Jak byla odhadnuta teplota jádra Slunce?

Složení lze určit pomocí spekter. Hmotu lze navíc určit pomocí dynamiky. Pokud tyto dva zkombinujete, za předpokladu, že hvězda je ve stavu hydrostatické rovnováhy (což znamená, že vnější tepelný tlak hvězdy v důsledku fúze vodík do helia je v rovnováze s vnitřním přitahováním gravitace), můžete dělat prohlášení o tom, jaká teplota a hustota musí být v jádru. K fúzi vodíku na helium potřebujete vysoké hustoty a vysoké teploty.

Pamatujte, co se děje: Teploty jsou dostatečně vysoké na to, aby byl vodík v jádře zcela ionizován, což znamená, že k fúzi těchto protonů do jader helia je třeba překonat elektromagnetické odpuzování, když přicházejí dva protony blízko (jako odpuzování nábojů). Níže je schéma procesu jednoho konkrétního typu fúze ( proton-protonová řetězová reakce ).

Další fúzní reakce, ke které dochází na jádrech hvězd, se nazývá uhlík -nitrogen-kyslík (CNO) a je dominantním zdrojem energie pro hvězdy hmotnější než asi 1,3 hmotností Slunce. Níže je uveden tento proces.

Upravit:
Někdo poukázal na to, že to na danou otázku vlastně neodpovídá – což je pravda. Zapomněl jsem, jak si sám mohu udělat některé základní výpočty obálky (připouštím, hvězdná astrofyzika rozhodně není mojí specializací), narazil jsem na velmi surovou a jednoduchý odhad, jak vypočítat centrální tlak a teplotu slunce z. Výpočet však ukazuje správné hodnoty a to, co by člověk potřeboval vědět, aby aby byly podrobnosti správné.

Komentáře

• Tato odpověď na otázku opravdu neodpovídá jako ‚ k tomu, jak se určuje hodnota teploty ~ 10 ^ 7 K.
• @ Guillochon Ano, máte ‚ pravdu. Byl jsem trochu příliš obecný. I ‚ Pokusím se provést aktualizaci s konkrétnější odpovědí.
• @Guillochon Přidal jsem ‚ odkaz. Neváhejte upravit / upravit moji odpověď, pokud máte po ruce lepší informace.
• Teplota na Slunci NENÍ dostatečná k překročení sám Coulombova bariéra pro fúzi vodíku, ale vyžaduje kvantové tunelování.

Hydrodynamické modely Slunce povolit jednu metodu odhadu jejích vnitřních vlastností. K tomu je třeba znát hmotu, poloměr, povrchovou teplotu a celkovou svítivost (emitovanou radiační energii) / s (stanoveno observačně). Lze použít několik předpokladů, např. Že se Slunce chová jako tekutina a že platí lokální termodynamická rovnováha, lze použít hvězdné stavové rovnice. Na tyto rovnice se používají numerické metody k určení vnitřních vlastností Slunce, jako je jeho centrální teplota.

Skvělý příklad, jak tento problém vyřešit sami, najdete v pregraduálním textu Carrolla a Ostlieho „Úvod do moderní astrofyziky“ (část 10.5). Kód FORTRAN pro spuštění vašeho vlastního hvězdného modelu je uveden v příloze H.

Komplexní přehledový článek o tom, jak se uvnitř vyvíjejí hvězdy různých hmot (např. S ohledem na T, P atd.) čtení je: http://adsabs.harvard.edu/abs/1967ARA%26A…5..571I

Velmi zajímavý historický přehled vývoje Standard Solar Model: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0209080

Tento (jistě suchý) papír vám poskytne dobrou představu o tom, jak „standardní“ solární modely odhadují vnitřní vlastnosti Slunce pomocí helioseismologie a měření neutrin, aby pomohly omezit jejich okrajové podmínky: http://adsabs.harvard.edu/abs/1997PhRvL..78..171B Odpověď je, že se neuvěřitelně dobře shodují (> 0,2% chyba)

Jednalo se o nejméně technické (ale stále akademicky publikované) reference, které jsem našel.

Zde je komplexní stránka o nejmodernějším slunečním modelování a měření vnitřního Slunce pomocí helioseismologie: http://www.sns.ias.edu/~jnb/Papers/Preprints/solarmodels.html (vysoce technické)

Termonukleární fúze nemá nic společného s centrální teplota Slunce. Hrubý odhad teploty (s určitým nezbytným zjednodušením) můžete získat podle této úvahy:

1. Materiál Slunce je ideální, zcela ionizovaný plyn (všechny elektrony) jsou odděleny od jader);

2. To znamená, že tlak plynu je úměrný jeho teplotě a počtu částic plynu v jednotkovém objemu;

3. Tlak ve středu (nejvnitřnější části) Slunce musí být dostatečně velký, aby unesl váhu všech výše uvedených vrstev;

4. Pokud předpokládáte, že Slunce je vyrobeno pouze z vodíku, který má centrální teplotu asi 23 milionů stupňů.

Komentáře

• myslím Chápu, co se snažíte říct, ale první věta je sporná. Pokud by nedošlo k žádným jaderným reakcím, mělo by Slunce se svým současným poloměrem stejnou vnitřní teplotu. Nezůstalo by to však tak a stalo by se žhavějším a menším.
• Myslím, že si rozumíme. Moje odpověď se zabývá pouze hydrostatickou rovnováhou (s nedegenerovaným plynem, teplota vstupuje do roztoku), což je odpověď na otázku, jak zabránit zhroucení Slunce v měřítku dnů. Ve skutečnosti vyzařuje Slunce – to znamená, že vnitřní energie plynu uniká do vesmíru a hvězda se musí odpovídajícím způsobem přizpůsobovat v časovém horizontu milionů let – ve skutečnosti se zmenšuje a zvyšuje se centrální teplota. V určitém okamžiku je teplota dostatečně vysoká, aby umožnila fúzi, a hvězda je stabilizována (vyzařovaná energie je generována fúzí).
• Ano, takže v tomto smyslu určuje jaderná fúze centrální teplotu Slunce, nebo alespoň zabránit tomu, aby se ještě více zahřívalo. Souhlasím ale s tím, že pro výpočet aktuální centrální teploty Slunce nemusíte vědět o fúzi – vzhledem k jeho aktuální hmotnosti, poloměru a složení.
• Souhlasím. Původně jsem chtěl jen zdůraznit, že fúze není proces, který udržuje vnitřní prostor Slunce horký (gravitace a zákon o plynu jsou vše, co potřebujeme). Fúze ve skutečnosti brání tomu, aby byl interiér příliš horký 🙂

Obecně: vytváříte modely slunce, pak uvidíte, který z nich souhlasí se všemi pozorováními, a zkontrolujete, jakou teplotu tento model předpovídá jádru.

Velmi jednoduchý model, který poskytuje dobrou aproximaci : fúze probíhá v malém objemu v jádru a část uvolněné energie je poté transportována na povrch, dokud nemůže uniknout jako světlo. Víme, kolik světla vyzařuje slunce, a můžete vypočítat potřebné gradienty teploty a hustoty uvnitř, které jsou potřebné k přenosu této energie a udržení slunce stabilní. Postupujte od povrchu směrem dovnitř a získáte odhad teploty jádra.

Dalším pěkným přístupem je rychlost fúze – to je známé také z celkového výkonu a lze ji srovnat s rychlostí fúze slunce by mělo při různých teplotách.