Atmosfer Bintang dan Transfer Radiatif

Cahaya yang kita terima dari bintang dibentuk oleh perjalanannya melalui atmosfer, dan persamaan transfer radiatif menjelaskan bagaimana penyerapan dan emisi sepanjang perjalanan menentukan spektrum yang muncul.

Definition

Transfer radiatif adalah deskripsi tentang bagaimana radiasi merambat melalui medium yang menyerap, memancarkan, dan menyebarkannya, dan atmosfer bintang adalah lapisan terluar bintang di mana transfer ini menentukan spektrum yang lolos ke luar angkasa.

Scope

Topik ini mencakup struktur atmosfer bintang, persamaan transfer radiatif dan solusinya, sumber opasitas kontinu dan garis, asumsi kesetimbangan termodinamika lokal dan kegagalannya, pembentukan garis serapan, dan model atmosfer yang digunakan untuk menginterpretasikan spektrum yang diamati.

Core questions

• Bagaimana persamaan transfer menggambarkan cahaya yang keluar dari bintang?
• Apa yang menentukan opasitas atmosfer bintang?
• Kapan kesetimbangan termodinamika lokal merupakan asumsi yang valid?
• Bagaimana garis serapan terbentuk di atmosfer?

Key concepts

• persamaan transfer
• fungsi sumber
• kedalaman optik
• opasitas
• kesetimbangan termodinamika lokal
• model atmosfer
• penggelapan tepi

Key theories

Persamaan transfer radiatif

Perubahan intensitas sepanjang sinar sama dengan emisi dikurangi penyerapan yang ditetapkan oleh opasitas dan fungsi sumber; memecahkan persamaan ini melalui model atmosfer menghasilkan kontinum yang muncul dan profil garis yang dibandingkan dengan spektrum yang diamati.

Opasitas, kesetimbangan, dan pembentukan garis

Opasitas kontinu dan garis dari atom, ion, dan ion hidrogen negatif mengontrol di mana di atmosfer panjang gelombang yang berbeda berasal; di bawah kesetimbangan termodinamika lokal, populasi mengikuti suhu, tetapi garis kuat dan lapisan yang jarang memerlukan perlakuan non-kesetimbangan.

Mechanisms

Foton yang bergerak keluar melalui atmosfer diserap dan dipancarkan kembali sesuai dengan opasitas lokal dan fungsi sumber; lapisan yang lebih dalam dan lebih panas berkontribusi pada kontinum sementara panjang gelombang tertentu diblokir oleh opasitas garis dalam gas pendingin di atasnya. Kedalaman dari mana radiasi dengan panjang gelombang tertentu lolos, yang ditentukan oleh di mana kedalaman optik mencapai orde satu, menentukan intensitas yang diamati.

Clinical relevance

Model transfer radiatif atmosfer adalah penghubung esensial antara teori dan observasi dalam astronomi bintang: model ini mengubah spektrum menjadi suhu, gravitasi, dan kelimpahan, mendasari kalibrasi parameter bintang dalam survei besar, dan fisika transfer yang sama berlaku untuk atmosfer planet dan medium antarbintang.

History

Schwarzschild dan Milne mengembangkan teori awal kesetimbangan radiatif di atmosfer, Chandrasekhar mensistematisasi transfer radiatif pada tahun 1940-an, dan Unsold serta Mihalas membangun kerangka kerja modern model atmosfer dan pembentukan garis non-kesetimbangan yang digunakan saat ini.

Key figures

• Subrahmanyan Chandrasekhar
• Dimitri Mihalas
• Edward Milne
• Albrecht Unsold

Seminal works

• chandrasekhar1960
• mihalas1978

Frequently asked questions

Apa itu kedalaman optik?

Kedalaman optik mengukur seberapa banyak material penyerap yang terletak di sepanjang garis pandang; radiasi paling mudah lolos dari lapisan di mana kedalaman optik menuju pengamat sekitar satu, sehingga panjang gelombang yang berbeda secara efektif berasal dari kedalaman yang berbeda di atmosfer.

Apa arti kesetimbangan termodinamika lokal?

Ini adalah asumsi bahwa pada setiap titik gas berperilaku seolah-olah dalam kesetimbangan pada suhu lokal, sehingga populasi atom mengikuti hukum statistik sederhana; ini sangat menyederhanakan analisis tetapi gagal di lapisan berdensitas rendah dan untuk garis spektral yang kuat.