Tanyakan Ethan No. 108: Apakah ada Sinar Matahari Instan?
Matahari menerima energi melalui sintesis di inti. Tetapi dapatkah cahaya muncul di permukaannya?
Burung-burung bernyanyi setelah badai; mengapa orang tidak bersukacita di bawah sinar matahari yang diberikan kepada mereka?
- Rose Kennedy
Tapi tetap saja, cahaya Matahari akan menjadi fana bagi kita jika kita bertemu dengannya pada saat kemunculannya. Seperti biasa, Anda tidak mengecewakan saya dengan pertanyaan dan saran Anda , dan spektrum mereka telah membentang dari inflasi ke lubang hitam dan penghancuran antimateri, tetapi saya hanya memilih satu pertanyaan per minggu. Kali ini kbanks64 bertanya:Saya telah mendengar berkali-kali bahwa dibutuhkan ribuan tahun bagi sinar matahari untuk mencapai permukaan dari pusat matahari. Saya mengerti ini, tetapi saya ingin bertanya - apakah ada cahaya yang diciptakan di permukaan Matahari untuk segera meninggalkannya?Matahari adalah hal yang menarik, dan cahaya dari matahari adalah hal yang bahkan lebih menarik! Mari kita perbaiki.
Jika tidak ada fusi nuklir, satu-satunya sumber energi Matahari adalah gravitasi asli kita. Lord Kelvin awalnya percaya bahwa Matahari akan menyusut seiring waktu, dan bahwa sejumlah besar energi gravitasi potensial dalam proses tersebut akan diubah menjadi panas yang terpancar dari permukaannya.Itu adalah ide yang bagus, tetapi proses seperti itu akan memberi makan Matahari tidak lebih dari 100 juta tahun, yang sama sekali tidak cukup dari sudut pandang geologi dan biologi yang kita amati di Bumi. Beberapa bintang - seperti kerdil putih (termasuk Sirius B dalam gambar di atas, yang memiliki massa yang sebanding dengan matahari) - didorong oleh mekanisme Kelvin-Helmholtz, tetapi pancaran mereka beberapa juta kali lebih lemah daripada Matahari.
Cahaya Matahari ditenagai oleh fusi nuklir, di mana berat disintesis dari inti cahaya, dan dalam proses tersebut sejumlah besar energi (E = mc 2 ) dan foton berenergi tinggi dipancarkan .Tetapi, seperti yang dicatat oleh pembaca kami, reaksi-reaksi ini hanya terjadi di dalam nukleus, dan sejumlah besar atom terionisasi - proton, nuklei, dan elektron bebas - mencegah foton-foton ini mencapai permukaan Matahari tanpa terlebih dahulu harus melalui sejumlah besar tabrakan. Karena itu, sejumlah besar foton yang lebih dingin diperoleh, dengan panjang gelombang dari kisaran ultraviolet, tampak dan inframerah, bukan radiasi gamma asli.
Fusi nuklir terjadi dalam langkah-langkah, ketika dua proton bergabung menjadi deuteron, maka helium-3 atau tritium disintesis dari deuterium, dan helium-4 disintesis dari helium-3 atau tritium dengan deuteron lain, dan produk samping reaksi diperoleh dalam bentuk proton dan neutron, serta neutrino dan foton berenergi tinggi.• Neutrino bebas meninggalkan Matahari.• Foton berenergi tinggi mengalami banyak tabrakan, dan keluar membutuhkan waktu puluhan hingga ratusan ribu tahun.• Produk reaksi tetap stabil, terurai, atau berpartisipasi dalam reaksi lain, tetapi semua ini terjadi di kedalaman matahari.
Proses sintesis membutuhkan fisika kuantum: energi, bahkan di inti Matahari, di mana suhu bisa melebihi 15.000.000 K, masih belum cukup bagi mereka untuk melewatinya. Sebaliknya, pada suhu seperti itu, ada probabilitas kuantum kecil, dari urutan 1 peluang dalam 10 28 , bahwa selama tabrakan partikel terowongan menjadi inti yang lebih berat. Tetapi di dalam Matahari ada kepadatan dan suhu sedemikian rupa sehingga setiap detik 4 * 10 38 proton bergabung menjadi helium.
