann nicht weiter fusioniert werden, weil diese Vorgang im Gegensatz zu den anderen Prozessen Energie kostet und nicht erzeugt

Endet die Siliziumfusion im Kern des Sterns, so stürzt das Kräftesystems in sich zusammen und es kommt zur erneuten Kontraktion.

das Brennen erlischt, wodurch die gegenhaltende Kraft zur Gravitation wegfällt
das Zentrum erhitzt sich solange, bis Eisen gespalten wird (kostet Energie)
durch Hitze werden Abstoßungskräfte zwischen Protonen und Elektronen überwunden → die Elektronen werden in die Protonen gepresst und es entstehen Neutronen, welche enger aneinander liegen können, da sie elektrisch neutral sind
der Elektronendruck fällt weg und es wird mehr Platz für nach fallendes Material geschaffen (innerhalb von Millisekunden)
die Stoßwelle der äußeren Schichten fällt auf das Zentrum zu bis die Dichte so hoch ist, dass die Neutronen aneinander stoßen → Neutronenkern ist inkompressibel
schlagartiger Stopp → Druckwelle prallt vom Kern ab
reflektiertes Material bildet Stoßfront, die das Material das auf den Kern noch zufällt zusammenpresst → hohe Temperatur
Druckwelle bekommt durch neue Fusionen neue Energie
erreicht Sternoberfläche und wird in den Weltraum geschleudert → Supernovaexplosion

Durch diese Explosion, die den sterbenden Stern zerreißt, werden alle jene Elemente, die im Stern zuvor gebildet wurden ins Weltall geschleudert und reichern das interstellare Material mit sämtlichen Elementen unseres Periodensystems an.

Für die Entstehung des Planetensystems, betrachtet man einen Stern der sich gerade in seiner Geburtsstunde befindet:

der Stern verdichtet sich und je mehr Masse er bekommt, umso höher wird sein Drehimpuls
die daraus resultierende Zentrifugalkraft erfordert eine Abflachung des Systems in Äquatorebene (→ Scheibenform)
im Inneren (am Rande des Sterns) beträgt die Temperatur 1000 K und Außen (am Scheibenrand) 50 K
das Wasserstoffbrennen zündet im Stern → es entsteht ein Sonnenwind, der allmählich alles Material nach außen bläst
Gesteinsplaneten können nur durch Zusammenlagerung oder Zusammenstöße wachsen
die äußeren Planeten (Gasplaneten) befinden sich in einem Bereich, in dem das vom Sonnenwind weggeblasene Gas an die Planetenkeime kondensieren kann
nach 10 Millionen Jahren hat der Sonnenwind alles Gas weggeblasen

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Silizium aus dem Weltall

»Hauptlieferanten« aus dem Weltall sind zum einen Asteroiden und zum anderen Kometen.

Asteroiden

(= Kleinplanet) bestehen hauptsächlich aus Stein (und dieser wiederum zu 18% aus Silizium)
Herkunft = Asteroidengürtel → zwischen Mars und Jupiterbahn
konnten sich wegen Jupiteranziehungskräften nicht zusammenlagern und so keine Gesteinsplaneten bilden
können abgelenkt und aus nahezu kreisförmiger Bahn um die Sonne, herauskatapultiert werden

Kometen

sehr exzentrische Bahn um die Sonne
kurzperiodisch (Umlaufzeit = weniger als 200 Jahre): Herkunft = Kuipergürtel (außerhalb der Neptunbahn) → ausbrechen durch Wechselwirkung mit Neptun
langperiodisch (Umlaufzeit = mehr als 200 Jahre): Herkunft = Oortsche Wolke (Schale um die Sonne in 300 bis 100000 AE) → Ausbrechen durch Wechselwirkung mit anderem Stern
bestehen zu 50% aus Stein

Diese Kometen und Asteroiden können wie bereits kurz erwähnt eben durch Wechselwirkungen mit anderen Planeten aus ihrer Umlaufbahn gebracht werden und sogar so weit abgelenkt werden, dass sie früher oder später auch die Umlaufbahn der Erde kreuzen und mit so auch mit ihr zusammenstoßen. So gelangt auch Silizium auf die Erde.

Sonja Greil