Предисловие: Я бросил колледж, пожалуйста, не забивайте мое невежество слишком сильно.
Когда масса падает в гравитационный колодец, она сжимается и нагревается. Даже если бы термоядерного синтеза не существовало / не происходило, в теле размером с наше Солнце, я полагаю, что возникающее в результате тепловое и инфракрасное излучение могло бы быть даже значительным.
Можно ли количественно определить этот выход излучения и может ли он составлять заметную долю всего солнечного излучения?
Было ли значительным инфракрасное излучение от компрессионного источника во время рождения солнца?
Интересный вопрос. Это сложно, потому что трудно сказать, сколько инфракрасного излучения «вызывает» солнечное излучение. Обычно мы не используем эти термины. Или, если мы это сделаем, то это для того, чтобы указать, что почти 100% энергии, которую мы получаем от солнца, поступает от инфракрасного излучения верхних слоев. До нас доходит лишь мельчайшая частица энергии синтеза в ядре. Он в основном нагревает внешние слои, и мы видим внешние слои.
Тем не менее, вы хорошо говорите о гравитации. С этим немного легче работать. И эффект межзвездной пыли, падающей на Солнце, и эффекты термоядерного синтеза генерируют энергию , которая питает тепло и возможное излучение с поверхности Солнца. Мы можем количественно это оценить.
Чтобы упростить вещи, я собираюсь сделать несколько необоснованных упрощений. Мы увидим, сколько энергии высвобождается, когда материя падает из «бесконечности» (очень далеко) на весь путь к центру Солнца. Теперь мы знаем, что все это не рухнуло так далеко (это касается темы черных дыр), но это дает хорошую верхнюю границу для работы.
Одно из удобных правил состоит в том, что гравитационный потенциал (в Дж/кг — сколько джоулей энергии высвобождается при перемещении килограмма до центра Солнца) всегда равен половине квадрата скорости убегания — - . Это хорошо, потому что мы можем просто посмотреть скорость убегания нашей Солнечной системы (которая, по сути, является скоростью убегания от Солнца, поскольку оно является основным источником массы). Делаем это с помощью универсальной ньютоновской гравитации может быть большим вредителем, потому что мое упрощение заканчивается тем, что балуется с сингулярностью.
Скорость убегания от Солнца составляет около 617 км/с. Таким образом, наш гравитационный потенциал равен 190,3445 ГДж/кг. Умножьте это на массу Солнца, которая примерно равна , и мы получаем энергии. Именно столько энергии доступно из-за гравитационного колодца, втягивающего всю материю на солнце. Поскольку я делаю так много предположений, я просто собираюсь округлить их до . Давайте не будем делать вид, что я заработал здесь какие-то значительные суммы!
Так сколько же это энергии? Переходим к одной из моих любимых таблиц в Википедии: Порядки величины (энергия) (я такой ботаник!)
Эй смотри! Если бы я знал лучше, я мог бы просто найти число, которое вы хотели, вместо того, чтобы заниматься вычислениями... в любом случае...
Таким образом, гравитационная энергия всей массы, захваченной Солнцем, примерно эквивалентна тому, что оно излучает за 10 миллионов лет. Это также эквивалентно примерно 0,2% всей энергии, которую он будет излучать за время своего существования.
Что касается того, считается ли это «значительным», это действительно зависит от того, как вы это определяете. Но стоит отметить, что Солнце формировалось более 50 миллионов лет, а гравитационный потенциал генерировал около 10 миллионов лет энергии солнечного излучения.
Я уверен, что вам придется сделать более точные расчеты, но я думаю, что эти грубые цифры могут помочь!
В настоящее время Солнце не становится меньше, оно становится больше. Таким образом, на первый взгляд, ни одна из его радиационных потерь не возникает из-за гравитационного сжатия и нагревания.
На самом деле все немного сложнее, потому что в то время как оболочка Солнца расширяется, ядро Солнца сжимается, поскольку водород постепенно превращается в более тяжелый гелий. Однако процент светимости Солнца, возникающий в результате процессов, отличных от ядерного синтеза, очень мал, потому что это рабочее определение того, что такое звезда главной последовательности. Согласно моделям Siess et al. (2001) , около 99,82% солнечной светимости связано с ядерным синтезом.
Что касается того, какая светимость возникла в результате гравитационного сжатия до того, как начался ядерный синтез, то ответ почти весь, потому что другого источника светимости нет. Протосолнце было намного ярче, чем сейчас, но эта светимость уменьшилась по мере сжатия протосолнца и фактически достигла минимума, который был примерно в 2 раза меньше, чем сегодняшняя солнечная светимость. NB: Я игнорирую дейтериевый синтез, который очень кратко добавляет к смеси всплеск энергии синтеза, когда протосолнцу меньше миллиона лет.
Когда формировалось солнце, тепло от сжатия должно было быть основным источником излучения. Это было также тепло, которое инициировало реакции синтеза в ядре. Сегодня происходит очень небольшое сжатие, потому что излучение ядра поддерживает вес газов на большинстве уровней. То небольшое количество тепла, которое возникает при сжатии, является результатом сжатия, связанного с тем, что Солнце теряет около пяти миллионов тонн массы в секунду в виде излучения. Любое тепло, возникающее в результате сжатия, будет тщательно смешиваться с теплом ядра, поскольку они оба медленно продвигаются к поверхности. Излучение, которое мы наблюдаем, исходит от раскаленных газов на «поверхности».
Энди Ньюман