Demandez à Ethan n ° 108: existe-t-il une lumière solaire instantanée?
Le soleil reçoit de l'énergie par synthèse dans le noyau. Mais la lumière peut-elle apparaître à sa surface?
Les oiseaux chantent après une tempête; pourquoi les gens ne se réjouissent-ils pas du soleil qui leur est alloué?
- Rose Kennedy
Mais encore, en soi, la lumière du Soleil serait mortelle pour nous si nous le rencontrions au moment de son apparition. Comme toujours, vous ne me décevez pas avec vos questions et suggestions , et leur spectre s'étend de l'inflation aux trous noirs et à l'annihilation de l'antimatière, mais je ne choisis qu'une seule question par semaine. Cette fois, kbanks64 demande:J'ai entendu à plusieurs reprises qu'il faut des milliers d'années pour que la lumière du soleil atteigne la surface depuis le centre du soleil. Je comprends cela, mais je veux demander - y a-t-il une lumière créée à la surface du Soleil pour la quitter immédiatement?Le soleil est une chose intéressante, et la lumière du soleil est une chose encore plus intéressante! Faisons les choses correctement.
S'il n'y avait pas de fusion nucléaire, la seule source d'énergie du Soleil serait notre gravité native. Lord Kelvin pensait initialement que le Soleil se rétrécirait avec le temps et qu'une énorme quantité d'énergie gravitationnelle potentielle dans le processus serait convertie en chaleur rayonnée par sa surface.C'était une excellente idée, mais un tel processus ne nourrirait pas le Soleil pendant plus de 100 millions d'années, ce qui est complètement insuffisant du point de vue de la géologie et de la biologie que nous observons sur Terre. Certaines étoiles - telles que les naines blanches (y compris Sirius B dans l'image ci-dessus, qui a une masse comparable à celle solaire) - sont alimentées par un tel mécanisme Kelvin-Helmholtz, mais leur luminosité est plusieurs millions de fois plus faible que celle du Soleil.
La lumière du Soleil est alimentée par la fusion nucléaire, dans laquelle les lourds sont synthétisés à partir de noyaux légers, et dans le processus, une énorme quantité d'énergie (E = mc 2 ) et des photons de haute énergie sont émis .Mais, comme le note notre lecteur, ces réactions n'ont lieu que dans le noyau, et un grand nombre d'atomes ionisés - protons, noyaux et électrons libres - empêchent ces photons d'atteindre la surface du Soleil sans avoir à subir au préalable un grand nombre de collisions. Grâce à eux, un grand nombre de photons beaucoup plus froids sont obtenus, avec des longueurs d'onde des gammes ultraviolette, visible et infrarouge, au lieu du rayonnement gamma d'origine.
La fusion nucléaire a lieu par étapes, lorsque deux protons fusionnent en un deutéron, puis l'hélium-3 ou le tritium est synthétisé à partir du deutérium, et l'hélium-4 est synthétisé à partir de l'hélium-3 ou du tritium avec un autre deutéron, et les sous-produits de réaction sont obtenus sous forme de protons et les neutrons, ainsi que les neutrinos et les photons de haute énergie.• Les neutrinos quittent librement le soleil.• Les photons à haute énergie subissent un grand nombre de collisions et leur sortie prend des dizaines à des centaines de milliers d'années.• Les produits de la réaction restent stables, se décomposent ou participent à d'autres réactions, mais tout cela se passe au fond du soleil.
Le processus de synthèse nécessite de la physique quantique: l'énergie, même au cœur du Soleil, où les températures peuvent dépasser 15 000 000 K, n'est pas encore suffisante pour leur passage. Au lieu de cela, à de telles températures, il y a une faible probabilité quantique, de l'ordre de 1 chance sur 10 28 , que lors d'une collision les particules creusent un tunnel dans un noyau plus lourd. Mais à l'intérieur du Soleil, il y a des densités et des températures telles que chaque 4 * 10 38 protons fusionnent en hélium.
