Fragen Sie Ethan Nr. 108: Gibt es sofort Sonnenlicht?
Die Sonne erhält Energie durch Synthese im Kern. Aber kann Licht auf seiner Oberfläche erscheinen?
Vögel singen nach einem Sturm; Warum freuen sich die Menschen nicht über das ihnen zugeteilte Sonnenlicht?
- Rose Kennedy
Dennoch wäre das Licht der Sonne an sich für uns sterblich, wenn wir uns im Moment ihres Erscheinens mit ihm treffen würden. Wie immer enttäuschen Sie mich nicht mit Ihren Fragen und Vorschlägen , und ihr Spektrum hat sich von Inflation über Schwarze Löcher bis hin zur Vernichtung von Antimaterie erstreckt, aber ich wähle nur eine Frage pro Woche. Diesmal fragt kbanks64:Ich habe oft gehört, dass es Tausende von Jahren dauert, bis das Sonnenlicht vom Sonnenzentrum aus die Oberfläche erreicht. Ich verstehe das, aber ich möchte fragen - gibt es Licht auf der Oberfläche der Sonne, um es sofort zu verlassen?Die Sonne ist eine interessante Sache, und das Licht der Sonne ist eine noch interessantere Sache! Lass es uns richtig machen.
Wenn es keine Kernfusion gäbe, wäre die einzige Energiequelle der Sonne unsere native Schwerkraft. Lord Kelvin glaubte zunächst, dass die Sonne mit der Zeit schrumpfen würde und dass dabei eine große Menge potenzieller Gravitationsenergie in Wärme umgewandelt wird, die von ihrer Oberfläche abgestrahlt wird.Es war eine großartige Idee, aber ein solcher Prozess würde die Sonne nicht länger als 100 Millionen Jahre ernähren, was aus geologischer und biologischer Sicht, die wir auf der Erde beobachten, völlig unzureichend ist. Einige Sterne - wie weiße Zwerge (einschließlich Sirius B im obigen Bild, dessen Masse mit der solaren vergleichbar ist) - werden von einem solchen Kelvin-Helmholtz-Mechanismus angetrieben, aber ihr Leuchten ist mehrere Millionen Mal schwächer als das der Sonne.
Das Licht der Sonne wird durch Kernfusion angetrieben, bei der aus leichten Kernen schwere Stoffe synthetisiert werden. Dabei werden eine große Menge an Energie (E = mc 2 ) und hochenergetische Photonen emittiert .Wie unser Leser bemerkt, finden diese Reaktionen jedoch nur im Kern statt, und eine große Anzahl ionisierter Atome - Protonen, Kerne und freie Elektronen - verhindern, dass diese Photonen die Oberfläche der Sonne erreichen, ohne zuvor eine große Anzahl von Kollisionen eingehen zu müssen. Aufgrund dessen wird eine große Anzahl von viel kälteren Photonen mit Wellenlängen aus dem ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich anstelle der ursprünglichen Gammastrahlung erhalten.
Die Kernfusion erfolgt schrittweise, wenn zwei Protonen zu einem Deuteron verschmelzen, dann wird Helium-3 oder Tritium aus Deuterium synthetisiert und Helium-4 wird aus Helium-3 oder Tritium mit einem anderen Deuteron synthetisiert, und die Reaktionsnebenprodukte werden in Form von Protonen und erhalten Neutronen sowie Neutrinos und hochenergetische Photonen.• Neutrinos verlassen die Sonne frei.• Hochenergetische Photonen unterliegen einer großen Anzahl von Kollisionen, und das Ausgehen dauert Zehntausende bis Hunderttausende von Jahren.• Die Reaktionsprodukte bleiben stabil, zersetzen sich oder nehmen an anderen Reaktionen teil, aber all dies geschieht in den Tiefen der Sonne.
Der Synthesevorgang erfordert Quantenphysik: Energie, selbst im Kern der Sonne, wo die Temperaturen 15.000.000 K überschreiten können, reicht für den Durchgang noch nicht aus. Stattdessen gibt es bei solchen Temperaturen eine kleine Quantenwahrscheinlichkeit in der Größenordnung von 1 Chance in 10 28 , dass die Teilchen während einer Kollision in einen schwereren Kern tunneln. Aber innerhalb der Sonne gibt es solche Dichten und Temperaturen, dass jede Sekunde 4 * 10 38 Protonen zu Helium verschmelzen.
