167 Petawatt


Früher dachte man mal, die Sonne wäre kleiner als die Erde und würde zusammen mit Mond und allen anderen Planeten um die Erde kreisen. Heute wissen wir das besser und können sogar die Leistung angeben mit der die Sonne unsere Heimat beleuchtet.

Bild: NASA Goddard Laboratory for Atmospheres and Yohkoh Legacy data Archive – NASA Goddard Laboratory for Atmospheres http://rsd.gsfc.nasa.gov/rsd/images/yohkoh.htmlhttp://rsd.gsfc.nasa.gov/rsd/images/yohkoh_l.gifYohkoh mission of ISAS, Japan. The Yohkoh Soft X-ray telescope was prepared by the Lockheed-Martin Solar and Astrophysics Laboratory, the National Astronomical Observatory of Japan, and the University of Tokyo with the support of NASA and ISAS.http://ylstone.physics.montana.edu/ylegacy/, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=38853089

 

 

#167 Petawatt

Ich weiß ja aus meiner Hörerumfrage, dass die Hörer meines Podcasts aus allen Schichten und allen Altersgruppen kommen. Deswegen kann es jetzt natürlich locker sein, dass Du vielleicht auch noch in der Schule bist oder gerade im Studium steckst.

Für alle anderen: Kurze Erinnerung an den Physikunterricht: Was genau ist nochmal ein Watt? hmmmm, war viel zu einfach, gell? Ja. Zur Erinnerung trotzdem vielleicht nochmal ganz kurz von mir zusammengefasst: Das Watt kommt von dem gleichnamigen James Watt. Der hat seinerzeit den Wirkungsgrad von Dampfmaschinen verbessert und wurde dafür berühmt. Und das Watt wird verwendet, um Leistung zu beschreiben. Das kann man sich auf verschiedene Arten anschauen. Die Wikipedia listet drei.

Eine ist: Pro Sekunde eine mechanische Arbeit von 1 Joule – also etwa 1 Sekunde über die Strecke von 1 Meter, die Kraft von 1 Newton aufwenden. Das ist ein Watt. Wir kennen es dann auch noch oft von elektrischen Geräten. Da ist ein Watt gleich der Leistung, um bei einer elektrischen Spannung von 1 Volt einen elektrischen Strom von 1 Ampere fließen zu lassen. Und dann gäbe es noch pro Minute 1 Gramm Wasser um ca. 14,3 Calvin – also innerhalb 1 Minute von 15 Grad, auf etwa 29,3 Grad Celsius zu erwärmen. Das wäre auch eben die Leistung von 1 Watt. Ganz so richtig greifbar ist es also für Nicht-Physiker jetzt auch nicht wirklich.

Aber man kann damit ganz gut rechnen und greifbarer wird es, wenn man sich ein paar Vergleichswerte anschaut. Beispielsweise ist 1 Watt die maximale Schallleistung eines großen LKW-Motors. Und das menschliche Herz schlägt mit ungefähr 1,5 Watt. 1,5 Watt sind auch in etwa die durchschnittliche Leistung eines Handys. Das menschliche Gehirn verbraucht ungefähr 20 Watt, also in etwa die Leistung einer schwachen Glühbirne und das rückt auch so manches, was wir als Errungenschaft haben in Perspektive.

Nehmen wir beispielsweise mal den Erfolg von alphago – dieses Computer-Programm, das vor kurzem die erst in 10 Jahren prognostizierte Leistung vollbracht hat, einen menschlichen Go-Spieler in diesem Brettspiel zu schlagen. Naja, der menschliche Go-Spieler hat das mit 20 Watt versucht zu machen und hatte damit bisher auch Erfolg. alphago hat ein Rechenzentrum im Hintergrund gehabt, das garantiert ein paar mehr Watt Leistung gebraucht hat, als dieses menschliche Gehirn.

Aber machen wir einfach mal weiter: 500 – 1.000 Watt ist die mittlere elektrische Leistungsaufnahme eines 4-Personen Haushalts. Ungefähr 400 Watt hat ein Radrennfahrer während einer Bergetappe Trittleistung. Und 735,49875 Watt entsprechen 1 PS. Und jetzt wird es spannend – wir sind jetzt langsam eigentlich im Kilowattbereich und Kilowattbereich sind natürlich 1.000 Watt. Kilo = 1.000 – klar. Und da gibt es eine interessante Angabe in der Liste, die ich gerade vor mir habe, nämlich: 500 Kilowatt ist die Leistung des Sonnenkraftwerks Mon Soleil. Das ist die größte Schweizer Photovoltaikanlage zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie.

Und das ist insofern spannend, weil wir da beim Anlass für die heutige Folge angekommen sind, nämlich der Energie, die unser Zentralgestirn, die Sonne, von sich gibt. Die taucht nämlich die Oberfläche der Erde jeden Tag in 167 Petawatt Leistung. Was ist ein Petawatt? Nähern wir uns einfach mal weiter:

Nach dem Kilowatt kommt das Megawatt. Das Megawatt sind 1 Millionen Watt. Der ICE 3 hat zum Beispiel 8 Megawatt Antriebsleistung. Das ist schonmal ganz ordentlich. Und die größte Photovoltaikanlage der Welt, 2014, hatte 320 Megawatt Maximalleistung.

