Pergunte a Ethan No. 108: Existe luz solar instantânea?
O sol recebe energia através da síntese no núcleo. Mas a luz pode aparecer em sua superfície?
Os pássaros cantam depois de uma tempestade; por que as pessoas não se alegram com a luz do sol que lhes é atribuída?
- Rose Kennedy
Mas, no entanto, em si a luz do Sol seria mortal para nós se nos encontrássemos com ele no momento em que aparecesse. Como sempre, você não me decepciona com suas perguntas e sugestões , e o espectro delas se estendeu da inflação aos buracos negros e à aniquilação da antimatéria, mas eu escolho apenas uma pergunta por semana. Desta vez, o kbanks64 pergunta:Ouvi muitas vezes que leva milhares de anos para que a luz do sol alcance a superfície a partir do centro do sol. Entendo isso, mas quero perguntar - existe alguma luz criada na superfície do Sol para deixá-la imediatamente?O sol é uma coisa interessante, e a luz do sol é uma coisa ainda mais interessante! Vamos acertar.
Se não houvesse fusão nuclear, a única fonte de energia do Sol seria nossa gravidade nativa. Lord Kelvin acreditava inicialmente que o Sol encolheria com o tempo e que uma enorme quantidade de energia gravitacional potencial no processo seria convertida em calor irradiado de sua superfície.Foi uma ótima idéia, mas esse processo alimentaria o Sol por não mais de 100 milhões de anos, o que é completamente insuficiente do ponto de vista da geologia e da biologia que observamos na Terra. Algumas estrelas - como as anãs brancas (incluindo Sirius B na imagem acima, que tem uma massa comparável à solar) - são alimentadas por um mecanismo Kelvin-Helmholtz, mas seu brilho é vários milhões de vezes mais fraco que o do Sol.
A luz do Sol é alimentada por fusão nuclear, na qual são sintetizados pesados a partir de núcleos leves, e no processo uma quantidade enorme de energia (E = mc 2 ) e fótons de alta energia são emitidos .Mas, como observa nosso leitor, essas reações ocorrem apenas no núcleo, e um grande número de átomos ionizados - prótons, núcleos e elétrons livres - impedem que esses fótons cheguem à superfície do Sol sem primeiro sofrer um grande número de colisões. Por causa deles, é obtido um grande número de fótons muito mais frios, com comprimentos de onda nas faixas ultravioleta, visível e infravermelho, em vez da radiação gama original.
A fusão nuclear ocorre em etapas, quando dois prótons se fundem em um deuteron, então o hélio-3 ou trítio é sintetizado a partir de deutério, e o hélio-4 é sintetizado a partir de hélio-3 ou trítio com outro deuteron, e os subprodutos da reação são obtidos na forma de prótons e nêutrons, bem como neutrinos e fótons de alta energia.• Neutrinos deixam o sol livremente.• Os fótons de alta energia passam por um grande número de colisões, e a saída leva de dezenas a centenas de milhares de anos.• Os produtos da reação permanecem estáveis, se decompõem ou participam de outras reações, mas tudo isso acontece nas profundezas do sol.
O processo de síntese requer física quântica: a energia, mesmo no núcleo do Sol, onde as temperaturas podem exceder 15.000.000 K, ainda não é suficiente para que eles passem. Em vez disso, a essas temperaturas, há uma pequena probabilidade quântica, da ordem de 1 chance em 10 28 , de que durante uma colisão as partículas entram em túnel em um núcleo mais pesado. Mas dentro do Sol existem densidades e temperaturas que a cada segundo 4 x 10 38 prótons se fundem em hélio.
Mas essas reações não ocorrem perto da superfície. Mesmo com a ajuda da física quântica, a síntese requer uma temperatura de pelo menos 4.000.000 K, e essas temperaturas terminam aproximadamente no meio da zona de radiação (mais de 99% da síntese total ocorre no núcleo). Portanto, não, nenhuma reação de síntese que alimenta o Sol ocorre tão perto da superfície que seus resultados chegam aos nossos olhos.
Mas algo mais acontece no Sol: seu plasma de alta temperatura circunda sua fotosfera, a coroa solar. Este plasma ionizado a quente pode atingir temperaturas de milhões de graus, em contraste com apenas 6000 K na fotosfera. Além disso, existem explosões solares que emanam do interior do Sol, emissões em massa e outros efeitos que aumentam a temperatura do Sol em certos lugares.E, embora esses efeitos não levem ao lançamento de reações adicionais de fusão nuclear, eles alteram o perfil de emissão de energia. O espectro que mostrei anteriormente é apenas uma mentira idealizada.É assim que o sol realmente se parece.
Observe como é diferente. É mais enérgico na faixa ultravioleta e perto dos raios-x (mas ainda não existem raios gama, desculpe; apenas durante surtos - e isso se deve ao aquecimento por choques e não à fusão nuclear). A diferença pode ser entendida observando-se comprimentos de onda de luz individuais e específicos.Observamos que a luz visível na superfície do Sol é bastante uniforme (com exceção dos pontos mais frios), e a luz próxima ao ultravioleta segue aproximadamente o mesmo padrão. Mas para ondas mais curtas e altas energias, essas energias são alcançadas apenas nas regiões de labaredas e na coroa solar.
A luz que emana das camadas externas do Sol - da fotosfera e da coroa - coincide com a radiação de qualquer corpo no Universo, aquecido a uma certa temperatura. Não é uma única superfície do Sol que o irradia, mas um conjunto de corpos completamente negros, alguns dos quais estão localizados nas profundezas das camadas superiores, onde a temperatura é mais alta e outros fora, na fotosfera, onde a temperatura é mais baixa.Portanto, considerando os detalhes do espectro da radiação solar, vemos desvios de um corpo completamente negro, não apenas em altas energias, mas também em todas as energias.
Portanto, no final:• As reações de fusão nuclear que ocorrem no interior do Sol são muito profundas e nenhum fóton criado neles atinge a superfície sem sofrer muitas colisões.• A luz é emitida das camadas externas do Sol, da fotosfera e da coroa.• A corona é a parte mais quente (por que é uma questão separada) e é responsável pela maior parte da radiação nas faixas de ultravioleta e raio-x, mas sua contribuição para a luz visível é pequena e é perceptível apenas em eclipses totais.• Reações nucleares não ocorrem em regiões que emitem luz, mas às vezes devido a surtos, ocorre aquecimento de choque, resultando na emissão de raios gama de alta energia.
Tudo isso, estritamente falando, é luz solar, e esta é a opção mais próxima da resposta "sim". A energia do interior do Sol aquece todas as suas várias camadas, incluindo as externas, às temperaturas indicadas. Átomos aquecidos a essas temperaturas emitem fótons correspondentes a essas temperaturas, e isso produz luz solar em todas essas frequências diferentes.Mas se a essência da pergunta era se as reações nucleares ocorrem perto o suficiente da superfície para que possamos ver o resultado imediato, então a resposta será não - a menos que você olhe para o Sol através de um telescópio de neutrinos.
E neste caso, sim, vamos ver todos eles!Source: https://habr.com/ru/post/pt399401/
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