Почему фотосфера Солнца в миллион раз менее плотная, чем воздух у поверхности Земли?

Фотосфера Солнца примерно в 19 раз горячее поверхности Земли. (Источник: http://solar-center.stanford.edu/vitalstats.html )

Но гравитация на поверхности Солнца примерно в 28 раз превышает гравитацию на поверхности Земли.

Так не должна ли плотность газов в фотосфере Солнца быть сравнима с плотностью газов на поверхности Земли?

Почему плотность фотосферы Солнца в миллион раз меньше? (Источник: http://solar-center.stanford.edu/vitalstats.html )

По сути, то, что я спрашиваю, было точно сформулировано в ответе пользователя LTK: «Как фотосфера может быть такой легкой и почти вакуумной, как при такой высокой гравитации (28 земных гравитаций)»?

Некоторые ответы предполагали, что это может быть связано с тем, что фотосфера Солнца ионизирована. Это не кажется точным. Ионизация водорода при оптической глубине = 1 составляет всего 0,04%. (Источник: http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1968SoPh....3....5G&data_type=PDF_HIGH&whole_paper=YES&type=PRINTER&filetype=.pdf )

Вопрос по-прежнему не имеет смысла. Как вы думаете, почему вообще уместно сравнивать довольно теплую (4400 кельвинов и более) фотосферу Солнца с гораздо более холодной атмосферой Земли?
Ваш вопрос будет улучшен с источниками для резервного копирования ваших номеров.
@DavidHammen Это потому, что я предполагаю, как и большинство других, что основная физика такая же. Учитывая температуру и другие условия, мы должны быть в состоянии предсказать физические свойства в обоих местах, используя одни и те же законы одинаково хорошо.
@DavidHammen Короче говоря, то, о чем я спрашиваю, было прекрасно понято пользователем LTK: «Как фотосфера может быть такой легкой и почти вакуумной, как толщина более 500 км, при такой высокой гравитации (28 земных гравитаций)».
@userLTK Я добавил исходники в соответствии с вашими инструкциями. Спасибо!
Что с минусами? Разве любопытство не приветствуется в этом сообществе? Я не понимаю, какая часть моего вопроса делает его настолько плохим, что лучше удалить его, чем задать?
Так появляются звезды. Как вы пришли к значению 1,5? Я вижу 28/19, но почему вы сделали такой расчет?
@Alchimista Моя мысль была следующей. Представьте себе огромный контейнер с подвижной пробкой и водородом внутри. Если вес пробки удвоится, давление газа и, следовательно, его плотность также удвоятся. В этом случае на пробке нет веса, но сам газ сильно притягивается под действием силы тяжести. Итак, не должна ли плотность газа увеличиваться пропорционально?
@Alchimista Поскольку у меня нет сильной математической основы для утверждения 1,5, я заменил его словом «сопоставимый» в исходном вопросе.
@Alchimista Короче говоря, я спрашиваю, почему газ в фотосфере так разбросан, несмотря на такую ​​высокую гравитацию, которая должна притягивать его близко к Солнцу и сохранять его плотность? Температура не объясняет этого, так как температура всего в 19 раз выше земной, а плотность в миллион раз меньше.
Нет . Дальше вы двигаетесь к центру. Солнце такое, какое оно есть, потому что находится в «балансе» между гравитацией и давлением. На его пределе нет Р, и действительно, предел фотосферы менее плотный, чем наша атмосфера. Кстати, исчезают и атмосферы солнц и планет.
См. комментарий @Davud Hammen. Оснований для вопроса на самом деле нет.
Если вы предпочитаете, фотосфера такая тонкая и теплая, потому что выталкивается из P внутрь (излучение P, конвекция, тепловое расширение, выброс...).
Еще информация: здесь, на Земле, тоже есть ионосфера. Гораздо теплее и тоньше, чем на уровне моря. Жесткий в этом случае нагревается за счет излучения извне.
И особо не применяйте PV = nRT ведь гравитация есть!
Одна вещь, которую я бы рассмотрел, — это скорость молекул водорода при температуре фотосферы и сравнила бы ее со скоростью убегания Солнца. Я бы также посмотрел, как далеко каждая молекула перемещается, прежде чем столкнуться с другой молекулой, возможно, это похоже на экзосферу Земли en.wikipedia.org/wiki/Экзосфера , где атмосфера больше не ведет себя как газ из-за отсутствия столкновения с другими молекулами. (свойство газа). Здесь есть хороший вопрос, но он становится сложным, в нем есть изрядная доля физики. Я не уверен, что понял бы это правильно, если бы попытался разобраться.
Водород не ионизирован, а другие вещества - например, натрий, литий, калий. Свободных электронов достаточно для производства ионов H-, и именно они обеспечивают основной источник непрозрачности.