Mais ces réactions ne se produisent pas près de la surface. Même à l'aide de la physique quantique, la synthèse nécessite une température d'au moins 4 000 000 K, et ces températures se terminent approximativement au milieu de la zone de rayonnement (plus de 99% de la synthèse totale a lieu dans le noyau). Donc, non, aucune réaction de synthèse qui alimente le Soleil ne se produit si près de la surface que leurs résultats atteignent nos yeux.
Mais quelque chose d'autre se passe sur le Soleil: son plasma à haute température entoure sa photosphère, la couronne solaire. Ce plasma ionisé chaud peut atteindre des températures de millions de degrés, contrairement à seulement 6000 K dans la photosphère. De plus, il y a des éruptions solaires émanant de l'intérieur du Soleil, des émissions de masse et d'autres effets qui augmentent la température du Soleil à certains endroits.Et bien que ces effets ne conduisent pas au lancement de réactions de fusion nucléaire supplémentaires, ils modifient le profil des émissions d'énergie. Le spectre que j'ai montré plus tôt n'est qu'un mensonge idéalisé.Voici à quoi ressemble réellement le soleil.
Remarquez à quel point c'est différent. Il est plus énergique dans la gamme des ultraviolets lointains et des rayons X proches (mais il n'y a toujours pas de rayons gamma, désolé; uniquement pendant les épidémies - et cela est dû au chauffage par choc, et non à la fusion nucléaire). La différence peut être comprise en examinant des longueurs d'onde individuelles et spécifiques de la lumière.Nous observons que la lumière visible à la surface du Soleil est assez uniforme (à l'exception des taches plus froides), et la lumière proche des ultraviolets suit approximativement le même schéma. Mais pour des ondes plus courtes et des énergies élevées, ces énergies ne sont atteintes que dans les régions des éruptions et de la couronne solaire.
La lumière émanant des couches extérieures du Soleil - de la photosphère et de la couronne - coïncide avec le rayonnement de n'importe quel corps dans l'Univers, chauffé à une certaine température. Ce n'est pas une seule surface du Soleil qui le rayonne, mais un ensemble de corps absolument noirs, dont certains sont situés dans les profondeurs des couches supérieures, où la température est plus élevée, et d'autres à l'extérieur, dans la photosphère, où la température est plus basse.Par conséquent, compte tenu des détails du spectre du rayonnement solaire, nous voyons des écarts par rapport à un corps complètement noir, non seulement aux hautes énergies, mais aussi à toutes les énergies.
Par conséquent, à la fin:• Les réactions de fusion nucléaire qui se produisent à l'intérieur du Soleil vont très profondément et aucun photon créé en eux n'atteint la surface sans subir de nombreuses collisions.• La lumière est émise par les couches extérieures du Soleil, par la photosphère et la couronne.• La couronne est la partie la plus chaude (pourquoi est-ce un problème distinct), et elle est responsable de la plupart des rayonnements dans les gammes d'ultraviolets et de rayons X, mais sa contribution à la lumière visible est faible et n'est perceptible qu'à des éclipses totales.• Les réactions nucléaires ne se produisent pas dans les régions émettant de la lumière, mais parfois en raison d'épidémies, un échauffement par choc se produit, entraînant l'émission de rayons gamma de haute énergie.
Tout cela, à proprement parler, est la lumière du soleil, et c'est l'option la plus proche de la réponse «oui». L'énergie de l'intérieur du Soleil chauffe toutes ses différentes couches, y compris les couches externes, aux températures indiquées. Les atomes chauffés à ces températures émettent des photons correspondant à ces températures, ce qui produit de la lumière solaire à toutes ces différentes fréquences.Mais si l'essence de la question était de savoir si les réactions nucléaires ont lieu suffisamment près de la surface pour que nous puissions voir leur résultat immédiat, alors la réponse sera négative - à moins que vous regardiez le Soleil à travers un télescope à neutrinos.
Et dans ce cas, oui, nous les verrons tous!Source: https://habr.com/ru/post/fr399401/
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