Как может быть, что Солнце излучает больше, чем черное тело?

Насколько мне известно, абсолютно черное тело является идеальным излучателем. Так как же может быть, что неидеальный излучатель испускает больше излучения, чем черное тело?

Это происходит только в очень ограниченной области около 500 нм , но все же происходит: похоже, что в максимуме он примерно на 15% выше черного тела.

Это кажется невозможным для моего понимания черного тела. Тем более, что как раз для этого и существует значение коэффициента излучения ε , а лучше ε(λ)

Википедия Коэффициент излучения: Количественно коэффициент излучения представляет собой отношение теплового излучения от поверхности к излучению от идеально черной поверхности при той же температуре. Отношение варьируется от 0 до 1

Означает 0 ≤ ε(λ) ≤ 1

Какова правильная интерпретация? Что там делает солнце, кажется, ε(500нм)=1,15?

Солнечный спектр

ОК - в будущем я бы порекомендовал записывать любые сокращения, чтобы избежать путаницы.
Дэйв, в качестве альтернативы вы выучите абсолютно стандартные акронимы, такие как AFAIK, FYI, TTYL, BTW, USA, ETC. ;-)
Основным источником вашей путаницы является изображение из Википедии . Кривая черного тела 5250 C не имеет ссылки, и она неверна. Неизвестно, откуда автор этого изображения получил это ошибочное значение.
Сюжет неправильно обозначен. Температура неправильная. например , commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_spectrum_en.svg

Ответы (3)

Полная мощность излучения, излучаемая Солнцем, эквивалентна полной мощности излучения, излучаемого идеальным черным телом с температурой 5778 К и площадью поверхности, равной площади Солнца. Эти 5778 К — эффективная температура Солнца. Спектр Солнца очень близок к спектру черного тела с температурой 5778 К, но есть отклонения. Некоторые из них связаны с поглощением и излучением, но другие являются результатом трех ключевых моментов:

  • Нет такой вещи, как черное тело. Концепция черного тела — это идеализация, основанная на некоторых упрощающих предположениях. Солнце не совсем удовлетворяет этим упрощающим предположениям.

  • Эта эффективная температура 5778 К основана на полной мощности излучения, площади под кривой распределения Планка. Если спектр солнечного света не соответствует спектру черного тела 5778 К на некоторых длинах волн, он обязательно должен подняться выше спектра черного тела 5778 К на других.

  • Основная причина, по которой Солнце не удовлетворяет предположениям, лежащим в основе распределения Планка, заключается в том, что мы видим свет от нескольких источников температуры. Остальная часть этого ответа подробно описывает это

Солнце не твердое тело. У него нет поверхности, от которой исходит излучение. Излучение, которое мы видим от Солнца, исходит главным образом от фотосферы Солнца, слоя толщиной примерно 500 километров вблизи верхней части Солнца. Хромосфера, переходная область и корона находятся над фотосферой. Хотя эти более высокие слои заставляют солнечное излучение отклоняться от кривой идеального черного тела, основным источником является сама фотосфера.

Количество света, прошедшего в пустое пространство, является резко возрастающей функцией расстояния от центра. Однако это не дельта-распределение. Свет, проникающий из этих более глубоких слоев, имеет более высокую температуру, чем слои над ним. Основная часть излучения, которое мы видим от Солнца, исходит из слоя толщиной ~ 500 км, называемого фотосферой. Верхняя часть фотосферы имеет температуру около 4400 К и давление около 86,8 паскалей. Нижняя имеет температуру около 6000 К и давление около 12500 паскалей.

То, что мы видим, представляет собой смесь излучения всей фотосферы. Часть света исходит из верхней части фотосферы, часть из середины, часть из нижней части, примерно утяжеленная давлением. Общий спектр выглядит близким к спектру черного тела с температурой 5778 К, но вклад самой нижней части фотосферы немного отклоняет спектр от идеального, делая его чуть более тяжелым для более коротковолнового излучения.

Я уберу этот абзац.
Хороший ответ. Или, по крайней мере, это кажется разумным для кого-то вроде меня, ничего не смыслящего в солнечной физике. Два вопроса, чисто из любопытства: 1) Действительно ли слоистая температурная структура измеряется непосредственно или она выводится из других данных, например, магнитогидродинамического моделирования? 2) На каком масштабе длины газ находится в локальном равновесии? (т.е. насколько толстые слои примерно)
@MarkMitchison Я думаю, что это хороший ответ. Солнечная фотосфера физически имеет толщину около 100-200 км. т.е. большая часть света, который мы видим, исходит из этого относительно тонкого слоя. Температурная структура выводится из физических моделей, но может быть подтверждена температурной диагностикой, которая не использует только закон Вина (например, отношения линий). Градиент Т в фотосфере составляет около -5 К/км.
@RobJeffries Отлично, большое спасибо за дополнительную информацию.
Насколько близки черные дыры к черным телам?

