Wie unterscheidet man Photonen von Elektronen? Was kommt zu uns von der Sonne?
Wie unterscheidet man Photonen von Elektronen?
Indem man in Physik im Unterricht immer gut aufpasst. Dann weiß man nämlich, in welchen Eigenschaften sich die beiden unterscheiden. Hint: In eigentlich fast allem ist schon mal eine gute Antwort für den Anfang.
Elektronen haben eine Ruhemasse von etwa 9,11 * 10^-31 kg. Das ist ziemlich leicht, aber eindeutig von Null verschieden. Photonen haben Ruhemasse Null.
Weil Elektronen Ruhemasse haben, können sie sich nur langsamer als mit (Vakuum)Lichtgeschwindigkeit bewegen. Photonen können sich nicht anders als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Elektronen tragen elektrische Ladung. Und zwar genau eine Elementarladung. Sie sind negatov geladen. Photonen sind elektrisch neutral.
Wegen ihrer Elementarladung werden Elektronen im Magnetfeld in charakteristischer Weise abgelenkt. Photonen nicht.
Elektronen sind sogenannte Fermionen; sie haben eine halbzahlige Spinquantenzahl; genau gesagt sogar genau 1/2; Fermionen können sich keinen Quantenzustand teilen - sie müssen sich immer in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden. Das sorgt zum Beispiel für die unterschiedlichen Energieniveaus in den Elektronenhüllen der Atome und damit für die chemischen Eigenschaften der Stoffe. Photonen sind sogenannte Bosonen - Kraftteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Sie haben ganzzahligen Spin, genauer gesagt den Spin 1. Sie können deshalb alle in einen gemeinsamen Quantenzustand gebracht werden - was zum Beispiel im Laser der Fall ist.
Was kommt zu uns von der Sonne?
Beides… und noch einiges mehr.
Die Sonne strahlt elektromagnetische Wellen (also Photonen) über den gesamten Energiebereich ab - also weit mehr als nur sichtbares Licht. Das merkt man zum Beispiel angenehm an der Wärmestrahlung und unangenehm an der UV-Strahlung, von der man Sonnenbrand kriegt.
Hier ist ein Bild des Sonnenspektrums:
Die Verteilung der elektromagnetischen Strahlung auf die unterschiedlichen Wellenlängen nennt man ein Spektrum. Das Sonnenspektrum folgt im kontinuierlichen Anteil dem einer Schwarzkörperstrahlung für einen Körper einer Temperatur von so etwa 5800° - der Temperatur in der Photosphäre der Sonne. Diesem thermischen Teil der von der Sonne kommenden Strahlung ist das Linienspektrum überlagert. Dies stammt aus der Absorption einiger Wellenlängen durch die chemischen Bestandteile der Atmosphäre der Sonne … und in der Erdathmosphäre.
Weil das alles elektromagnetische Wellen sind, sind das also "die Photonen" - Beides sind schließlich nur unterschiedliche Modellvorstellungen für ein quantenmechanisches Phänomen, das weder exakt dasselbe ist wie klassische Teilchen noch Wellen.
Von der Sonne kommt aber eben noch mehr zu uns als Strahlung. Die Sonne bläst auch einen Teilchenstrom ins Weltall, den sogenannten Sonnenwind
. Sonnenwind besteht unter anderem aus Elektronen - aber auch anderen geladenen Teilchen wie Protonen oder Alphateilchen und einigen Kernen anderer Elemente.
Der Sonnenwind ist für die Entstehung von Polarlichtern auf der Erde verantwortlich
: Die von der Sonne kommenden elektrisch geladenen Teilchen werden aufgrund ihrer Ladung zu den magnetischen Polen gelenkt und prallen durch auf die Hochatmosphäre der Erde. Durch die Stöße zwischen den Teilchen kommt es dort zu einer Anregung der Luftmoleküle… die wiederum bei ihrer Rückkehr in den Grundzustand elektromagnetische Strahlung freisetzen - das Polarlicht.
Außerdem kommt von der Sonne ständig eine gigantische Zahl Neutrinos
- direkt aus den Fusionsreaktionen im Kern. Etwa 70 Milliarden Neutrinos durchschlagen jede Sekunde jede 1 cm² große Fläche unserer Körperoberfläche - und gehen mit fast Lichtgeschwindigkeit unbemerkt durch uns hindurch.