otázka, kterou se mnoho lidí ptá astronomů, je: „jak vy lidé víte tolik o vesmíru? Když mluvím o hvězdách, galaxiích, jejich velikostech, teplotách atd., Často se mě ptají, jak to všechno měříte. No, to je krása fyziky. Ve fyzice musíme vymyslet nové způsoby řešení problému a lépe porozumět fungování vesmíru. V tomto článku vám ukážu, jak astrofyzici měří teplotu hvězd, které jsou vzdálené biliony kilometrů.
astrofyzici používají několik nepřímých technik měření teploty. Podívejme se na některé z nich jeden po druhém.
Wienův zákon o vysídlení:
wienův zákon o vysídlení se týká spektra záření černého tělesa. Podle toho bude křivka záření černého těla pro různé teploty vrcholit při různých vlnových délkách, které jsou nepřímo úměrné teplotě. Použitím tohoto inverzního vztahu mezi vlnovou délkou a teplotou lze odhadnout teploty hvězd.
to však platí pouze pro hvězdy se spektry, které se blíží spektru černého těla. Kromě toho by měla být k dispozici také spektra kalibrovaná tavidlem uvažované hvězdy. Tato metoda však neposkytuje přesné výsledky, protože hvězdy nejsou dokonalými černými těly.
Štefanův zákon:
dalším zákonem, který lze použít k měření teploty hvězd, je Stefanův zákon. Tento zákon jsme podrobně popsali v sérii základy astrofyziky. Stefan-Boltzmannův zákon popisuje sílu vyzařovanou z černého těla z hlediska jeho teploty. Podle tohoto zákona je celková sálavá tepelná energie vyzařovaná z povrchu úměrná čtvrté síle její absolutní teploty. L = 4πR2σT4 . Zde σ je Stefan-Boltzmannova konstanta, L je svítivost, R A T jsou poloměr a teplota uvažované hvězdy.
Přečtěte si všechny články ze série základy astrofyziky zde
nejprve změříme celkový tok světla přicházející z hvězdy. Poté, kombinace těchto faktorů, vědci odhadují svítivost. A pomocí interferometrů lze najít poloměr hvězdy. Nakonec se teplota měří zapojením všech těchto termínů do Stefanova vzorce. Omezujícím faktorem je obtížnost měření poloměrů největších nebo nejbližších hvězd. Takže měření existují pouze pro několik obrů a několik desítek blízkých hvězd hlavní posloupnosti. Ty však fungují jako základní kalibrátory, proti nimž astrofyzici porovnávají a kalibrují jiné techniky.
související
- jak klasifikovat více než Bilion bilionů hvězd do pouhých 7 skupin
- diagram, který dokáže vykreslit všechny hvězdy ve vesmíru
- životní cyklus hvězd
spektrální analýzou hvězdy:
víme, že atomy / ionty mají různé energetické hladiny. A populace těchto úrovní závisí na teplotě. Vyšší úrovně jsou obsazeny při vyšších teplotách a naopak pro nižší úrovně. Přechody mezi úrovněmi mohou mít za následek emise nebo absorpci světla při určité vlnové délce v závislosti na energetickém rozdílu mezi dotyčnými úrovněmi. Obvykle, hvězda je teplejší na vnitřní straně a chladnější na vnější straně. Chladnější, překrývající se vrstvy absorbují záření vycházející ze středu hvězdy. To má za následek absorpční linie ve spektru, které získáváme.
analýza spektra spočívá v měření sil těchto absorpčních linií pro různé chemické prvky a různé vlnové délky. Síla absorpční linie závisí především na teplotě hvězdy a množství konkrétního chemického prvku. Nicméně, několik dalších parametrů, jako je gravitace, turbulence, atmosférická struktura, atd., může to také ovlivnit. Tato metoda poskytuje měření teploty s přesností až + / -50 Kelvinů.
Vztah Barva-Teplota:
další metodou měření teploty hvězd je analýza jejich barvy. Ačkoli všechny hvězdy vypadají bílé, mají při pečlivém pohledu různé barvy. Variace jsou výsledkem jejich teploty. Studené hvězdy vypadají červeně a horké jsou modré. Barvu hvězdy měříme přístrojem zvaným fotoelektrický fotometr.
to zahrnuje průchod světla různými filtry a nalezení množství, které prochází každým filtrem. Měření z fotometru se převádějí na teplotu pomocí standardních měřítek. Tato metoda je výhodná, pokud není k dispozici dobré spektrum hvězdy. Výsledky získané touto metodou jsou přesné až do + / – 100-200 K. tato metoda však poskytuje špatné výsledky pro chladnější hvězdy.
každá z výše uvedených metod má své výhody a omezení. Přesto astrofyzici po celém světě široce používají tyto metody a nakonec dávají uspokojivé výsledky.
mohlo by se vám také líbit
- jak se stát astrofyzikem?
- 10 nejlepších knih o astrofyzice
- Top 10 astrofyziků v historii
Editor na „tajemství vesmíru“, dokončil jsem magisterský titul z fyziky z Indie a brzy se připojím k Institutu kosmických věd v Barceloně pro své doktorské studium exoplanet. Rád píšu o nepřeberném množství témat zabývajících se planetárními vědami, observační astrofyzikou, kvantovou mechanikou a atomovou fyzikou, spolu s pokroky v kosmickém průmyslu.