Nhiệt độ lõi của Mặt trời được ước tính như thế nào?

Người ta ước tính rằng nhiệt bên trong lõi của Mặt trời bên trong khoảng 15 000 000 ° C - giá trị này là vô cùng lớn. Làm thế nào các nhà khoa học ước tính giá trị này?

Thành phần có thể được xác định bằng cách lấy phổ. Ngoài ra, khối lượng có thể được xác định thông qua các động lực. Nếu bạn kết hợp cả hai, theo giả định rằng ngôi sao ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh (có nghĩa là áp suất nhiệt ra bên ngoài của ngôi sao do phản ứng tổng hợp hydro thành helium cân bằng với lực kéo vào trong), bạn có thể đưa ra tuyên bố về những gì nhiệt độ và mật độ phải có trong lõi. Bạn cần mật độ cao và nhiệt độ cao để hợp nhất hydro thành helium.

Hãy nhớ những gì đang xảy ra: Nhiệt độ đủ nóng để hydro trong lõi bị ion hóa hoàn toàn, nghĩa là để hợp nhất các proton này thành hạt nhân helium, bạn cần phải vượt qua lực đẩy điện từ khi hai proton đến gần (như điện tích đẩy lùi). Dưới đây là sơ đồ của quá trình hợp nhất một loại ( phản ứng chuỗi Proton-proton ).

Phản ứng nhiệt hạch khác xảy ra ở lõi của các ngôi sao được gọi là chu trình carbon-nitơ-oxy (CNO) và là nguồn năng lượng chủ yếu cho các ngôi sao lớn hơn khoảng 1,3 khối lượng mặt trời. Dưới đây cho thấy quá trình này.

Chỉnh sửa:
Ai đó đã chỉ ra rằng điều này không thực sự trả lời câu hỏi trong tay - đó là sự thật. Quên làm thế nào để tự mình thực hiện một số tính toán cơ bản của phong bì (tôi thừa nhận, vật lý thiên văn sao chắc chắn không phải là chuyên môn của tôi), tôi đã vấp phải một ước tính rất thô sơ và đơn giản về cách tính áp suất trung tâm và nhiệt độ của mặt trời từ. Các tính tuy nhiên không chỉ ra các giá trị đúng và những gì người ta sẽ cần phải biết để có được những chi tiết chính xác.

Các mô hình thủy động lực học của Mặt trời cho phép một phương pháp ước tính các thuộc tính bên trong của nó. Để làm điều này, phải biết khối lượng, bán kính, nhiệt độ bề mặt và tổng độ sáng (năng lượng bức xạ phát ra) / s của Mặt trời (xác định theo quan sát). Đưa ra một số giả định, ví dụ, Mặt trời hành xử như một chất lỏng và áp dụng trạng thái cân bằng nhiệt động lực cục bộ, các phương trình trạng thái của sao có thể được sử dụng. Phương pháp số được áp dụng cho các phương trình này để xác định các tính chất bên trong của Mặt trời, chẳng hạn như nhiệt độ trung tâm của nó.

Một ví dụ tuyệt vời cho cách giải quyết vấn đề này, bản thân bạn có thể được tìm thấy trong văn bản đại học, 'Giới thiệu về Vật lý thiên văn hiện đại' của Carroll và Ostlie (Phần 10.5). Mã FORTRAN để chạy mô hình sao của riêng bạn được bao gồm trong Phụ lục H.

Một bài viết đánh giá toàn diện về cách các ngôi sao có khối lượng khác nhau phát triển bên trong (ví dụ, liên quan đến T, P, v.v.) đáng đọc là: http://adsabs.harvard.edu/abs/1967ARA%26A...5 ..571I

Một tổng quan lịch sử rất thú vị về sự phát triển của Mô hình năng lượng mặt trời tiêu chuẩn: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0209080

Bài báo (được thừa nhận là khô) này cung cấp cho bạn ý tưởng tốt về việc các mô hình mặt trời 'tiêu chuẩn' ước tính các tính chất bên trong của Mặt trời bằng cách sử dụng phép đo helioseism và neutrino để giúp buộc các điều kiện biên của chúng: http://adsabs.harvard.edu/ abs / 1997PhRvL..78..171B Câu trả lời là chúng khớp rất tốt (lỗi> 0,2%)

Đây là những tài liệu tham khảo ít kỹ thuật nhất (nhưng vẫn được công bố về mặt học thuật) mà tôi có thể tìm thấy.

Dưới đây là một trang toàn diện về công nghệ tiên tiến trong mô hình năng lượng mặt trời và đo Mặt trời bên trong bằng cách sử dụng Helioseismology: http://www.sns.ias.edu/~jnb/Papers/Preprints/solarmodels.html (kỹ thuật cao )

Nói chung: bạn tạo các mô hình mặt trời, và sau đó bạn thấy cái nào đồng ý với tất cả các quan sát và kiểm tra nhiệt độ mà mô hình này dự đoán cho lõi.

Một mô hình rất đơn giản mang lại sự gần đúng tốt: phản ứng tổng hợp xảy ra trong một thể tích nhỏ trong lõi và một phần năng lượng được giải phóng được vận chuyển lên bề mặt sau đó cho đến khi nó có thể thoát ra dưới dạng ánh sáng. Chúng tôi biết mặt trời phát ra bao nhiêu ánh sáng, và bạn có thể tính toán nhiệt độ và mật độ gradient cần thiết bên trong được yêu cầu để vận chuyển năng lượng này và để giữ cho mặt trời ổn định. Làm việc từ bề mặt vào bên trong và bạn có được ước tính cho nhiệt độ lõi.

Một cách tiếp cận hay khác là tốc độ nhiệt hạch - điều này cũng được biết đến từ tổng công suất, và nó có thể được so sánh với tốc độ nhiệt hạch mà mặt trời sẽ có ở các nhiệt độ khác nhau.

Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch không liên quan gì đến nhiệt độ trung tâm của Mặt trời. Bạn có thể có được ước tính sơ bộ về nhiệt độ (với một số đơn giản hóa cần thiết) theo dòng lý luận này:

1. Vật chất của Mặt trời là một loại khí lý tưởng, bị ion hóa hoàn toàn (tất cả các điện tử được tách ra khỏi hạt nhân);

2. Điều này có nghĩa là áp suất của khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó và số lượng hạt khí tính theo đơn vị thể tích;

3. Áp lực ở trung tâm (phần trong cùng) của Mặt trời phải đủ lớn để hỗ trợ trọng lượng của tất cả các lớp trên;

4. Nếu bạn cho rằng Mặt trời chỉ được tạo ra từ hydro, bạn sẽ có nhiệt độ trung tâm khoảng 23 triệu độ.