Как Солнце вырабатывает свою энергию?

Гамма-лучи, испускаемые глубоко в ядре звезды, рассеиваются там на ионизированных атомах, что добавляет энергию атомам и отнимает ее у фотонов. События рассеяния настолько часты, что фотону требуется временной масштаб порядка ~ тысяч лет, чтобы проделать весь путь туда, где он может уйти в космос без дальнейшего рассеяния. При таком грохоте излучение приходит в тепловое равновесие с ионами, на которых оно рассеивается, и принимает распределение длин волн в форме черного тела. Таким образом, гамма-излучение преобразуется в видимый свет, ИК- и УФ-фотоны.

Энергичные нейтроны, которые также испускают реакции синтеза, аналогичным образом рассеиваются на ионах в плазме и, таким образом, также нагревают плазму. В некоторых областях недр Солнца образуются конвективные ячейки, которые активно переносят горячее вещество из ядра вверх к поверхности, и по пути горячее вещество смешивается и уравновешивается с фотонами, с которыми оно сталкивается, так что энергия также проявляется. в температуре самых отдаленных частей Солнца.

Нейтрино, выделяющиеся при термоядерных реакциях в ядре, излучаются прямо из Солнца, потому что плазма, хотя и очень плотная, для них почти полностью прозрачна. Они уносят энергию, но не термически уравновешиваются с материей на выходе.

Энергия, которую мы получаем от Солнца в виде фотонов, исходит из фотосферы. Это самый внешний слой Солнца. Если она находится в равновесии, т.е. не становится ни горячее, ни холоднее, то с точки зрения того, что мы можем видеть, глядя извне, не имеет значения, откуда исходит энергия, нагревающая фотосферу.

Солнце, конечно, намного горячее внутри, но мы не можем видеть внутреннюю часть. Он покрыт непрозрачной фотосферой, поэтому мы видим именно эту фотосферу.

Несколько других вещей. Поле излучения внутри Солнца, от ядра до фотосферы, настолько близко к распределению абсолютно черного тела, насколько вы обнаружите. Это связано с тем, что длина свободного пробега фотонов чрезвычайно мала по сравнению с масштабом изменения температуры. т.е. фотоны излучаются и поглощаются материалом при одной и той же температуре (не думайте, что отдельные фотоны пробиваются на поверхность, этого не происходит). Тем не менее температура меняется с глубиной, как и температура поля излучения абсолютно черного тела. Если бы вы отделили солнечную фотосферу, то увидели бы под ней более горячее черное тело. Нет никаких проблем с сохранением энергии — светимость этого более горячего черного тела будет такой же, потому что площадь его поверхности меньше.

На самом деле фотосфера — это место, где приближение к абсолютно черному телу наихудшее. Это связано с тем, что фотоны, вылетающие из Солнца, имеют немного разные температуры, в зависимости от их длин волн, что приводит к линиям поглощения и другим особенностям. Таким образом, спектр Солнца представляет собой совокупность спектров областей с диапазоном температур от примерно 4000 К до примерно 10 000 К. Эффективная температура Солнца (обычно цитируемое значение) просто определяется как

Когда ион поглощает и переизлучает излучение, он обычно излучает на частоте, отличной от той, что была поглощена.

Характерные ядерные частоты присутствуют только во внутреннем реактивном ядре до того, как они будут поглощены.

Частоты излучения отсюда и далее в первую очередь зависят от температуры ионизированного газа.

Солнечный свет, получаемый на Земле, приблизительно соответствует кривой черного тела :

Спектр солнечного излучения над атмосферой и на поверхности. Производятся экстремальные ультрафиолетовые и рентгеновские лучи (слева от показанного диапазона длин волн), но они составляют очень небольшую часть общей выходной мощности Солнца.

Что закон использовал площадь поверхности для определения

В частности, закон Стефана-Больцмана гласит, что полная энергия, излучаемая на единицу площади поверхности черного тела на всех длинах волн в единицу времени

не означает, что излучаемая энергия исходит только от поверхности рассматриваемого тела, будь то при низких температурах или при температуре солнца. Площадь поверхности необходима для вычисления мощности. Излучение черного тела исходит от всего тела.

Тот факт, что излучение Солнца следует за более или менее излучением черного тела, означает, что излучение исходит от всего Солнца, а излучение, идущее из центра, требует много лет, чтобы выйти, и, наконец, добавляется к излучению плазмы поверхности дают наблюдаемую кривую. То, что это не точное соответствие черному телу, связано с этими различными механизмами, с помощью которых производится излучение.