Geekly articles weekly

اسأل إيثان رقم 108: هل هناك ضوء شمس فوري؟

تستقبل الشمس الطاقة من خلال التوليف في القلب. ولكن هل يمكن أن يظهر الضوء على سطحه؟


الطيور تغني بعد العاصفة. لماذا لا يفرح الناس في ضوء الشمس المخصص لهم؟
- روز كينيدي

ولكن مع ذلك ، فإن ضوء الشمس في حد ذاته سيكون مميتًا بالنسبة لنا إذا التقينا به في لحظة ظهوره. كما هو الحال دائمًا ، لا تخذلني من أسئلتك واقتراحاتك ، وقد امتد طيفها من التضخم إلى الثقوب السوداء وإبادة المادة المضادة ، لكنني أختار سؤالًا واحدًا فقط في الأسبوع. يسأل kbanks64 هذه المرة:

لقد سمعت عدة مرات أن ضوء الشمس يستغرق آلاف السنين للوصول إلى السطح من مركز الشمس. أفهم هذا ، لكني أريد أن أسأل - هل هناك أي ضوء تم إنشاؤه على سطح الشمس لتتركه على الفور؟

الشمس هي شيء مثير للاهتمام ، والضوء من الشمس هو شيء أكثر إثارة للاهتمام! دعنا نحصل على حق.



إذا لم يكن هناك اندماج نووي ، فإن مصدر الطاقة الوحيد للشمس هو الجاذبية الأصلية. اعتقد اللورد كلفن في البداية أن الشمس ستتقلص بمرور الوقت ، وأن كمية هائلة من طاقة الجاذبية المحتملة في العملية ستتحول إلى حرارة مشعة من سطحها.

لقد كانت فكرة رائعة ، لكن مثل هذه العملية ستغذي الشمس لمدة لا تزيد عن 100 مليون سنة ، وهي غير كافية تمامًا من وجهة نظر الجيولوجيا والبيولوجيا التي نلاحظها على الأرض. بعض النجوم - مثل الأقزام البيضاء (بما في ذلك سيريوس ب في الصورة أعلاه ، التي لها كتلة مماثلة للكتلة الشمسية) - تغذيها آلية كلفن-هيلمهولتز ، لكن لمعانها أضعف عدة ملايين مرة من الشمس.



يتم تشغيل ضوء الشمس من خلال الاندماج النووي ، حيث يتم تصنيع الثقيل من النوى الخفيفة ، وفي هذه العملية تنبعث كمية هائلة من الطاقة (E = mc 2 ) والفوتونات عالية الطاقة.

ولكن ، كما يلاحظ قارئنا ، فإن هذه التفاعلات تحدث فقط في النواة ، وعدد كبير من الذرات المتأينة - البروتونات والنواة والإلكترونات الحرة - تمنع هذه الفوتونات من الوصول إلى سطح الشمس دون الاضطرار أولاً إلى الخضوع لعدد كبير من التصادمات. بسببها ، يتم الحصول على عدد كبير من الفوتونات الأكثر برودة ، مع أطوال موجية من نطاقات الأشعة فوق البنفسجية ، المرئية والأشعة تحت الحمراء ، بدلاً من إشعاع جاما الأصلي.



يحدث الاندماج النووي في خطوات ، عندما يندمج بروتونان في الديوتيرون ، ثم يتم تصنيع الهيليوم 3 أو التريتيوم من الديوتريوم ، ويتم تصنيع الهيليوم -4 من الهليوم 3 أو التريتيوم مع ديوتيرون آخر ، ويتم الحصول على المنتجات الثانوية للتفاعل في شكل بروتونات و النيوترونات وكذلك النيوترينوات والفوتونات عالية الطاقة.

• ترك النيوترينوات الشمس بحرية.
• تخضع الفوتونات عالية الطاقة لعدد كبير من التصادمات ، والخروج يستغرق عشرات إلى مئات الآلاف من السنين.
• تظل منتجات التفاعل مستقرة أو تتحلل أو تشارك في تفاعلات أخرى ، ولكن كل هذا يحدث في أعماق الشمس.



تتطلب عملية التوليف فيزياء الكم: الطاقة ، حتى في قلب الشمس ، حيث يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة 15،000،000 كلفن ، لا تزال غير كافية لهم بالمرور. بدلاً من ذلك ، عند درجات الحرارة هذه ، هناك احتمال كمّي صغير ، من أجل فرصة واحدة في 10 28 ، أنه أثناء التصادم تنفق الجسيمات إلى نواة أثقل. ولكن داخل الشمس توجد كثافات ودرجات حرارة بحيث تندمج كل ثاني 4 * 10 38 بروتون في الهيليوم.



