Das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD) ist das wichtigste Diagramm der Astrophysik:

Im Jahre 1913 entwickelte der amerikanische Astronom Henry Norris Russell aufbauend auf den Arbeiten des dänischen Astronomen Eijnar Hertzsprung das nach ihnen benannte Diagramm: Die Leuchtkraft (im obigen Diagramm bezogen auf die Leuchtkraft der Sonne) wird in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur (in Kelvin) aufgetragen. Dabei erhöht sich die Oberflächentemperatur auf der Oberflächentemperaturachse, anders wie man es von der Mathematik gewohnt ist, von rechts nach links. Es stellte sich heraus, dass die Mehrheit der Sterne in einer groben Linie von links oben nach rechts unten zu finden ist, deshalb nennt man diese Linie die Hauptreihe. Auch unsere Sonne befindet sich auf der Hauptreihe (siehe oben Diagramm). Links oben (hohe Leuchtkraft und hohe Oberflächentemperatur) befinden sich die blauen Riesen, rechts oben findet man die Roten Riesen (hohe Leuchtkraft und niedrige Oberflächentemperatur) und schließlich unten links die weißen Zwerge (niedrige Leuchtkraft und hohe Oberflächentemperatur). Anhand des Hertzsprung-Russell-Diagramms kann man sehr schön die Entwicklung eines Sterns verfolgen. Deshalb wird weiter unten nochmal ausführlicher als im Reiter "Entstehung und Zukunft", der eher für die Mittelstufe gedacht ist, auf die zukünftige Entwicklung der Sonne im Hinblick auf das Hertzsprung-Russell-Diagramm eingegangen:

Hauptreihenstern:

Die Sonne ist ca. 4,6 Milliarden Jahre alt und damit ungefähr in ihrer Lebensmitte. Im Hauptreihenstadium (siehe oben Diagramm) verbleibt die Sonne insgesamt ca. 11 Milliarden Jahre. In dieser Zeit steigt die Leuchtkraft der Sonne auf etwa das Dreifache und der Radius der Sonne auf fast das Doppelte an. Im Alter von 5,5 Milliarden Jahren, d. h. in 0,9 Milliarden Jahren, überschreitet dann die mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche den für höhere Lebewesen kritischen Wert von 30°C. Im Alter von 9,4 Milliarden Jahren versiegt der Wasserstoff im Sonnenzentrum und die Wasserstofffusionszone verlagert sich in einen schalenförmigen Bereich um das Zentrum. Die Wasserstofffusionsschale bewegt sich immer weiter nach außen. Im Alter von ca. 11 Milliarden Jahren verdichtet sich die ausgebrannte Kernzone aus Helium. Dabei wächst der Sonnenradius auf das 2,3-fache an. Die Sonne wird rötlicher und entfernt sich von der Hauptreihe (nach rechts oben im Hertzsprung-Russell-Diagramm, siehe oben Diagramm).

Roter Riese:

Im Alter von 11,7 - 12,3 Milliarden Jahren steigt die Leuchtkraft auf das ca. 2 300-fache der heutigen Leuchtkraft und der Radius auf das ca. 166-fache des jetzigen Radius an (siehe oben Diagramm). Dabei "verschluckt" die Sonne Merkur und Venus. Die Erdkruste ist dann ein Lava-Ozean. (Die Sonne verliert in dieser Phase viel Masse. Dadurch sinkt die Anziehungskraft auf die Planeten, so dass die Bahnradien der Planeten, damit auch der Erdbahnradius, um jeweils 38% zunehmen.)

Helium-Blitz und Helium-Brennen:

Da in der Kernzone keine Fusion mehr stattfindet, verdichtet sie sich aufgrund der eigenen Gravitationskraft, bis die Temperatur hoch genug ist, so dass im Kern Helium zu Kohlenstoff fusionieren kann. Die Heliumfusion beginnt mit einem explosionsartigen Helium-Blitz. Anschließend folgt eine ca. 110 Millionen Jahre dauernde Phase, in der im Kern Helium zu Kohlenstoff fusioniert wird und gleichzeitig in einer weiter nach außen wandernden Schale Wasserstoff zu Helium fusioniert wird. Die Sonne befindet sich in dieser Phase rechts oben im Hertzsprung-Russell-Diagramm (siehe oben Diagramm).

Heliumschalen-Brennen:

Wenn auch das Helium im Kern verbraucht ist, beginnt das Heliumschalen-Brennen, das ca. 20 Millionen Jahre andauert. Weiter außen wird weiterhin Wasserstoff zu Helium fusioniert. Am Ende dieser Phase reicht die Sonnenoberfläche sogar bis an die heutige Erdbahn heran.

Weißer Zwerg und planetarischer Nebel:

In den vorherigen Phasen hat die Sonne viel Masse verloren. Im Kern bleibt nur Kohlenstoff und Sauerstoff übrig. Die Oberflächentemperatur ist so hoch, dass die abgestoßene Gaswolke der Sonne zum Leuchten gebracht wird. Die Sonne befindet sich circa auf einer horizontalen Linie oben im Hertzsprung-Russell-Diagramm. Der leuchtende Ring wird als planetarischer Nebel bezeichnet. Der leuchtende Ring verschwindet nach einigen 10000 Jahren wieder und es bleibt ein weißer Zwerg übrig, der etwa die Größe der Erde, aber noch etwa die Hälfte der heutigen Sonnenmasse hat (siehe oben Diagramm). Die Dichte des weißen Sonnenzwerges beträgt etwa eine Tonne pro cm³. Der weiße Zwerg leuchtet mehrere Milliarden Jahre, bis er schließlich als schwarzer Zwerg ganz erlischt.