Gibt es mehr Photonen als Kerne in der Sonne?

Es ist eine etwas rätselhafte Frage. Ich werde versuchen, es herauszufinden, aber einer der kniffligen Teile ist, dass Atome ständig Photonen absorbieren und emittieren, höhere Temperaturen höhere Wellenlängen emittieren.

Photonen, die in der Sonne (pro Sekunde) erzeugt werden, können geschätzt werden, aber das sind Fusions-Gammastrahlen.

Die Sonne brennt herum$564$Millionen Tonnen Wasserstoff pro Sekunde. (Quelle) , und 1 Mol ist$6.022 \times 10^{23}$Atome, und Sie haben$1$Mol Wasserstoff mit einer Masse von ca$1.0794$Gramm. Du brauchst ca$840,000$Mol Wasserstoff gleich$1$Tonne, also$6.022 \times 10^{23} \times 8.4 \times 10^5 \times 5.64 \cdot 10^8$Wasserstoffatome werden pro Sekunde umgewandelt, und$1$Wasserstoff während der Fusion (korrigieren Sie mich, wenn ich das falsch verstehe)$\mathrm {H + H = D +e^+}$(und Positron trifft auf ein Elektron und macht Puff) und$\mathrm {D + D = H}$, also bekommst du das Minimum$2.5$Photonen pro Wasserstoff (möglicherweise ein bisschen mehr, wie Sie manchmal bekommen$\mathrm {D + H = T}$Und$\mathrm {T}$zerfällt in$\mathrm {^3He}$.

aber rechnen,$2.5 \times 6.022 \times 8.4 \times 5.64 \times 10^{23 + 5 + 8}$du kommst herum$7 \times 10^{38}$Photonen (Gammastrahlen) werden pro Sekunde im Inneren der Sonne erzeugt, und wenn jedes davon im Durchschnitt verbringt$100,000$Jahre in der Sonne (Schätzungen variieren), multiplizieren Sie das mit$3.1 \times 10^{12}$Sekunden und Sie kommen herum$2.2 \times 10^{51}$Photonen in der Sonne, die in der Sonne erzeugt wurden. Die tatsächliche Anzahl von Photonen in der Sonne ist wahrscheinlich etwas größer.

Wenn wir das Emissionsverhältnis der Schöpfung als Schätzung verwenden, und ich habe keine Ahnung, ob das konsistent ist, besteht eine gute Chance, dass dies nicht der Fall ist, aber die Sonne erzeugt 7 x 10 ^ 38. Photonen pro Sekunde und emittiert etwa 1 x 10 ^ 45. Photonen pro Sekunde, (Quelle) , das ist also ein Verhältnis von etwa 1,4 x 10 ^ 6 von Erzeugung zu Emission. Es macht Sinn, dass ein Gammastrahl, wenn er sich seinen Weg durch ein nahezu endloses Meer von Atomen bahnt, sowohl Energie an andere Photonen als auch an Temperatur verliert, sodass 1 Gammastrahl-Photon in der Mitte der Sonne viele Photonen auf seinem Weg zum erzeugt Sonnenoberfläche - vielleicht bis zu 1,4 Millionen, aber wenn ich raten müsste, würde ich sagen, es sind weniger.

Unter Verwendung der 100.000-Jahres-Schätzung, wie lange ein Photon in der Sonne bleibt, 1,4 x 10 ^ 6 x 2,2 x 10 ^ 51 = etwa 3,1 x 10 ^ 57

Wie viele Atome sind in der Sonne? (Quelle) : Ungefähr 1,2 x 10^57

Vielleicht gibt es also mehr Photonen in der Sonne als Atome, aber das ist eine sehr grobe Schätzung, und die Zahlen sind zu nah, um sie nennen zu können.

Vielleicht wäre es besser zu berechnen, wie viele Photonen ein Atom mit einer bestimmten Temperatur pro Sekunde aussendet, aber ich konnte keinen schnellen Hinweis darauf finden. Plasma verhält sich wahrscheinlich ganz anders als die Atome, die näher an der Oberfläche liegen, aber (vielleicht) kühl genug, um einen Anschein von Elektronenorbitalen festzuhalten.

Eine andere Möglichkeit zum Zählen könnte virtuelle Photonen und Photonen umfassen, die zur Übertragung der elektromagnetischen Kraft verwendet werden. In diesem Fall übersteigen die Anzahl der Photonen wahrscheinlich die Anzahl der Atome erheblich. Das ist wahrscheinlich keine sehr gute Antwort, aber ich dachte, ich werfe es raus.

In einem verdünnten Gas sollte die Photonendichte dieselbe sein wie in einer evakuierten Blackbox gleicher Temperatur (unabhängig von der Gasdichte).

Bearbeiten: Mit anderen Worten, die massiven Teilchen in der Sonne haben eine Temperatur, die auf ihrer kinetischen Energie basiert. Die Photonen müssen als Schwarzkörperstrahlung bei gleicher Temperatur verteilt werden. Die Dichte von Photonen im Gleichgewicht mit einem schwarzen Körper gegebener Temperatur kann berechnet werden.

Bearbeiten: Dieses Gleichgewicht ist die Grundlage der Theorie des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Als die Temperatur des Universums über 3000 K (t ∼ 380000 Jahre) lag, befanden sich Photonen im thermischen Gleichgewicht mit ionisiertem Gas. Als die Temperatur tiefer fiel, wurde das Universum transparent und die Photonen wurden zum CMB.

„Der Rückgang der CMB-Temperatur um den Faktor 1100 (= 3000 K/2,73 K) weist also auf eine Expansion des Universums um den Faktor 1100 seit der Entkopplung bis heute hin.“

Die Anzahl der Atome in der Sonne liegt in der Größenordnung von$10^{57}$, siehe hier .

Die Anzahl der pro Sekunde emittierten Photonen liegt in der Größenordnung von$10^{44}$, siehe hier .

Der Unterschied liegt in der Größenordnung von$10^{13}$. Wenn also Photonen emittiert werden$10^{13}$Sekunden, 315,00 Jahre, würde die Zahl der Photonen beginnen, die Zahl der Atome in der Sonne zu überholen. Die Sonne ist viel älter als das, also werden mehr Photonen von der Sonne emittiert als tatsächliche Atome in der Sonne.

Wie lange Photonen in der Sonne bleiben, bevor sie freigesetzt werden, ist laut askamathmatician jedoch etwas unklar, daher ist die Anzahl der Photonen in der Sonne etwas unklar.

Wenn Sie alle Photonen in der Sonne betrachten, gibt es im Grunde mehr Photonen als Atome.