Tetapi reaksi ini tidak terjadi dekat dengan permukaan. Bahkan dengan bantuan fisika kuantum, sintesis membutuhkan suhu setidaknya 4.000.000 K, dan suhu semacam itu berakhir di tengah-tengah zona radiasi (lebih dari 99% dari total sintesis terjadi di dalam nukleus). Jadi, tidak, tidak ada reaksi sintesis yang memberi makan Matahari terjadi begitu dekat dengan permukaan sehingga hasilnya mencapai mata kita.
Tetapi sesuatu yang lain terjadi pada Matahari: plasma bersuhu tinggi mengelilingi fotosfernya, korona matahari. Plasma terionisasi panas ini dapat mencapai suhu jutaan derajat, berbeda dengan hanya 6000 K di fotosfer. Selain itu, ada semburan matahari yang berasal dari dalam Matahari, emisi massa dan efek lain yang meningkatkan suhu Matahari di tempat-tempat tertentu.Dan meskipun efek ini tidak mengarah pada peluncuran reaksi fusi nuklir tambahan, mereka mengubah profil emisi energi. Spektrum yang saya tunjukkan sebelumnya hanyalah kebohongan yang ideal.Ini adalah bagaimana sebenarnya matahari terlihat.
Perhatikan betapa berbedanya itu. Ini lebih energik dalam jangkauan jauh ultraviolet dan sinar-x (tetapi masih belum ada sinar gamma, maaf; hanya saat berjangkit - dan ini disebabkan oleh pemanasan kejutan, dan bukan karena fusi nuklir). Perbedaannya dapat dipahami dengan melihat panjang gelombang cahaya individu dan spesifik.Kami mengamati bahwa cahaya tampak pada permukaan Matahari cukup seragam (dengan pengecualian bintik-bintik lebih dingin), dan cahaya yang dekat dengan ultraviolet mengikuti pola yang kira-kira sama. Tetapi untuk gelombang yang lebih pendek dan energi tinggi, energi ini hanya dapat dicapai di daerah flare dan solar korona.
Cahaya yang memancar dari lapisan terluar Matahari - dari fotosfer dan korona - bertepatan dengan radiasi benda apa pun di alam semesta, yang dipanaskan hingga suhu tertentu. Ini bukan permukaan tunggal dari Matahari yang memancarkannya, tetapi satu set benda yang benar-benar hitam, beberapa di antaranya terletak di kedalaman lapisan atas, di mana suhunya lebih tinggi, dan yang lain di luar, di photosphere, di mana suhunya lebih rendah.Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan detail spektrum radiasi matahari, kita melihat penyimpangan dari tubuh yang sepenuhnya hitam, tidak hanya pada energi tinggi, tetapi juga pada semua energi.
Karena itu, pada akhirnya:• Reaksi fusi nuklir yang terjadi di dalam Matahari berjalan sangat dalam dan tidak ada foton yang tercipta di dalamnya yang mencapai permukaan tanpa mengalami banyak benturan.• Cahaya dipancarkan dari lapisan luar Matahari, dari photosphere dan korona.• Korona adalah bagian terpanas (mengapa ini merupakan masalah terpisah), dan bertanggung jawab untuk sebagian besar radiasi dalam rentang ultraviolet dan x-ray, tetapi kontribusinya terhadap cahaya tampak kecil, dan hanya terlihat pada gerhana total.• Reaksi nuklir tidak terjadi di daerah yang memancarkan cahaya, tetapi kadang-kadang karena wabah, pemanasan kejutan terjadi, menghasilkan emisi sinar gamma berenergi tinggi.
Semua ini, sebenarnya, adalah sinar matahari, dan ini adalah opsi yang paling dekat dengan jawaban "ya". Energi bagian dalam Matahari memanaskan semua lapisannya yang beragam, termasuk lapisan luar, ke suhu yang ditunjukkan. Atom yang dipanaskan pada suhu ini memancarkan foton yang sesuai dengan suhu ini, dan ini menghasilkan sinar matahari pada semua frekuensi yang berbeda ini.Tetapi jika inti dari pertanyaannya adalah apakah reaksi nuklir berlangsung cukup dekat dengan permukaan sehingga kita dapat melihat hasilnya langsung, maka jawabannya akan negatif - kecuali jika Anda melihat Matahari melalui teleskop neutrino.
Dan dalam hal ini, ya, kita akan melihat semuanya!Source: https://habr.com/ru/post/id399401/
All Articles