Wie wurde die Kerntemperatur der Sonne geschätzt?

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Es wurde geschätzt, dass die Hitze im Inneren des Sonnenkerns bei etwa 15 000 000 ° C liegt - dieser Wert ist extrem enorm. Wie haben Wissenschaftler diesen Wert geschätzt?

Zoltán Schmidt
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Ich möchte nur auf diesen sehr aufschlussreichen Artikel hinweisen, in dem es schwierig ist, ein "einfaches" Mittel zur Berechnung der Sonnenstruktur (und damit der zentralen Temperatur), der Sonnenstruktur ohne Computer, zu finden . Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum Sie noch keine Antwort mit einem einfachen algebraischen Ausdruck für die zentrale Temperatur erhalten haben.
Guillochon

Antworten:

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Die Zusammensetzung kann durch Aufnahme von Spektren bestimmt werden. Zusätzlich kann die Masse durch Dynamik bestimmt werden. Wenn Sie diese beiden kombinieren, unter der Annahme, dass sich der Stern in einem hydrostatischen Gleichgewicht befindet (was bedeutet, dass der nach außen gerichtete thermische Druck des Sterns aufgrund der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium mit dem nach innen gerichteten Tauziehen im Gleichgewicht ist), können Sie dies machen Aussagen über das, was die Temperatur und Dichte muss im Kern sein. Sie benötigen hohe Dichten und hohe Temperaturen, um Wasserstoff zu Helium zu schmelzen.

Denken Sie daran, was passiert: Die Temperaturen sind so hoch, dass der Wasserstoff im Kern vollständig ionisiert ist. Um diese Protonen in Heliumkerne zu verwandeln, müssen Sie die elektromagnetische Abstoßung überwinden, wenn sich zwei Protonen nähern (wie Ladungen abstoßen). Unten ist ein Diagramm des Prozesses einer bestimmten Art von Fusion ( Proton-Proton-Kettenreaktion ).

Proton-Proton

Die andere Fusionsreaktion, die an den Kernen der Sterne stattfindet, wird als Kohlenstoff-Stickstoff-Sauerstoff- Zyklus (CNO) bezeichnet und ist die dominierende Energiequelle für Sterne, die massereicher sind als etwa 1,3 Sonnenmassen. Unten sehen Sie diesen Vorgang.

CNO

Edit:
Jemand wies darauf hin, dass dies nicht wirklich die vorliegende Frage beantwortet - was wahr ist. Ich habe vergessen, wie man einige der grundlegenden Berechnungen der Hüllkurve selbst durchführt (ich gebe zu, Sternastrophysik ist definitiv nicht meine Spezialität) und bin auf eine sehr grobe und einfache Schätzung gestoßen, wie man den zentralen Druck und die Temperatur der Sonne berechnet von. Die Berechnung zeigt jedoch die korrekten Werte und was man wissen muss, um die Details korrekt zu machen.

Astromax
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Diese Antwort beantwortet nicht wirklich die Frage, wie der Temperaturwert von ~ 10 ^ 7 K bestimmt wird.
Guillochon
@ Guillochon Ja, du hast recht. Ich war etwas zu allgemein. Ich werde versuchen, mit einer genaueren Antwort zu aktualisieren.
Astromax
@ Guillochon Ich habe einen Link hinzugefügt. Fühlen Sie sich frei, meine Antwort zu ändern / zu bearbeiten, wenn Sie bessere Informationen zur Hand haben.
Astromax
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Die Temperatur in der Sonne reicht NICHT aus, um die Coulomb-Barriere allein für die Wasserstofffusion zu überwinden, sondern erfordert Quantentunnelung.
Aaron
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Hydrodynamische Modelle der Sonne ermöglichen eine Methode zur Abschätzung ihrer inneren Eigenschaften. Dazu müssen die Masse, der Radius, die Oberflächentemperatur und die Gesamtleuchtkraft (emittierte Strahlungsenergie) der Sonne bekannt sein (beobachtend bestimmt). Wenn Sie mehrere Annahmen treffen, z. B. dass sich die Sonne wie eine Flüssigkeit verhält und dass ein lokales thermodynamisches Gleichgewicht vorliegt, können Sie die Sternzustandsgleichungen verwenden. Auf diese Gleichungen werden numerische Methoden angewendet, um die inneren Eigenschaften der Sonne, wie z. B. ihre zentrale Temperatur, zu bestimmen.

Ein gutes Beispiel dafür, wie Sie dieses Problem selbst lösen können, finden Sie im Grundlagentext "Eine Einführung in die moderne Astrophysik" von Carroll und Ostlie (Abschnitt 10.5). Der FORTRAN-Code zum Ausführen Ihres eigenen Sternmodells ist in Anhang H enthalten.

