Wiele osób zadaje astronomom pytanie: „skąd wy ludzie wiecie tyle o wszechświecie?”Kiedy mówię o gwiazdach, galaktykach, ich rozmiarach, temperaturach itp. Często mnie pytają, Jak to wszystko mierzycie. Na tym polega piękno fizyki. W fizyce musimy wymyślić nowe sposoby rozwiązania problemu i lepszego zrozumienia działania kosmosu. W tym artykule pokażę, jak astrofizycy mierzą temperaturę gwiazd oddalonych o biliony kilometrów.
astrofizycy stosują kilka pośrednich technik pomiaru temperatury. Rzućmy okiem na niektóre z nich jeden po drugim.
prawo przemieszczenia Wiena :
prawo przemieszczenia Wiena dotyczy widma promieniowania ciała czarnego. Zgodnie z tym, krzywa promieniowania ciała czarnego dla różnych temperatur osiągnie szczyt przy różnych długościach fal, które są odwrotnie proporcjonalne do temperatury. Wykorzystując tę odwrotną zależność między długością fali a temperaturą, można oszacować temperatury gwiazd.
dotyczy to jednak tylko gwiazd o widmach zbliżonych do widm ciała czarnego. Co więcej, powinny być również dostępne widma skalibrowane przez strumień świetlny rozważanej Gwiazdy. Jednak metoda ta nie daje dokładnych wyników, ponieważ gwiazdy nie są doskonałymi czarnymi ciałami.
prawo Stefana:
innym prawem, które można zastosować do pomiaru temperatury gwiazd, jest prawo Stefana. Omówiliśmy to prawo szczegółowo w serii podstawy Astrofizyki. Prawo Stefana-Boltzmanna opisuje moc wypromieniowaną z ciała czarnego pod względem temperatury. Zgodnie z tym prawem całkowita moc promieniowania cieplnego emitowanego z powierzchni jest proporcjonalna do czwartej mocy jego temperatury bezwzględnej. L = 4πR2σT4 . Tutaj σ To Stała Stefana-Boltzmanna, L To jasność, R I T to Promień i temperatura rozważanej Gwiazdy.
Przeczytaj wszystkie artykuły z serii podstawy Astrofizyki tutaj
na początku mierzymy całkowity strumień światła dochodzący z gwiazdy. Następnie, łącząc te czynniki, naukowcy szacują jasność. Za pomocą interferometrów można znaleźć promień gwiazdy. Ostatecznie temperaturę mierzy się poprzez wpisanie wszystkich tych terminów we wzór Stefana. Czynnikiem ograniczającym jest tutaj trudność w mierzeniu promieni największych lub najbliższych gwiazd. Tak więc pomiary istnieją tylko dla kilku olbrzymów i kilkudziesięciu pobliskich gwiazd ciągu głównego. Działają one jednak jako podstawowe Kalibratory, z którymi astrofizycy porównują i kalibrują inne techniki.
powiązane
- jak sklasyfikować ponad bilion trylionów gwiazd w zaledwie 7 grupach
- diagram, który może wykreślić wszystkie gwiazdy we wszechświecie
- cykl życia gwiazd
poprzez analizę widmową Gwiazdy:
wiemy, że atomy/jony mają różne poziomy energii. A populacja tych poziomów zależy od temperatury. Wyższe poziomy są zajęte w wyższych temperaturach i odwrotnie dla niższych poziomów. Przejścia między poziomami mogą skutkować emisją lub absorpcją światła o określonej długości fali, w zależności od różnicy energii między tymi poziomami. Ogólnie rzecz biorąc, gwiazda jest gorętsza wewnątrz i chłodniejsza Na Zewnątrz. Chłodniejsze warstwy pokrywające pochłaniają promieniowanie wychodzące ze środka gwiazdy. Powoduje to powstanie linii absorpcyjnych w widmie, które otrzymujemy.
analiza widmowa polega na pomiarze wytrzymałości tych linii absorpcyjnych dla różnych pierwiastków chemicznych i różnych długości fal. Siła linii absorpcyjnej zależy przede wszystkim od temperatury gwiazdy i ilości danego pierwiastka chemicznego. Jednak kilka innych parametrów, takich jak grawitacja, turbulencje, struktura atmosfery itp., może również wpływać na to. Metoda ta daje pomiar temperatury z dokładnością do + / – 50 Kelvinów.
Zależność Barwy Od Temperatury:
inną metodą pomiaru temperatury gwiazd jest analiza ich koloru. Chociaż wszystkie gwiazdy wydają się białe, mają różne kolory, gdy są dokładnie oglądane. Zmiany są wynikiem ich temperatury. Zimne gwiazdy wydają się czerwone, a gorące niebieskie. Kolor Gwiazdy mierzymy przyrządem zwanym fotometrem fotoelektrycznym.
wiąże się to z przepuszczaniem światła przez różne filtry i znajdowaniem ilości, która przechodzi przez każdy filtr. Pomiary z fotometru są konwertowane na temperaturę za pomocą standardowych skal. Metoda ta jest korzystna, gdy dobre widmo gwiazdy nie jest dostępne. Wyniki uzyskane tą metodą są dokładne do +/- 100-200 K. metoda ta daje jednak słabe wyniki dla chłodniejszych gwiazd.
każda z wyżej wymienionych metod ma swoje zalety i ograniczenia. Mimo to, astrofizycy na całym świecie powszechnie stosują te metody, a kończą się one zadowalającymi wynikami.
możesz również polubić
- Jak zostać astrofizykiem?
- 10 najlepszych książek o astrofizyce
- 10 najlepszych astrofizyków w historii
Redaktor „The Secrets of the Universe”, ukończyłem studia magisterskie z fizyki w Indiach i wkrótce dołączę do Instytutu Nauk o kosmosie w Barcelonie na studia doktoranckie na temat egzoplanet. Uwielbiam pisać na wiele tematów związanych z naukami planetarnymi, astrofizyką obserwacyjną, mechaniką kwantową i fizyką atomową, wraz z postępami zachodzącymi w przemyśle kosmicznym.