Ответы (5)

Я думаю, что в основе вашего вопроса лежит неправильное представление. Ты пишешь

Но гравитация на поверхности Солнца примерно в 28 раз превышает гравитацию на поверхности Земли.

Так не должна ли плотность газов в фотосфере Солнца быть сравнима с плотностью газов на поверхности Земли?

Звучит естественно, что более сильная гравитация подразумевает более плотную атмосферу, но независимо от того, насколько сильна гравитация, есть точка, в которой атмосфера исчезает почти до нуля. На высоте МКС гравитация Земли составляет около 80% от силы тяжести на уровне моря. Но все же МКС находится на орбите в космическом вакууме. Точно так же над атмосферой Юпитера гравитация все еще более чем в два раза превышает земную, но все еще существует вакуум. С солнцем так уж получилось, что та часть атмосферы, которая излучает свет, который мы видим, находится достаточно близко к (неточно определенному) краю пространства, так что ее плотность уменьшилась почти до нуля.

Конечно, если бы он был холоднее, он был бы плотнее. Но когда-нибудь Солнце станет белым карликом размером с Землю, но с ненамного меньшей массой, чем сейчас. Его гравитация будет чрезвычайно сильной, но все равно останется верхняя часть атмосферы, составляющая менее одной миллионной земной атмосферы. По мере остывания эта атмосфера будет остывать так, что будет не теплее земной атмосферы, но все же будет точка, где атмосфера будет такой разреженной. И даже выше этой высоты гравитация будет намного выше, чем даже на нынешней поверхности Солнца.

Спасибо за отличный содержательный ответ! Почему это происходит? Почему Земля не смогла сохранить больше атмосферы и почему она сохранила то, что имеет? Когда гравитация наверху и внизу атмосферы одинакова, что привело к тому, что нижняя часть атмосферы оставалась прикрепленной к Земле, в то время как атмосфера наверху медленно ускользала?
Если подумать, как еще это могло быть? В Солнечной системе очень мало материи, и большая ее часть находится на Солнце. Большая часть остальных находится на планетах, которые движутся так быстро, что не падают на Солнце. Из-за гравитации материя Солнца сжимается настолько, насколько это возможно, но, поскольку материи не так много, в какой-то момент она исчезает. Если он достаточно теплый, чтобы быть газом, он испаряется примерно на один и тот же процент на каждую единицу расстояния, пока не станет неотличим от межпланетной среды.
@RiteshSingh Нижняя часть атмосферы сжимается под весом верхней части атмосферы. Ничто не ускользает в космос (ну, во всяком случае, не сильно)

В дополнение к двум ответам выше, я добавлю, что, во-первых, ваша оценка в миллион раз кажется неправильной. Эти числа являются грубыми приближениями жидкости, а не фиксированного объема, и я бы тоже воспринял их с долей скептицизма, но Википедия дает плотность фотосферы примерно 2×10−4 кг/м^3. Это примерно 1/6000 (не миллионная) плотности атмосферы Земли на поверхности (1,2 кг/м^3).

Неясно, является ли этот показатель плотности средним для всей фотосферы или ближе к поверхности, где мы можем измерить, но если мы измерим всю атмосферу Земли , плотность нашей атмосферы значительно упадет (насколько это зависит от того, где вы определяете верхнюю атмосферы), но это проблема, абсолютной границы нет, поэтому сравнивать плотность — бесполезное занятие, но отношение падает до гораздо меньше 6000 к 1, если взять плотность всей земной атмосферы. Вы также можете сравнить фотосферу с мезосферой Земли, и фотосфера, вероятно, станет более плотной, но независимо от того, как вы сравниваете, это всегда будет как яблоки с апельсинами и довольно бессмысленно.

Толщина фотосферы около 500 км . Я недостаточно доверяю цифрам, чтобы рассчитать давление на дне фотосферы с какой-либо точностью. Если вы возьмете колонку длиной 500 000 метров при вышеуказанной плотности, 0,0002 кг/м^3, это будет 100 кг или 220 фунтов на колонку, рассчитанное на квадратные дюймы (PSI), 0,14 фунта на кв. дюйм - 1/100 давления на поверхности. Земли - но эти числа ужасны и склонны к высокой неточности. Я просто поместил это, чтобы показать, что давление и плотность в нижней части фотосферы все еще низкие, но не такие низкие, как 1 часть на 6000 поверхности Земли.