Diese Reaktionen treten jedoch nicht oberflächennah auf. Selbst mit Hilfe der Quantenphysik erfordert die Synthese eine Temperatur von mindestens 4.000.000 K, und diese Temperaturen enden ungefähr in der Mitte der Strahlungszone (mehr als 99% der Gesamtsynthese finden im Kern statt). Also, nein, keine Synthesereaktionen, die die Sonne speisen, finden so nahe an der Oberfläche statt, dass ihre Ergebnisse unsere Augen erreichen.
Aber auf der Sonne passiert noch etwas anderes: Das Hochtemperaturplasma umgibt die Photosphäre, die Sonnenkorona. Dieses heiße ionisierte Plasma kann Temperaturen von Millionen Grad erreichen, im Gegensatz zu nur 6000 K in der Photosphäre. Darüber hinaus gibt es Sonneneruptionen, die von der Sonne ausgehen, Massenemissionen und andere Effekte, die an bestimmten Stellen die Sonnentemperatur erhöhen.Und obwohl diese Effekte nicht zum Start zusätzlicher Kernfusionsreaktionen führen, verändern sie das Profil der Energieemission. Das Spektrum, das ich zuvor gezeigt habe, ist nur eine idealisierte Lüge.So sieht die Sonne tatsächlich aus.
Beachten Sie, wie unterschiedlich es ist. Es ist im fernen ultravioletten und nahen Röntgenbereich energetischer (aber es gibt immer noch keine Gammastrahlen, sorry; nur bei Ausbrüchen - und dies ist auf Schockerwärmung und nicht auf Kernfusion zurückzuführen). Der Unterschied kann durch Betrachten einzelner, spezifischer Lichtwellenlängen verstanden werden.Wir beobachten, dass das sichtbare Licht auf der Oberfläche der Sonne ziemlich gleichmäßig ist (mit Ausnahme von kälteren Flecken) und das Licht in der Nähe von Ultraviolett ungefähr dem gleichen Muster folgt. Bei kürzeren Wellen und hohen Energien werden diese Energien jedoch nur in den Bereichen Fackeln und Sonnenkorona erreicht.
Das Licht, das von den äußeren Schichten der Sonne - von der Photosphäre und der Korona - ausgeht, fällt mit der Strahlung eines Körpers im Universum zusammen, der auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird. Es ist nicht eine einzelne Oberfläche der Sonne, die sie ausstrahlt, sondern eine Reihe absolut schwarzer Körper, von denen sich einige in den Tiefen der oberen Schichten befinden, wo die Temperatur höher ist, und andere außerhalb in der Photosphäre, wo die Temperatur niedriger ist.In Anbetracht der Details des Sonnenstrahlungsspektrums sehen wir daher Abweichungen von einem vollständig schwarzen Körper, nicht nur bei hohen Energien, sondern auch bei allen Energien.
Daher am Ende:• Die Kernfusionsreaktionen innerhalb der Sonne gehen sehr tief und keine in ihnen erzeugten Photonen erreichen die Oberfläche, ohne dass viele Kollisionen auftreten.• Licht wird von den äußeren Schichten der Sonne, von der Photosphäre und der Korona emittiert.• Die Korona ist der heißeste Teil (warum ist es ein separates Problem) und sie ist für den größten Teil der Strahlung im ultravioletten und Röntgenbereich verantwortlich, aber ihr Beitrag zum sichtbaren Licht ist gering und macht sich nur bei totalen Finsternissen bemerkbar.• Kernreaktionen treten nicht in Regionen auf, die Licht emittieren. Manchmal tritt jedoch aufgrund von Ausbrüchen eine Schockerwärmung auf, die zur Emission energiereicher Gammastrahlen führt.
Genau genommen ist dies alles Sonnenlicht, und dies ist die Option, die der Antwort „Ja“ am nächsten kommt. Die Energie der Innenseiten der Sonne erwärmt alle ihre verschiedenen Schichten, einschließlich der äußeren, auf die angegebenen Temperaturen. Auf diese Temperaturen erhitzte Atome emittieren Photonen, die diesen Temperaturen entsprechen, und dies erzeugt Sonnenlicht bei all diesen verschiedenen Frequenzen.Wenn das Wesentliche der Frage jedoch war, ob Kernreaktionen nahe genug an der Oberfläche stattfinden, damit wir ihr unmittelbares Ergebnis sehen können, ist die Antwort negativ - es sei denn, Sie betrachten die Sonne durch ein Neutrino-Teleskop.
Und in diesem Fall werden wir sie alle sehen!Source: https://habr.com/ru/post/de399401/
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