Ein umfassendes Übersichtsartikel darüber, wie sich Sterne verschiedener Massen im Inneren entwickeln (z. B. in Bezug auf T, P usw.), ist lesenswert: http://adsabs.harvard.edu/abs/1967ARA%26A...5 ..571I

Ein sehr interessanter historischer Überblick über die Entwicklung des Standardsolarmodells: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0209080

Dieses (zugegebenermaßen trockene) Papier gibt Ihnen eine gute Vorstellung davon, wie gut die 'Standard'-Sonnenmodelle die inneren Eigenschaften der Sonne mithilfe von Helioseismologie- und Neutrinomessungen abschätzen, um ihre Randbedingungen festzulegen: http://adsabs.harvard.edu/ abs / 1997PhRvL..78..171B Die Antwort ist, dass sie unglaublich gut zusammenpassen (> 0,2% Fehler)

Dies waren die am wenigsten technischen (aber immer noch akademisch veröffentlichten) Referenzen, die ich finden konnte.

Hier finden Sie eine umfassende Seite über den neuesten Stand der solaren Modellierung und Messung der inneren Sonne mithilfe der Helioseismologie: http://www.sns.ias.edu/~jnb/Papers/Preprints/solarmodels.html (hochtechnisch) )

pohuigin
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Im Allgemeinen: Sie machen Modelle der Sonne, und dann sehen Sie, welche mit allen Beobachtungen übereinstimmt, und überprüfen, welche Temperatur dieses Modell für den Kern vorhersagt.

Ein sehr einfaches Modell, das eine gute Annäherung liefert: Die Fusion findet innerhalb eines kleinen Volumens im Kern statt, und ein Teil der freigesetzten Energie wird anschließend an die Oberfläche transportiert, bis sie als Licht entweichen kann. Wir wissen, wie viel Licht die Sonne aussendet, und Sie können die erforderlichen Temperatur- und Dichtegradienten berechnen, die erforderlich sind, um diese Leistung zu transportieren und die Sonne stabil zu halten. Arbeiten Sie von der Oberfläche nach innen und Sie erhalten eine Schätzung für die Kerntemperatur.

Ein weiterer guter Ansatz ist die Fusionsrate - dies ist auch aus der Gesamtleistung bekannt und kann mit der Fusionsrate verglichen werden, die die Sonne bei unterschiedlichen Temperaturen hätte.

Murtuza Vadharia
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Die Kernfusion hat nichts mit der zentralen Temperatur der Sonne zu tun. Sie können eine grobe Schätzung der Temperatur (mit einigen notwendigen Vereinfachungen) erhalten, indem Sie diese Argumentation befolgen:

  1. Das Material der Sonne ist ein ideales, vollständig ionisiertes Gas (alle Elektronen sind von den Kernen getrennt);

  2. Dies bedeutet, dass der Druck des Gases proportional zu seiner Temperatur und zur Anzahl der Gaspartikel in Volumeneinheiten ist.

  3. Der Druck in der Mitte (im innersten Teil der Sonne) muss groß genug sein, um das Gewicht aller darüber liegenden Schichten zu tragen.

  4. Wenn Sie annehmen, dass die Sonne nur aus Wasserstoff besteht, erreichen Sie eine zentrale Temperatur von 23 Millionen Grad.

Leos Ondra
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Ich glaube, ich verstehe, was Sie sagen wollen, aber der erste Satz ist umstritten. Wenn es keine Kernreaktionen gäbe, hätte die Sonne mit ihrem gegenwärtigen Radius die gleiche Innentemperatur. Es würde jedoch nicht so bleiben und würde heißer und kleiner werden.
Rob Jeffries
Ich denke, wir verstehen uns. Meine Antwort befasst sich nur mit dem hydrostatischen Gleichgewicht (mit nicht entartetem Gas tritt die Temperatur in die Lösung ein), das die Antwort auf die Frage gibt, wie man den Zusammenbruch der Sonne nach Tagen verhindern kann. Tatsächlich strahlt die Sonne - das heißt, die innere Energie des Gases entweicht in den Weltraum, und der Stern muss sich im Zeitraum von Millionen Jahren entsprechend anpassen - tatsächlich schrumpft sie und die Zentraltemperatur steigt an. Irgendwann ist die Temperatur hoch genug, um die Fusion zu ermöglichen, und der Stern wird stabilisiert (durch die Fusion wird abgestrahlte Energie erzeugt).
Leos Ondra
Ja, so in diesem Sinne Kernfusion hat die zentrale Temperatur der Sonne bestimmen oder zumindest verhindern , dass es noch heißer zu bekommen. Aber ich stimme zu, dass Sie sich nicht mit Fusion auskennen müssen, um die aktuelle Zentraltemperatur der Sonne zu berechnen - angesichts ihrer aktuellen Masse, ihres Radius und ihrer Zusammensetzung.
Rob Jeffries
Genau. Ursprünglich wollte ich nur betonen, dass Fusion nicht der Prozess ist, der das Innere der Sonne heiß hält (Schwerkraft und Gasgesetz sind alles, was wir brauchen). Tatsächlich verhindert die Fusion, dass der Innenraum zu heiß wird :-)
Leos Ondra