Суть вашего вопроса в том, как фотосфера может быть такой легкой и почти вакуумной, толщиной более 500 км, при такой высокой гравитации (28 земных гравитаций), и это справедливый вопрос. Ответ, как указывали другие, связан с высокой температурой и содержанием в основном ионизированного водорода в плазменном состоянии. Плазма — это другое состояние материи, чем газ, и она, как правило, гораздо более рассредоточена. Внешнее давление фотонов также может быть ключевым фактором (я не уверен на 100% в этом вопросе).

Спасибо userLTK за ответ! Я не думаю, что ионизация должна играть важную роль, поскольку ионизация водорода при оптической глубине = 1 составляет всего 0,04%. (Источник: article.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/… ). Кроме того, спасибо за меткую переформулировку вопроса. Я добавил его к исходному вопросу с должным уважением к вам.
Я также добавил источник моих данных о том, что плотность фотосферы примерно в миллион раз меньше плотности воздуха на поверхности Земли.
Данные, указанные в Википедии, неверны даже по цитируемому источнику. Я исправил это и добавил свой источник.
Я ценю голосование, но, поскольку я на самом деле не ответил на ваш вопрос, если кто-то ответит, не стесняйтесь голосовать за него.

Фотосфера Солнца представляет собой слой толщиной примерно 400 км, ниже которого почти не ускользают фотоны, а над которым почти все фотоны, направленные наружу, ускользают от Солнца. Даже довольно рассеянная плазма (по сравнению с давлением на поверхности Земли) неплохо поглощает тепловые фотоны. Несколько рассеянная плазма (например, нижняя часть фотосферы) исключительно хорошо поглощает тепловые фотоны.

Несколько высокие температуры (4400 кельвинов и более) в фотосфере Солнца означают, что значительная часть газа (в основном водород и гелий, а также некоторые микроэлементы) ионизирована. Гораздо более низкие температуры (~ 300 кельвинов) в тропосфере Земли означают, что практически ни один из газов (в основном молекулярный азот и кислород, а также некоторые следовые соединения) не ионизирован. Очень разные температуры и очень разный состав означают, что фотосфера Солнца и тропосфера Земли несопоставимы.

Спасибо Давид за ответ! Я не думаю, что ионизация должна играть важную роль, поскольку ионизация водорода при оптической глубине = 1 составляет всего 0,04%. (Источник: article.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/… ).

Расположение фотосферы зависит не только от плотности р , но и непрозрачности κ . Его можно найти на определенной длине волны везде, где интегральный интеграл оптической глубины т знак равно ∫ р κ г г по линии взгляда г становится одним.
Поскольку непрозрачность сильно зависит от состава атмосферы, недостаточно просто взять гравитацию и температуру и попытаться предсказать местоположение фотосферы.

Спасибо AtmosphericPrisonEscape за ваш ответ! Я просто хочу уточнить, что я не пытаюсь предсказать местоположение фотосферы. Я просто пытаюсь найти объяснение его нелогичной низкой плотности в среде с очень высокой гравитацией (даже с учетом высоких температур).
@RiteshSingh: я хотел указать, что плотность на оптической глубине не является значимой величиной. Это становится значимым, если вы примете во внимание непрозрачность атмосферы и сравните ее с земной. В конце концов, наша атмосфера также имеет фотосферы почти на всех длинах волн, за исключением оптических.

Плотность солнечной атмосферы уменьшается с радиусом. Положение солнечной фотосферы определяется тем, где оптическая толщина (измеренная внутрь) достигает единицы. Прямой связи между давлением/плотностью и гравитацией нет; только между градиентом давления и гравитацией.

г п г р знак равно − р грамм
Большая гравитация просто увеличивает градиент давления и плотности по сравнению с тем, что было бы в более низком гравитационном поле при той же плотности.

Фотосфера возникает при такой же плотности и температуре, потому что именно здесь оптическая толщина достигает единицы. Вид, который доминирует в непрозрачности при этих температурах, - это H − ион (водород с дополнительным электроном).

Атмосфера Земли в основном нейтральна и даже при более высокой плотности имеет гораздо меньшую непрозрачность в видимом диапазоне длин волн.

Почему фотосфера Солнца в миллион раз менее плотная, чем воздух у поверхности Земли?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v