如何估计太阳的核心温度?


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据估计,太阳核心内部的热量大约在15000000°C-这个值非常巨大。科学家如何估算这个价值?


我只想指出这篇非常有启发性的文章,即难于找到一种“简单”的方法来计算太阳的结构(从而计算中心温度),而不用计算机来计算太阳的结构。这可能就是为什么您还没有获得有关中心温度的简单代数表达式的答案的原因。
Guillochon

Answers:


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组成可以通过获取光谱来确定。另外,可以通过动力学确定质量。如果将这两种方式结合起来,则在恒星处于静水平衡状态的假设下(这意味着恒星由于氢与氦的聚变而产生的向外热压力与重力向内保持平衡),您可以对什么温度和密度的语句必须是核心。您需要高密度和高温才能将氢融合到氦气中。

记住发生了什么:温度足够高,足以使核心中的氢完全电离,这意味着要使这些质子融合到氦核中,您需要克服两个质子接近时的电磁排斥(像电荷排斥一样)。下面是一种特殊类型的融合(质子-质子链反应)过程的示意图。

质子

发生在恒星核心的另一种聚变反应称为碳氮氧(CNO)循环,是质量大于约1.3太阳质量的恒星的主要能源。下面显示了此过程。

CNO

编辑:
有人指出,这实际上并不能回答眼前的问题-是的。我自己忘了如何做一些基本的封底计算(我承认,恒星天体物理学绝对不是我的专长),我偶然发现了关于如何计算太阳的中心压力和温度的非常粗略而简单的估计从。但是,该计算的确指出了正确的值以及为使细节正确而需要知道的值。


这个答案并没有真正回答关于如何确定〜10 ^ 7 K的温度值的问题。
Guillochon

@ Guillochon是的,您是对的。我有点太笼统了。我将尝试使用更具体的答案进行更新。
astromax

@Guillochon我添加了一个链接。如果您手边有更好的信息,请随时修改/编辑我的答案。
astromax

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太阳的温度不足以单独克服氢聚变的库仑势垒,但需要量子隧穿。
亚伦2014年

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太阳的流体动力学模型允许一种估计其内部特性的方法。为此,必须知道太阳的质量,半径,表面温度和总光度(发射的辐射能)/ s(通过观察确定)。做出几个假设(例如,太阳充当流体并且应用局部热力学平衡),可以使用恒星状态方程。将数值方法应用于这些方程式,以确定太阳的内部特性,例如太阳的中心温度。

关于如何解决这个问题的一个很好的例子,可以在卡洛尔和奥斯特利(Carroll and Ostlie)的本科论文《现代天体物理学入门》(第10.5节)中找到。附录H中包含运行您自己的恒星模型的FORTRAN代码。

值得一读的有关不同质量恒星如何内部演化(例如,关于T,P等)的综合综述论文为:http : //adsabs.harvard.edu/abs/1967ARA%26A...5 ..571I

关于标准太阳能模型发展的非常有趣的历史概述:http : //arxiv.org/abs/astro-ph/0209080

这篇(非常干燥的)论文为您提供了一个很好的思路,即“标准”太阳模型如何利用太阳地震学和中微子测量方法来估计太阳的内部特性,以帮助确定其边界条件:http : //adsabs.harvard.edu/ abs / 1997PhRvL..78..171B 答案是它们的匹配度非常好(错误率> 0.2%)

这些是我所能找到的技术最少(但仍在学术上发表)的参考文献。

这是有关太阳建模和使用太阳地震学测量内部太阳光的最新技术的综合页面:http ://www.sns.ias.edu/~jnb/Papers/Preprints/solarmodels.html (技术含量 很高)


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通常,您可以对太阳进行建模,然后查看哪个模型与所有观测结果都一致,并检查该模型为核心预测的温度。

一个非常简单的模型可以给出很好的近似值:核聚变发生在核心的小体积内,一部分释放的能量随后被传输到表面,直到它可以作为光逸出。我们知道太阳会发出多少光,您可以计算出传输此功率并保持太阳稳定所需的必要温度和密度梯度。从表面向内工作,您可以估算出核心温度。

另一个不错的方法是聚变率-这也从总功率中得知,可以将其与太阳在不同温度下的聚变率进行比较。


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热核聚变与太阳的中心温度无关。您可以按照以下思路对温度进行粗略估算(有一些必要的简化):

  1. 太阳的物质是一种理想的,完全电离的气体(所有电子都与原子核分开);

  2. 这意味着气体的压力与其温度和单位体积中的气体颗粒数量成正比;

  3. 太阳中心(内部)的压力必须足够大以支撑上面所有层的重量;

  4. 如果您假设太阳仅由氢组成,则中心温度约为2300万度。


我想我理解您要说的话,但第一句话有争议。如果没有核反应,则具有当前半径的太阳将具有相同的内部温度。但是,它不会一直保持这种状态,并且会变得越来越小。
罗布·杰弗里斯

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我认为我们彼此了解。我的答案仅涉及流体静力学平衡(有未退化的气体,温度进入溶液),也就是对如何在几天的时间内防止太阳崩溃的回答。实际上,太阳辐射-气体的内部能量泄漏到太空中,恒星必须在百万年的时间尺度上做出相应的调整-实际上,它会收缩并且中心温度会升高。在某一点,温度足够高,可以进行聚变,并且恒星稳定(通过聚变产生辐射的能量)。
Leos Ondra

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是的,因此从这个意义上讲,核聚变的确决定了太阳的中心温度,或者至少阻止了它变得更热。但是我同意,鉴于太阳的当前质量,半径和成分,您不需要了解聚变就可以计算太阳的当前中心温度。
罗布·杰弗里斯

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我同意。最初,我只想强调融合不是让太阳内部保持高温的过程(重力和气体定律是我们所需要的)。实际上,融合可以防止内部温度过高:-)
Leos Ondra
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