انتقال انرژی در ستارگان
انرژی تولید شده در هسته یک ستاره باید به سمت سطح آن حرکت کند، و اینکه آیا این انتقال عمدتاً از طریق انتشار تابش یا از طریق همرفت تودهای صورت میگیرد، ساختار و ویژگیهای قابل مشاهده ستاره را شکل میدهد.
Definition
انتقال انرژی مجموعهای از فرآیندهای فیزیکی است که عمدتاً شامل انتشار تابشی، همرفت و هدایت میشود و از طریق آنها انرژی آزاد شده در فضای داخلی یک ستاره به سمت بیرون منتقل میشود تا از سطح آن تابش یابد.
Scope
این موضوع شامل انتشار تابشی و نقش کدورت، گرادیان دمای تابشی، معیارهای شوارتزشیلد و لدو که تعیین میکنند همرفت از کجا آغاز میشود، نظریه طول اختلاط به عنوان توصیفی عملی از انتقال حرارت همرفتی، و نقش بسیار کوچکتر هدایت به جز در ماده تباهیده است.
Core questions
- انرژی چگونه از هسته یک ستاره به سطح آن منتقل میشود؟
- چه چیزی تعیین میکند که یک منطقه انرژی را از طریق تابش یا همرفت منتقل کند؟
- کدورت چگونه جریان تابش را از طریق ماده ستارهای کنترل میکند؟
- چرا مناطق همرفتی در ستارگان با جرمهای مختلف در مکانهای خاصی رخ میدهند؟
Key concepts
- انتشار تابشی
- کدورت
- گرادیان تابشی
- معیار شوارتزشیلد
- همرفت
- نظریه طول اختلاط
- گرادیان آدیاباتیک
Key theories
- انتشار تابشی و کدورت
- در مناطق تابشی، انرژی به صورت فوتونهایی که مکرراً جذب و بازتابش میشوند، به سمت بیرون منتشر میشود؛ گرادیان دمای لازم برای حمل شار با کدورت، یعنی مقاومت ماده ستارهای در برابر تابش، که به ترکیب، دما و چگالی بستگی دارد، متناسب است.
- آغاز همرفت و نظریه طول اختلاط
- هنگامی که گرادیان تابشی مورد نیاز برای حمل شار از گرادیان آدیاباتیک فراتر رود، گاز نسبت به همرفت ناپایدار شده و واژگون میشود؛ نظریه طول اختلاط انتقال حرارت حاصل را با در نظر گرفتن تودههای گازی در حال صعود و نزول که قبل از حل شدن مسافتی مشخص را طی میکنند، پارامتریزه میکند.
Mechanisms
فوتونها انرژی را از طریق یک حرکت تصادفی در گاز ستارهای کدر به سمت بیرون حمل میکنند، با گرادیان دمای مورد نیاز که توسط کدورت تعیین میشود. در جایی که این گرادیان برای پایداری بیش از حد شیبدار میشود، بستههای داغ گاز بالا میروند و بستههای سرد فرو میروند و گرما را به طور مؤثر از طریق همرفت منتقل کرده و ترکیب آن منطقه را مخلوط میکنند.
Clinical relevance
موقعیت و وسعت مناطق همرفتی، فراوانی عناصر سطحی، فعالیت و مغناطیس ستارهای، کاهش لیتیوم، و اختلاطی که سوخت هستهای را تغذیه میکند، را کنترل میکنند و آنها منبع اصلی عدم قطعیت در مدلهای ستارهای هستند که اکنون اخترزمینلرزهشناسی (asteroseismology) به دنبال محدود کردن آنها است.
History
ادینگتون در دهه ۱۹۲۰ انتقال تابشی را به عنوان عامل اصلی ساختار ستارهای معرفی کرد، شوارتزشیلد معیار ناپایداری همرفتی را فرموله کرد، و فرمولاسیون طول اختلاط در اواسط قرن بیستم، که توسط بوم-ویتنس اصلاح شد، به همرفت شکلی قابل حل داد که هنوز در مدلهای ستارهای مدرن استفاده میشود.
Debates
- بررسی همرفت در مدلهای ستارهای
- نظریه طول اختلاط یک تقریب تک پارامتری برای یک فرآیند ذاتاً سه بعدی و آشفته است؛ کالیبراسیون طول اختلاط و بررسی فرارفت همرفتی (convective overshooting) و مرزها نامشخص باقی ماندهاند، و شبیهسازیهای هیدرودینامیکی سه بعدی برای آزمایش و بهبود آنها استفاده میشوند.
Key figures
- Arthur Eddington
- Karl Schwarzschild
- Erika Bohm-Vitense
- Ludwig Biermann
Related topics
Seminal works
- eddington1926
- kippenhahn2012
Frequently asked questions
- چرا خورشید در داخل تابشی است اما نزدیک سطح همرفتی؟
- در اعماق داخلی خورشید، تابش میتواند انرژی را با یک گرادیان دمای متوسط به بیرون حمل کند، اما در لایههای بیرونی سردتر، کدورت بالا است و گرادیان مورد نیاز برای تابش از آستانه ناپایداری فراتر میرود، بنابراین یک سوم بیرونی خورشید به صورت همرفتی واژگون میشود.
- کدورت چیست و چرا اهمیت دارد؟
- کدورت میزان جذب و پراکندگی تابش توسط ماده ستارهای را اندازهگیری میکند؛ کدورت بالا فرار فوتونها را دشوارتر میکند، گرادیان دمای شیبدارتری را تحمیل میکند و اگر به اندازه کافی شیبدار باشد، همرفت را تحریک میکند، بنابراین کدورت یک ورودی کلیدی است که ساختار یک ستاره را کنترل میکند.