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Machen wir ein kleines Experiment: Gießt man heißen Kaffee in ein Glas
— nicht in eine Tasse, da wir ja sehen wollen, was in der
Flüssigkeit passiert — so kühlt der Kaffee an der Oberfläche ab
und sinkt zu Boden. Heißer Kaffee steigt auf und ersetzt den
absinkenden: es bildet sich eine konvektive Strömung. (Randbemerkung:
Rührt man Milch unter den Kaffee, die bereits leicht sauer ist, so kann
man die Auf- und Abströmung besonders schön sehen.)
Wenn man nach Zugabe der Milch den Kaffee nicht umrührt, so stellt
sich ein neues Strömungsmuster ein: Die Konvektion reicht nicht aus,
um die bodennahe Milch, die etwas schwerer ist als Wasser, mit dem
Kaffee zu mischen. Stattdessen tritt nach wenigen Minuten im
Übergangsbereich zwischen der Milch und dem Kaffee eine Schichtbildung
auf. (Das Experiment funktioniert am besten mit fettarmer
Kondensmilch). Die Konvektion findet nun innerhalb der einzelnen
Schichten statt, nicht global im ganzen Glas. Dieses Phänomen nennen
die Physiker doppelt-diffusive Konvektion; in der Natur tritt es
beispielsweise unter der arktischen Eisdecke auf, wo kaltes Süßwasser
über wärmeres Salzwasser geschichtet wird. Eine ähnliche
Schichtbildung tritt auch in ostafrikanischen Vulkankraterseen auf.
Die doppelt-diffusive Konvektion kann auch im Inneren von Sternen
auftreten, wo Wasserstoff zu Helium fusioniert. Durch die Hitze der
Kernfusion wird eine Konvektion angetrieben, die aber durch das (im
Vergleich zu Wasserstoff) schwerere Helium behindert wird: das Helium
mischt sich kaum mit der restlichen Sternmaterie, es bleibt wo es
entstanden ist.
Die genaue Verteilung vom Helium im Stern hat aber einen starken
Einfluss auf seine weitere Entwicklung. Im Laufe der langen Lebenszeit
eines Sterns können auch schwache Mischungsprozesse diese Verteilung
schließlich ändern. Für die Sternentwicklung ist es also wichtig zu
wissen, wie schwach das Mischen genau ist.
Wissenschaftler am MPA haben nun ausführliche Simulationen
durchgeführt, um das Ausmaß der Mischung bei der Schichtbildung zu messen.
Wie auch in den genannten geophysikalischen Beispielen,
stellt sich heraus, dass in Sternen die Vermischung sehr gering ist.
Sie ist viel kleiner, als bisher in den meisten Theorien
angenommen; ihr Effekt auf die Entwicklung eines Sterns ist daher
wahrscheinlich vernachlässigbar.
F. Zaussinger, H. Spruit
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