لكن هذه التفاعلات لا تحدث بالقرب من السطح. حتى بمساعدة فيزياء الكم ، يتطلب التوليف درجة حرارة لا تقل عن 4000،000 كلفن وتنتهي درجات الحرارة هذه تقريبًا في منتصف منطقة الإشعاع (أكثر من 99 ٪ من التوليف الكلي يحدث في النواة). لذلك ، لا ، لا تحدث تفاعلات توليفية تغذي الشمس بالقرب من السطح بحيث تصل نتائجها إلى أعيننا.



ولكن هناك شيء آخر يحدث في الشمس: فالبلازما ذات درجة الحرارة العالية تحيط بغلافها الضوئي ، الهالة الشمسية. يمكن أن تصل هذه البلازما المتأينة الساخنة إلى درجات حرارة تصل إلى ملايين الدرجات ، على عكس 6000 كلفن فقط في الغلاف الضوئي. بالإضافة إلى ذلك ، هناك توهجات شمسية تنبعث من داخل الشمس ، وانبعاثات كتلة وتأثيرات أخرى تزيد من درجة حرارة الشمس في أماكن معينة.

وعلى الرغم من أن هذه التأثيرات لا تؤدي إلى إطلاق تفاعلات اندماج نووي إضافية ، إلا أنها تغير شكل انبعاث الطاقة. الطيف الذي أظهرته سابقًا هو مجرد كذبة مثالية.

هكذا تبدو الشمس في الواقع.



لاحظ مدى اختلافه. إنه أكثر نشاطًا في المدى البعيد للأشعة فوق البنفسجية والقريبة من الأشعة السينية (ولكن لا توجد حتى الآن أشعة غاما ، آسف ؛ فقط أثناء تفشي المرض - وهذا بسبب تسخين الصدمة ، وليس بسبب الاندماج النووي). يمكن فهم الاختلاف من خلال النظر إلى أطوال موجية محددة من الضوء.

نلاحظ أن الضوء المرئي على سطح الشمس موحد تمامًا (باستثناء البقع الباردة) ، وأن الضوء القريب من الأشعة فوق البنفسجية يتبع نفس النمط تقريبًا. ولكن بالنسبة للموجات الأقصر والطاقات العالية ، يتم تحقيق هذه الطاقات فقط في مناطق التوهج والهالة الشمسية.



يتزامن الضوء المنبعث من الطبقات الخارجية للشمس - من الغلاف الضوئي والهالة - مع إشعاع أي جسم في الكون ، يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة. ليس سطحًا واحدًا للشمس يشعها ، ولكن مجموعة من الأجسام السوداء تمامًا ، يقع بعضها في أعماق الطبقات العليا ، حيث تكون درجة الحرارة أعلى ، والبعض الآخر في الخارج ، في الغلاف الضوئي ، حيث تكون درجة الحرارة أقل.

لذلك ، بالنظر إلى تفاصيل طيف الإشعاع الشمسي ، نرى انحرافات عن جسم أسود بالكامل ، ليس فقط في الطاقات العالية ، ولكن أيضًا في جميع الطاقات.



لذلك ، في النهاية:

• تتفاعل تفاعلات الاندماج النووي التي تجري داخل الشمس بعمق شديد ولا تصل الفوتونات التي تم إنشاؤها فيها إلى السطح دون أن تواجه العديد من التصادمات.
• ينبعث الضوء من الطبقات الخارجية للشمس ، من الغلاف الضوئي والهالة.
• الهالة هي الجزء الأكثر سخونة (لماذا هي قضية منفصلة) ، وهي مسؤولة عن معظم الإشعاع في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية ، لكن مساهمتها في الضوء المرئي صغيرة ، ولا يمكن ملاحظتها إلا عند الكسوف الكلي.
• لا تحدث التفاعلات النووية في المناطق التي ينبعث منها ضوء ، ولكن في بعض الأحيان بسبب الفاشيات ، يحدث تسخين الصدمة ، مما يؤدي إلى انبعاث أشعة غاما عالية الطاقة.



كل هذا ، بصرامة ، هو ضوء الشمس ، وهذا هو الخيار الأقرب للإجابة "نعم". تسخن الطاقة الداخلية للشمس جميع طبقاتها المختلفة ، بما في ذلك الطبقات الخارجية ، إلى درجات الحرارة المحددة. تنبعث الذرات التي تسخن إلى درجات الحرارة هذه من الفوتونات المقابلة لدرجات الحرارة هذه ، وهذا ينتج أشعة الشمس في جميع هذه الترددات المختلفة.

ولكن إذا كان جوهر السؤال هو ما إذا كانت التفاعلات النووية تحدث قريبة بما يكفي من السطح حتى نتمكن من رؤية نتائجها الفورية ، فإن الإجابة ستكون سلبية - ما لم تنظر إلى الشمس من خلال تلسكوب النيوترينو.



وفي هذه الحالة ، نعم ، سنراهم جميعًا!

Source: https://habr.com/ru/post/ar399401/

More articles:


All Articles