Функция Планка, описывающая излучение черного тела, является функцией температуры и длины волны:

Б λ ( Т ) знак равно 2 час с 2 λ 5 ⋅ 1 е час с / λ к Б Т − 1
Из-за зависимости от температуры черные тела при разных температурах имеют разное излучение. На приведенном ниже графике из Википедии показаны резкие изменения для черных тел с температурами 3000 К, 4000 К и 5000 К (также показан режим Рэлея-Джинса, где Б λ ( Т ) ∝ λ − 4 который разлетается до бесконечности на малых длинах волн).

введите описание изображения здесь

Спектральный класс Солнца G2V. G2 означает, что температура поверхности Солнца составляет около 5800 К, а не 5250 С (около 5520 К) на вашей диаграмме. Таким образом, излучение, наблюдаемое от солнца , должно быть больше, чем излучение смоделированного черного тела, которое вы показываете.

Ниже представлена ​​функция Планка для эмиттера 5520 К, эмиттера 5777 К и эмиттера 5800 К. И черное тело 5777 K, и 5800 K имеют пик, который примерно на 30% больше, чем у черного тела 5520 K (левая ось — Вт/ср/м). 3 , нижняя ось мю м).

введите описание изображения здесь

От Джима в комментариях

Не забывайте о разнице температур на поверхности, свете из более горячих глубин, который в конечном итоге выходит наружу, других явлениях, вызывающих свет (спектральное излучение возбужденных электронов, рекомбинирующих с атомами, а затем снова ионизирующихся, фотонов, образующихся в процессах рассеяния, распада, аннигиляции и т. д.). ) и т. д. Звезда — это сложная система, в которой постоянно происходит множество событий. Можно с уверенностью предположить, что излучение черного тела (хотя и первичный источник) не является единственным источником излучения.

Похоже, что ваше изображение хочет подогнать кривую к большим длинам волн, а не к пику — вот где ваша путаница. Если тебе подходят пики , то уж точно ε ≤ 1 удовлетворен (если вы обратите внимание на приведенный выше комментарий Джима о том, что солнце на самом деле не является чисто черным телом).

Извините, минус один. Диаграмма ОП не показывает 5250 К. Она показывает 5250 градусов Цельсия. Проверьте это.
@LubošMotl: Верно, но 5250 C - это 5520 K, что все еще примерно на 300 K отличается от температуры поверхности Солнца.
Не забывайте о разнице температур на поверхности, свете из более горячих глубин, который в конечном итоге выходит наружу, других явлениях, вызывающих свет (спектральное излучение возбужденных электронов, рекомбинирующих с атомами, а затем снова ионизирующихся, фотонов, образующихся в процессах рассеяния, распада, аннигиляции и т. д.). ) и т. д. Звезда — это сложная система, в которой постоянно происходит множество событий. Можно с уверенностью предположить, что излучение черного тела (хотя и первичный источник) не является единственным источником излучения.
@LubošMotl: я обновил свой ответ, включив в него изображение функции Планка 5520 K по сравнению с функцией 5800 K. В этой простой разнице в 280 К есть значительная разница.
@Jim: Не возражаете, если я добавлю ваш комментарий (в виде цитаты) в свой ответ?
Дорогой Кайл, я удалил свою оценку, потому что теперь мне кажется правдоподобным, что это действительно объясняет это, и ваш ответ - полностью правильный. Я не уверена.
@KyleKanos Конечно, нет. Не стесняйтесь использовать все, что я говорю когда-либо.
Откуда взялась температура 5250°C (холоднее поверхности)? Наилучшее соответствие/наименьший квадрат? Для расчета ε температура будет 5800°C правильным числом и, следовательно, ε<1, верно?
@stefans: более низкая температура выглядит, по крайней мере, более подходящей для более высокой длины волны, а не для пика. Я ожидаю, что 5800 K даст лучший результат в отношении ϵ .
Еще лучшее значение — 5778 К (или 5777 К, в зависимости от того, кого вы читаете), «эффективная температура» Солнца. Эффективная температура звезды — это температура черного тела с такой же площадью поверхности, что и у звезды, и которое излучает такую ​​же полную излучаемую мощность, как и рассматриваемая звезда.
Диаграмма в вопросе просто неправильно обозначена неправильной температурой. Это функция Планка для черного тела 5778 К, и это неправильный ответ. commons.wikimedia.org/wiki/Файл:Solar_spectrum_en.svg

Излучение черного тела — это излучение горячего тела. Это излучение происходит от его температуры. Солнце производит энергию, и эта энергия излучается. Часть его излучает из-за чистой температуры поверхности, но есть и другие процессы, которые преобразуют энергию.

Как может быть, что Солнце излучает больше, чем черное тело?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v