Pregúntele a Ethan No. 108: ¿Hay luz solar instantánea?
El sol recibe energía a través de la síntesis en el núcleo. Pero, ¿puede aparecer la luz en su superficie?
Los pájaros cantan después de una tormenta; ¿Por qué la gente no se regocija en la luz del sol que se les asigna?
- Rose Kennedy
Sin embargo, en sí mismo, la luz del Sol sería mortal para nosotros si nos reuniéramos con él en el momento de su aparición. Como siempre, no me decepcionan con sus preguntas y sugerencias , y su espectro se ha extendido desde la inflación hasta los agujeros negros y la aniquilación de la antimateria, pero elijo solo una pregunta por semana. Esta vez, kbanks64 pregunta:He escuchado muchas veces que la luz solar tarda miles de años en llegar a la superficie desde el centro del sol. Entiendo esto, pero quiero preguntar: ¿hay alguna luz creada en la superficie del Sol para dejarla de inmediato?¡El sol es algo interesante, y la luz del sol es aún más interesante! Vamos a hacerlo bien.
Si no hubiera fusión nuclear, la única fuente de energía del Sol sería nuestra gravedad nativa. Lord Kelvin inicialmente creía que el Sol se reduciría con el tiempo y que una gran cantidad de energía gravitacional potencial en el proceso se convertirá en calor irradiado desde su superficie.Fue una gran idea, pero este proceso alimentaría al Sol por no más de 100 millones de años, lo cual es completamente insuficiente desde el punto de vista de la geología y la biología que observamos en la Tierra. Algunas estrellas, como las enanas blancas (incluida Sirio B en la imagen de arriba, que tiene una masa comparable a la solar), son alimentadas por tal mecanismo Kelvin-Helmholtz, pero su luminosidad es varios millones de veces más débil que la del Sol.
La luz del Sol es alimentada por fusión nuclear, en la que se sintetizan los pesados a partir de núcleos ligeros, y en el proceso se emite una gran cantidad de energía (E = mc 2 ) y fotones de alta energía.Pero, como señala nuestro lector, estas reacciones tienen lugar solo en el núcleo, y una gran cantidad de átomos ionizados (protones, núcleos y electrones libres) impiden que estos fotones lleguen a la superficie del Sol sin tener que sufrir una gran cantidad de colisiones. Gracias a ellos, se obtiene una gran cantidad de fotones mucho más fríos, con longitudes de onda de los rangos ultravioleta, visible e infrarrojo, en lugar de la radiación gamma original.
La fusión nuclear ocurre en etapas, cuando dos protones se fusionan en un deuterón, luego se sintetiza helio-3 o tritio a partir de deuterio, y helio-4 se sintetiza a partir de helio-3 o tritio con otro deuterón, y los subproductos de reacción se obtienen en forma de protones y neutrones, así como neutrinos y fotones de alta energía.• Los neutrinos abandonan libremente el sol.• Los fotones de alta energía sufren una gran cantidad de colisiones, y su salida lleva decenas a cientos de miles de años.• Los productos de reacción permanecen estables, se descomponen o participan en otras reacciones, pero todo esto ocurre en las profundidades del sol.
El proceso de síntesis requiere física cuántica: la energía, incluso en el núcleo del Sol, donde las temperaturas pueden superar los 15,000,000 K, todavía no es suficiente para que pasen. En cambio, a tales temperaturas, existe una pequeña probabilidad cuántica, del orden de 1 probabilidad en 10 28 , de que durante una colisión las partículas se canalicen hacia un núcleo más pesado. Pero dentro del Sol hay tales densidades y temperaturas que cada segundo 4 * 10 38 protones se fusionan en helio.
Pero estas reacciones no ocurren cerca de la superficie. Incluso con la ayuda de la física cuántica, la síntesis requiere una temperatura de al menos 4,000,000 K, y esas temperaturas terminan aproximadamente en el medio de la zona de radiación (más del 99% de la síntesis total tiene lugar en el núcleo). Entonces, no, no se producen reacciones de síntesis que alimenten al Sol tan cerca de la superficie que sus resultados lleguen a nuestros ojos.
Pero algo más sucede en el Sol: su plasma de alta temperatura rodea su fotosfera, la corona solar. Este plasma ionizado caliente puede alcanzar temperaturas de millones de grados, en contraste con solo 6000 K en la fotosfera. Además, hay erupciones solares que emanan dentro del Sol, emisiones masivas y otros efectos que aumentan la temperatura del Sol en ciertos lugares.Y aunque estos efectos no conducen al lanzamiento de reacciones de fusión nuclear adicionales, cambian el perfil de emisión de energía. El espectro que mostré antes es solo una mentira idealizada.Así es como se ve realmente el sol.
Note lo diferente que es. Es más enérgico en el rango ultravioleta lejano y cercano a los rayos X (pero todavía no hay rayos gamma, lo siento; solo durante los brotes , y esto se debe al calentamiento por choque y no a la fusión nuclear). La diferencia puede entenderse observando longitudes de onda individuales y específicas de luz.Observamos que la luz visible en la superficie del Sol es bastante uniforme (con la excepción de los puntos más fríos), y la luz cercana a la luz ultravioleta sigue aproximadamente el mismo patrón. Pero para ondas más cortas y altas energías, estas energías se logran solo en las regiones de las llamaradas y la corona solar.
La luz que emana de las capas externas del Sol, de la fotosfera y la corona, coincide con la radiación de cualquier cuerpo en el Universo, calentada a cierta temperatura. No es una sola superficie del Sol la que lo irradia, sino un conjunto de cuerpos absolutamente negros, algunos de los cuales se encuentran en las profundidades de las capas superiores, donde la temperatura es más alta, y otros afuera, en la fotosfera, donde la temperatura es más baja.Por lo tanto, considerando los detalles del espectro de radiación solar, vemos desviaciones de un cuerpo completamente negro, no solo a altas energías, sino también a todas las energías.
Por lo tanto, al final:• Las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar dentro del Sol son muy profundas y ningún fotón creado en ellas llega a la superficie sin experimentar muchas colisiones.• La luz se emite desde las capas externas del Sol, desde la fotosfera y la corona.• La corona es la parte más caliente (¿por qué es un problema separado?), Y es responsable de la mayor parte de la radiación en los rangos de rayos ultravioleta y rayos X, pero su contribución a la luz visible es pequeña y se nota solo en eclipses totales.• Las reacciones nucleares no ocurren en regiones que emiten luz, pero a veces debido a brotes, se produce un calentamiento por choque, lo que resulta en la emisión de rayos gamma de alta energía.
Todo esto, estrictamente hablando, es la luz del sol, y esta es la opción más cercana a la respuesta "sí". La energía del interior del Sol calienta todas sus diversas capas, incluidas las exteriores, a las temperaturas indicadas. Los átomos calentados a estas temperaturas emiten fotones correspondientes a estas temperaturas, y esto produce luz solar en todas estas frecuencias diferentes.Pero si la esencia de la pregunta era si las reacciones nucleares tienen lugar lo suficientemente cerca de la superficie como para que podamos ver su resultado inmediato, entonces la respuesta será negativa, a menos que se mire al Sol a través de un telescopio de neutrinos.
Y en este caso, sí, ¡los veremos a todos!Source: https://habr.com/ru/post/es399401/
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