Почему Солнце такое яркое, но его можно почувствовать далеко?

Ответ на ваш первый вопрос связан со светимостью . Это мера мощности, энергия, излучаемая объектом за определенный промежуток времени, которую можно представить как яркость. Чем ярче объект, тем ярче он кажется.

Мы можем рассматривать Солнце как идеализированный объект, называемый черным телом , которое излучает тепловое излучение в соответствии с так называемым законом Стефана-Больцмана . Предполагая, что Солнце имеет сферическую форму с радиусом$R$и температура$T$, то его светимость$L$является

$$L=4\pi\sigma R^2T^4$$ куда $\sigma$– постоянная Стефана-Больцмана. Главное здесь то, что $L\propto R^2$. Если бы Солнце было размером с одну из ваших печей, оно было бы не очень ярким; если бы печь была сферической и ее можно было бы рассматривать как черное тело, они имели бы одинаковую светимость.

Солнце, однако, имеет радиус порядка примерно$7\times10^8$метров. Я не знаю, насколько велика печь, но я предполагаю, что она не может быть больше десяти метров, то есть порядка величины. Во-первых, это разница в размерах примерно$10^7$. Во-вторых, мы возводим радиус в квадрат при определении светимости, а это означает, что есть разница в множитель$10^{14}$. Чтобы сделать это немного более значимым , Солнце тогда по существу в сто миллионов миллионов раз ярче, чем печь, даже при том, что температуры одинаковы.

Я чувствую, что ваш второй вопрос может быть дубликатом « Какова температура космоса?» (см. также связанные с ним вопросы), и « Беги как черт » уже пытался решить эту проблему. Комментарий Баррикартера , тем не менее, точен. Поток от источника,$F$, падает по закону обратных квадратов, т. е. на расстоянии$r$из источника,

$$F\propto\frac{1}{r^2}$$ Помните, как мы только что установили силу (каламбур) возведения в квадрат большого количества? Межзвездные расстояния огромны; ближайшая звездная система, Альфа Центавра, примерно $10^{16}$метров, или десять миллиардов миллионов миллионов метров. Теперь возведите это расстояние в квадрат. Это крошечный фактор, даже если его умножить на светимость всех трех звезд, которая в сумме все еще имеет тот же порядок величины, что и Солнце.

Ваш вопрос гораздо сложнее, чем вы думаете. Вам нужна материя, чтобы иметь температуру, потому что температура есть не что иное, как мера средней энергии группы частиц (это определение вполне подходит для наших целей). Итак, вам нужны частицы и что-то, что может дать им энергию для нагревания материи. Фотоны звезд нагревают вещество, и вы измеряете температуру.

Так какая температура в космосе? Это зависит, это зависит от того, где вы находитесь и что там. В галактике, например, между звездами есть какая-то материя, она называется межзвездной средой (МЗС), в основном это газ, но есть очень важная (для астрономов) доля (обычно холодной) пыли. Так каковы температуры этой среды? Мы можем разделить его на категории:

• Горячая ионизированная среда: состоит из ионизированных частиц. Его температура колеблется от одного миллиона кельвинов до 10 миллионов кельвинов. Вы можете найти его в выпуклости нашей галактики

• Теплая ионизированная среда: температура около 10000 кельвинов. Вы можете найти его в спиральных рукавах, вокруг самых горячих звезд (тип O, B: голубые).

• Теплая нейтральная среда: ее температура колеблется от 1000 до 10000 кельвинов. Он рассеян в диске нашей галактики и простирается намного дальше, чем зона, в которой находятся звезды в галактике.

• Холодная нейтральная среда: ее температура колеблется от 10 до 100 кельвинов, она в основном состоит из молекул водорода и очень важна для формирования звезд, поэтому вы можете найти ее в спиральных рукавах.

Тогда у вас есть пыль, которая нагревается излучением звезд, и ее температура может варьироваться в зависимости от ее состава, расположения и размеров зерен.

Какую температуру измеряют в космосе? - Это просто длины волн излучений, из которых рассчитывается температура?

В основном да, мы измеряем излучение, которое приходит к нам, и мы знаем процессы, которые могут сделать это излучение возможным, и на основе этих знаний мы можем рассчитать температуру, которую должны иметь эти частицы, чтобы излучать таким образом.

Ответ состоит из двух частей, и ни одна из них не имеет прямого отношения к тому, как далеко находится Солнце.

Первая часть заключается в рассмотрении температуры Солнца по сравнению с температурой вашей печи. Количество мощности излучения, излучаемой на единицу площади, пропорционально$T^4$(четвертая степень температуры) и больше ни от чего не зависит. Если Солнце в два раза превышает (абсолютную) температуру вашей печи, то оно излучает в 16 раз больше энергии на единицу площади. Эта энергия переносится на Землю светом (фотонами), которые без проблем путешествуют в космическом вакууме.

Однако, кроме этого коэффициента 16, нет причин, по которым доменная печь не должна «чувствовать» себя такой же горячей, как на солнце, если она выдерживает 16$\times$больший телесный угол . Это определяется как видимая площадь поверхности, деленная на квадрат расстояния, и в основном это та часть вашего поля зрения, которую занимает объект.

Например, если вы стоите на расстоянии 20 м от доменной печи и «отверстие» (то есть то, что позволяет вам видеть внутреннюю часть) имеет ширину 17 см, тогда оно будет выглядеть примерно таким же большим, как Солнце в небе. В этих обстоятельствах вы получили бы только 1/16 мощности излучения, которую вы бы получили, находясь снаружи под полуденным солнцем. С другой стороны, если бы отверстие было в 4 раза шире, вы бы получали такое же количество энергии, как и от Солнца, так что да, вы могли бы находиться на расстоянии 20 м от отверстия доменной печи примерно$< 1$м, без какой-либо специальной защиты. Однако, если бы он был, скажем, 2 м в поперечнике или если бы вы отошли на расстояние всего 10 м, вы бы получили в 4 раза больше радиации. И это было бы явно жарко.