太陽の中心温度はどのように推定されましたか?


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太陽のコア内部の熱は約15 000 000°Cの内部にあると推定されました-この値は非常に大きいです。科学者はこの値をどのように推定しましたか?


私は、太陽の構造(したがって中心温度)を計算する「単純な」手段であるコンピューターなしの太陽構造を見つけることの難しさについて、この非常に啓発的な記事を指摘したいだけです。これがおそらく中心温度の簡単な代数的表現で答えをまだ得ていない理由です。
ギヨチョン

回答:


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組成は、スペクトルを取ることで決定できます。さらに、質量はダイナミクスを通じて決定できます。これら2つを組み合わせると、星が静水圧平衡状態にあると仮定すると(つまり、水素のヘリウムへの融合による星の外向きの熱圧力は、内向きの引っ張りとバランスが取れていることを意味します)、温度と密度がどの程度の文にする必要がありますコアであることを。水素をヘリウムに融合するには、高密度と高温が必要です。

何が起こっているのかを思い出してください:温度はコアの水素が完全にイオン化されるのに十分なほど高温です。つまり、これらの陽子をヘリウム核に融合させるには、2つの陽子が近づくと(電荷が反発するように)電磁反発を克服する必要があります。以下は、ある特定のタイプの核融合のプロセス(プロトン-プロトン連鎖反応)の図です。

陽子-陽子

星のコアで発生する他の核融合反応は、炭素-窒素-酸素(CNO)サイクルと呼ばれ、約1.3の太陽質量よりも重い星の主要なエネルギー源です。以下にこのプロセスを示します。

CNO

編集:
誰かがこれは実際に目の前の質問に答えていないことを指摘した-これは本当です。エンベロープ計算の基本的なバックのいくつかを自分で行う方法を忘れて(私は恒星天体物理学は間違いなく私の専門ではありませ)、私は太陽の中心圧力と温度を計算する方法の非常に粗雑で簡単な推定出くわしましたから。ただし、計算では正しい値と、詳細を正確に取得するために知っておく必要があることを指摘しています。


この回答は、実際に〜10 ^ 7 Kの温度値がどのように決定されるかという質問には答えません。
ギヨチョン

@ギョーチョンそうだね。私は少し一般的すぎました。より具体的な回答で更新してみます。
アストロマックス

@Guillochonリンクを追加しました。より良い情報が手元にある場合は、私の回答を自由に修正/編集してください。
アストロマックス

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太陽の温度は、水素核融合のクーロン障壁だけでは十分ではありませんが、量子トンネリングが必要です。
アーロン14

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太陽の流体力学モデルは、その内部特性を推定する1つの方法を可能にします。これを行うには、太陽の質量、半径、表面温度、および総光度(放出される放射エネルギー)/秒を知る必要があります(観測により決定)。太陽が流体として振る舞い、局所的な熱力学的平衡が適用されるなど、いくつかの仮定を立てると、星の状態方程式を使用できます。これらの方程式に数値法を適用して、中心温度などの太陽の内部特性を決定します。

この問題をどのように解決するかの良い例は、学部のテキスト「キャロルとオストリーによる「現代天体物理学入門」(セクション10.5)にあります。独自の恒星モデルを実行するためのFORTRANコードは、付録Hに含まれています。

さまざまな質量の星が内部でどのように進化するか(たとえば、T、Pなどに関して)の包括的なレビューペーパーは、読む価値があります:http : //adsabs.harvard.edu/abs/1967ARA%26A...5 ..571I

標準太陽モデルの開発に関する非常に興味深い歴史的概要:http : //arxiv.org/abs/astro-ph/0209080

この(確かに乾燥した)論文は、「標準」の太陽モデルが、太陽地震学とニュートリノ測定を使用して境界条件を拘束するのに役立つ太陽の内部特性をどれだけよく推定できるかを示しています:http : //adsabs.harvard.edu/ abs / 1997PhRvL..78..171B 答えは、それらが非常によく一致することです(> 0.2%エラー)

これらは、私が見つけることができる最も技術的な(しかし、まだ学術的に公開されている)参照でした。

以下は、太陽モデリングの最新技術に関する包括的なページであり、太陽地震学を使用した内部太陽の測定です:http ://www.sns.ias.edu/~jnb/Papers/Preprints/solarmodels.html (高度な技術)


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一般的に、太陽のモデルを作成し、次に、どのモデルがすべての観測と一致するかを確認し、このモデルがコアに対して予測する温度を確認します。

良い近似を与える非常に単純なモデル:核の小さな体積内で融合が起こり、放出されたエネルギーの一部は、光として逃げられるまで表面に運ばれます。太陽がどれだけの光を発するかを知っているので、この電力を輸送して太陽を安定に保つために必要な内部の温度と密度の勾配を計算できます。表面から内側に向​​かって作業すると、コア温度の推定値が得られます。

別の素晴らしいアプローチは融合率です。これは総出力からも知られ、太陽が異なる温度で持つ融合率と比較することができます。


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熱核融合は、太陽の中心温度とは関係ありません。この推論の行に従って、温度の大まかな見積もりを得ることができます(いくつかの必要な簡略化を使用)。

  1. 太陽の物質は理想的な完全にイオン化された気体です(すべての電子は核から分離されています)。

  2. これは、気体の圧力がその温度と単位体積内の気体粒子の数に比例することを意味します。

  3. 太陽の中心(最も内側の部分)の圧力は、上のすべての層の重量を支えるのに十分大きくなければなりません。

  4. 太陽が水素だけで作られていると仮定すると、中心温度は約2,300万度になります。


私はあなたが言おうとしていることを理解していると思いますが、最初の文は論争的です。核反応がなければ、現在の半径の太陽は同じ内部温度を持ちます。しかし、それはそのようにとどまらず、より熱くなり、小さくなります。
ロブジェフリーズ

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私たちはお互いを理解していると思います。私の答えは、静水平衡(非縮退ガス、温度が溶液に入る)のみを扱っています。つまり、日スケールで太陽の崩壊を防ぐ方法についての質問への答えです。実際、太陽は放射します-つまり、ガスの内部エネルギーが宇宙に漏れ、星はそれに応じて百万年のタイムスケールで調整する必要があります-実際、それは縮み、中心温度が上昇します。ある時点で、温度は融合を可能にするのに十分高く、星は安定します(放射されるエネルギーは融合によって生成されます)。
レオOndra

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はい、その意味で、核融合太陽の中心温度を決定するか、少なくとも太陽がさらに熱くなるのを防ぎます。しかし、現在の質量、半径、組成を考慮して、現在の太陽の中心温度を計算するために核融合について知る必要がないことに同意します。
ロブジェフリーズ

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同意する。もともと、私は、核融合が太陽内部を高温に保つプロセスではないことを強調したかっただけです(重力とガスの法則は私たちが必要とするすべてです)。実際、フュージョンはインテリア熱くなりすぎるのを防ぎます :-)
Leos Ondra
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