Nach dem Megawatt kommt natürlich das Gigawatt und 1 Gigawatt ist ungefähr die Leistung, die ein typisches Kernkraftwerk produziert. 152,9 Gigawatt ist die installierte Leistung aller deutschen Kraftwerke, Stand 2009. Das ist inzwischen wahrscheinlich nicht mehr wirklich akkurat, aber weniger ist es vermutlich auch nicht geworden.

Nach dem Gigawatt kommen Terawatt. 1 Terawatt sind 1 Billionen Watt. 44 Terawatt sind etwa die Leistung, die die Erde als Wärme am Erdmantel und Erdkern abgibt. Trotzdem gibt es Technik, die im Terawattbereich Energie erzeugt. Beispielsweise: 300 Terawatt wäre die Impulsstrahlungsleistung des Herkules-Lasers der University of Michigan.

Und nach den Terawatt kommen sie dann endlich: Die Petawatt. 1 Billiarde Watt entsprechen einem Petawatt. 1,5 Petawatt etwa ist die Wärmeleistung, die der Golfstrom transportiert. 2 Petawatt ist der Rekord für den stärksten Laserpuls und 167 Petawatt ist eben die Leistung, die die Sonne auf unsere Erde abgibt. Davon erreicht ungefähr die Hälfte die Erdoberfläche. Und dabei ist unsere Sonne noch nicht mal besonders groß oder besonders hell oder besonders leistungsstark. Aus der Beobachtung des Kosmos wissen wir inzwischen, dass wir so eine mittlere Sonne eigentlich “nur” haben und dass die zwar sehr beeindruckend, aber im Vergleich mit all den anderen Sonnen da draußen nix Spezielles darstellt.

Früher dachte man ja bekanntlich, dass sich die Sonne, genauso wie alle anderen Himmelskörper um die Erde drehen – das sogenannte geozentrische Weltbild. Das hat seinerzeit Nikolaus Kopernikus ins rechte Licht gerückt. Der lebte 1493 – 1543 und hat dieses geozentrische Weltbild angezweifelt und komplett umgekrempelt. Das war damals eine massiv gewagte Theorie, die dann später von Johannes Kepler bestätigt wurde. Das Ganze nennt man heut die Kopernikanische Wende oder die kosmologische Kränkung – je nachdem welche Perspektive man einnimmt.

Warum Kränkung? – Naja, das war die erste große Kränkung, bei der die Menschheit ihren besonderen Platz im Universum anzweifeln und neu verordnen musste. Es gibt noch zwei weitere große Kränkungen der Menschheit. Die zweite große Kränkung ist die biologische Kränkung. Charles Darwin, der uns im Prinzip klargemacht hat, dass wir eigentlich nichts anderes sind, als eine Art besonders schlauer Affe.

Und die dritte große Kränkung ist die psychologische Kränkung und das ist Sigmund Freud gewesen, der uns klar gemacht hat, dass wir eigentlich noch nicht mal wissen so richtig, was in unserem eigenen Kopf vor sich geht.

Aber wir waren bei der Sonne und die Sonne ist, auch wenn sie vielleicht so mittelgroß und mittelhell ist, durch und durch beeindruckend. Sie ist einer von ungefähr 100 Milliarden Sterne in unserer Galaxie. Und so wie sich unsere Planeten im Sonnensystem um die Sonne drehen, dreht sich eben die Sonne auch um das Zentrum dieser Galaxie, in dem ein riesiges schwarzes Loch vermutet wird. Ein solcher Umlauf in das galaktische Zentrum der Milchstraße braucht 240 Millionen Jahre.

Auf ihrer Oberfläche hat die Sonne 5.500 Grad Celsius Temperatur. Das ist aber nicht der heißeste Punkt der Sonne. Sie ist ein riesiger Kernfusionsreaktor und damit ist sie im Kern über 15 Millionen Grad heiß und auch die Korona, also der äußere Teil der Sonne ist immer noch 1 Millionen Grad heiß. Aber es ist diese ungefähr 5.500 Grad heiße Oberfläche, die das für uns sichtbare Licht abgibt. Der Prozess, mit dem die Sonne diese Energie erzeugt, ist viel mehr als einfach nur ein Verbrennungsvorgang. Hätte man nämlich zur Zeit der Pharaonen einen Kohlehaufen so groß wie die Sonne angehäuft und angezündet, wäre der schon längst abgebrannt. Die Sonne wird aber noch mehrere Millionen Jahre weiter brennen und uns mit Energie versorgen. Denn der Prozess, der bei der Sonne im Gang ist, nennt sich Kernfusion und ist eben weit mehr als einfach “nur” ein Verbrennungsvorgang.

Vielmehr ist es so, dass durch Kernfusion leichtere Elemente zu immer schwereren Elementen verschmolzen werden und dabei Energie freigeben. Dieser Vorgang läuft aber nicht ewig. Irgendwann ist es so, dass der Sonne das Material ausgeht und alle umwandelbaren Elemente umgewandelt wurden. Sonnen an diesem Punkt entwickeln sich in verschiedene Richtungen, aber viele und wahrscheinlich auch unsere Sonne, bäumen sich sozusagen ein letztes Mal auf und explodieren in einer Supernova, in der sie alle schweren Elemente ins All schleudern. Und aus diesen verschiedenen Atomen und Stoffen setzt sich dann alles was wir kennen zusammen. Wir sind also buchstäblich alle aus Sternenstaub – so ein richtig schöner, poetischer Gedanke, findest Du nicht auch?

Bis bald.

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