Какая часть фотонов, испускаемых звездой, исходит от излучения черного тела, а какая — от термоядерных реакций?

Какая часть фотонов, испускаемых звездой, исходит от излучения черного тела, а какая — от термоядерных реакций?
Насколько я понимаю, это два источника светимости звезды, поэтому мне просто интересно, какие явления составляют большинство фотонов, испускаемых звездой.

Ответы (3)

Реакции синтеза производят высокоэнергетическое гамма-излучение. Ни один из этих фотонов не достигает поверхности звезды напрямую. За временные рамки 10 4 − 10 5 лет они рассеиваются по мере того, как их энергия распространяется к поверхности. Таким образом, все фотоны звезды исходят из излучения абсолютно черного тела.

Некоторые из этих фотонов черного тела поглощаются атомами или ионами в атмосфере звезды и переизлучаются. Это переизлучение проявляется в виде линий поглощения в спектре. Однако, поскольку переизлучение идет во всех направлениях, некоторые фотоны, которые мы видим, происходят от таких процессов рекомбинации атомов.

Вы можете получить качественное представление о числах, если посмотрите на любой спектр поглощения звезды. Общее гладкое распределение — это излучение абсолютно черного тела. Линии поглощения второстепенны, и лишь небольшая часть разницы между линией поглощения и тепловым спектром на этой длине волны идет в вашем направлении от переизлучения. Следовательно, в целом это становится довольно незначительным, и можно сказать, что по существу все фотоны являются излучением черного тела.

Как фотонам, движущимся со скоростью света, требуется от десятков до сотен тысяч лет, чтобы пройти несколько сотен тысяч миль? Это примерно дает скорость света в солнечной плазме где-то порядка 1-10 миль в год!
Они рассеиваются. Это увеличивает их пройденное расстояние на такую ​​большую величину. Это потому, что звезды довольно плотные и огромные. Скорость света по-прежнему обычного порядка.
Можете ли вы смоделировать внутреннюю часть звезды с очень большим показателем преломления n = c/(10 миль в год)?
Это была бы плохая модель. Гаммы высоких энергий в основном комптоновское рассеивают, а это означает передачу части их энергии электронам (это один из способов нагрева плазмы). Напротив, фотоны, пересекающие оптическую среду, не меняют свой цвет.
@MasonWheeler Имейте в виду, что центр нашего Солнца представляет собой чрезвычайно плотную плазму, смесь полностью ионизированного водорода и гелия, сжатого до более чем в 100 раз плотности воды. Высокоэнергетический фотон, созданный термоядерным синтезом в центре звезды, не существует очень долго. Он проходит около сантиметра, прежде чем поглощается, а затем переизлучается в виде фотона, двух, трех или более, каждый в случайном направлении. Фотоны, созданные слиянием, совершают случайное трехмерное блуждание, которое в конечном итоге ведет наружу от центра Солнца.
@DavidHammen предполагает ли это, что на одномерном или двумерном солнце мы обычно не ожидаем, что фотоны выберутся? Ведь "пьяный человек находит дорогу домой, а пьяная птица - нет".
Излучение абсолютно черного тела — это не эмиссионный процесс, а описание спектра.
@DavidHammen «Фотоны, созданные слиянием, совершают случайное трехмерное блуждание» можно было бы точнее сформулировать как «Последовательность фотонов , начавшаяся со слияния, следует за случайным трехмерным блужданием».

Это ставится как вопрос «или-или». Ответ на вопрос «какая часть фотонов, испускаемых звездой, является излучением черного тела, а какая часть возникает в результате термоядерных реакций» — да.

Нашему Солнцу 4,6 миллиарда лет. Прежде чем стать звездой, которая синтезирует водород, прото-Солнце испускало излучение черного тела из-за энергии, генерируемой гравитационным коллапсом. Однако, поскольку это произошло 4,6 миллиарда лет назад, энергия этого гравитационного коллапса уже давно излучается. Энергия, излучаемая Солнцем с его поверхности в виде фотонов, возникает в результате термоядерных реакций в ядре Солнца.

Солнце также испускает нейтрино, около 3% всей энергии. Почти все эти нейтрино беспрепятственно перемещаются из ядра на поверхность. В отличие от этих нейтрино, фотоны, созданные в результате синтеза, на выходе подвергаются большому количеству помех. Длина свободного пробега фотонов высоких энергий, созданных в результате синтеза в ядре Солнца, составляет порядка сантиметра. В процессе случайного отскока на пути из ядра количество фотонов высокой энергии увеличивается, но длина волны уменьшается.

Существует несколько механизмов обратной связи, которые удерживают электромагнитную энергию, генерируемую в результате синтеза в ядре звезды, в равновесии с электромагнитной энергией, излучаемой звездой с ее поверхности. Это означает, что ответ на вопрос «какая часть фотонов, испускаемых звездой, является излучением черного тела, а какая часть возникает в результате термоядерных реакций», — да.

Менее бойко, все, что достигает нас, — это излучение черного тела, но вся энергия для него исходит от реакций синтеза, высвобождающих высокоэнергетические фотоны, которые с тех пор поглощаются, а их энергия повторно излучается в виде излучения черного тела, прежде чем покинуть Солнце.
@Martin Нужно различать две вещи: (а) фотоны были «поглощены и переизлучены» или иным образом рассеяны, и (б) излучение черного тела - последнее можно определить по-разному, но почти под любым определением это можно с уверенностью сказать, что все, что доходит до нас, не является излучением черного тела.
en.wikipedia.org/wiki/Proton%E2%80%93proton_chain говорит: «Эта масса была преобразована в энергию в виде кинетической энергии произведенных частиц, гамма-лучей и нейтрино, высвобождаемых во время каждой из отдельных реакций. выход энергии одной целой цепочки 26,73 МэВ». В нем есть немного больше информации об энергии, потерянной нейтрино, но немного неясно, какая часть энергии идет на кинетическую энергию других частиц (т. е. не нейтрино или гамма-излучение). Думаю , почти 50%. Это звучит правильно?

Большая часть фотонов, полученных от Солнца, в видимой и ИК частях спектра обусловлена ​​рекомбинационным излучением, поскольку свободные электроны присоединяются к атомам водорода с образованием ЧАС − ионы. Это происходит в слое шириной всего ∼ 1000 км в фотосфере Солнца. Конечно, существуют дополнительные фотоны из-за атомных переходов, таких как H, Na, Ca, Fe и т. д., которые происходят на дискретных (или, по крайней мере, в узком диапазоне) длинах волн.

Сочетание этих процессов дает спектр, приближающийся к спектру черного тела (функция Планка). Обратите внимание, что «излучение абсолютно черного тела» — это описание спектра, а не процесс излучения.

Фотоны, произведенные непосредственно термоядерным синтезом и другими процессами, связанными с горячим газом в ядре Солнца, не достигают поверхности. Длина их свободного пробега порядка 1 мм, и они отдают свою энергию почти в том же месте, где были произведены. Мы не видим (на любой длине волны) фотоны, возникшие в ядре Солнца.

Какая часть фотонов, испускаемых звездой, исходит от излучения черного тела, а какая — от термоядерных реакций?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v