Das sichtbare Licht von Sternen kann also verwendet werden, um die Elemente in diesem Stern zu identifizieren, indem man sich die spektralen Emissionslinien ansieht und diese Linien mit den Emissionslinien verschiedener Elemente (und ihrer Isotope) hier auf der Erde vergleicht. Diese wohlbekannten Linienwellenlängen können auch verwendet werden, um die relative Bewegung dieses Sterns zur Erde zu bestimmen, indem man sich die Rot- (oder Blau-) Verschiebung der Wellenlängen dieser Spektrallinien ansieht. Es wäre dann vernünftig anzunehmen, dass unsere eigene Sonne dieselben wohldefinierten Spektrallinien aussendet, die bei bestimmten Wellenlängen (basierend auf den Elementen in der Sonne) auftreten sollten.
Sonnenlicht erscheint jedoch (meistens) weiß, und die Verwendung eines Prismas zeigt einen ziemlich konsistenten Farbregenbogen über das sichtbare Spektrum hinweg, anstatt das, was man (basierend auf der Analyse des Emissionsspektrums anderer Sterne) von Spitzen bei bestimmten Wellenlängen erwarten würde. Was bewirkt also, dass das Vollspektrumlicht der Sonne auf der Erdoberfläche erscheint, wenn ich annehme, dass bestimmte Spektrallinien durch Fusion auf der Sonne selbst erzeugt werden?
Ich bin mir sicher, dass ich etwas in meinem Verständnis vermisse, aber ich bin mir nicht sicher, was es ist. Ich verstehe (aus dieser Frage: Wie tief ist die Fraunhofer-Linie "A" im Sonnenspektrum? Kommt sie aus der Sonnen- oder Erdatmosphäre? ), dass die Erdatmosphäre bestimmte Lichtwellenlängen absorbiert, aber warum sollte das Sonnenlicht konsistent sein über sein sichtbares Spektrum, wenn das typische Sternlicht bei bestimmten Spektralwellenlängen erzeugt wird?
Was Sie übersehen, ist, dass die Auflösung eines Prismas nicht hoch genug ist, um die relativ schmalen Spektrallinien aufzulösen. Darüber hinaus erreicht das durch Fusionsreaktionen erzeugte Licht die Sonnenoberfläche nicht sehr lange und wird auf dem Weg viele Male gestreut und gespalten, wodurch jede Signatur der Fusion von ihrem Ursprung entfernt wird. Der Grund, warum wir sicher sein können, dass dort eine Fusion stattfindet, liegt darin, dass wir solare Neutrinos entdecken können, die die Sonne fast vollständig ungehindert verlassen und das erwartete Spektrum aus dem Fusionsprozess haben.
Weitere Informationen finden Sie in den Kirchhoffschen Gesetzen der Spektroskopie .
Zurück zum Spektrum der Sonne. Wir haben einige Gründe, darauf zu vertrauen, dass wir Absorptionslinien der Sonne unabhängig von der Atmosphäre messen können. Erstens hängt die Atmosphäre, durch die wir auf die Sonne blicken, vom Winkel der Sonne am Himmel ab (ein Konzept, das als Luftmasse bezeichnet wird ). Wenn wir also die Sonne aus verschiedenen Winkeln beobachten und verfolgen, wie sich die Absorption mit der Luftmasse ändert, können wir das Spektrum zurück auf Null Luftmasse extrapolieren. Zweitens gibt es mindestens ein Element, das zuerst durch seine Absorptionslinien im Sonnenspektrum entdeckt wurde: Helium (benannt nach dem griechischen Sonnengott Helios), sodass wir sicher sein können, dass die von uns durchgeführten Messungen physikalischen entsprechen Wirklichkeit. Drittens haben wir Messungen mit Satelliten durchgeführt, die sich über der Atmosphäre befinden.
Wenn wir Spektrallinien im Spektrum eines Sterns betrachten, suchen wir eigentlich nach Absorptionslinien, nicht nach Emissionslinien. Das Spektrum eines Sterns ähnelt normalerweise dem eines schwarzen Körpers , kontinuierlich und glatt. Es gibt jedoch Elemente in der Atmosphäre des Sterns, die einen Teil des emittierten Lichts absorbieren; diese erzeugen charakteristische Absorptionslinien in dem von uns beobachteten Spektrum.
Es gibt einen Grund dafür, dass das Spektrum eines Sterns dem eines schwarzen Körpers sehr ähnlich ist. H - Opazität bedeutet, dass ein Teil der solaren Photosphäre für einen weiten Frequenzbereich optisch dick ist. Das wiederum bedeutet, dass die Emission nicht mehr nur von wenigen Frequenzen ausgeht, die wenigen Elementen entsprechen. Dieses Spektrum erscheint kontinuierlich und daher wie ein schwarzer Körper.
Hier werden zwei Fragen gestellt. Sean Lake spricht den ersten an – Sonnenlicht ist nichts Ungewöhnliches; Sein Spektrum enthält viele dunkle Absorptionslinien aufgrund verschiedener chemischer Elemente. Sie brauchen nur eine einigermaßen hohe spektrale Auflösung (hohe Dispersion), um sie zu sehen.
Das Licht der Sonne kommt aus der Photosphäre. Wir sehen nicht, was im Zentrum mit Licht vor sich geht. Licht, das im Zentrum der Sonne emittiert wird, wird fast sofort wieder absorbiert. Wenn Photonen eine vernünftige Chance haben zu entkommen, wird definiert, wo sich die sichtbare Oberfläche befindet. Mit anderen Worten, die Photosphäre markiert den Punkt, an dem (nach innen bewegt) die Lichtundurchlässigkeit schnell zunimmt.
Diese Opazität ist nicht bei allen Wellenlängen gleich. Wo aufgrund eines Elektronenübergangs in einem Atom eine Spektrallinie vorhanden ist, ist sie höher. Bei diesen Wellenlängen können Photonen nur entweichen, wenn sie bei kühleren Temperaturen höher in der Photosphäre emittiert werden. Solches Licht ist weniger intensiv als bei anderen Wellenlängen, daher sehen wir eine "Absorptionslinie".
Außerhalb der Absorptionslinien muss die photosphärische Opazität geringer, aber nicht Null sein. Die Hauptopazität wird hier durch gebundene freie Übergänge verursacht, an denen das H Ion. Elektronen haben ein Kontinuum freier Zustände, die sie außerhalb von Ionen und Atomen einnehmen können, sodass solche Prozesse über einen kontinuierlichen Bereich von Wellenlängen stattfinden. Die Umkehrung dieser Absorptionsprozesse (dh frei gebundene Emission) liefert ein kontinuierliches Emissionsspektrum.
Das Spektrum der Sonne ist daher auf Material mit einer Vielzahl von Temperaturen zurückzuführen (deshalb ist es kein schwarzer Körper). Photonen in Absorptionslinien (sie sind nicht schwarz, nur schwach) werden bei vielleicht 4500 K emittiert, während Photonen im Kontinuum aus heißeren Regionen bei vielleicht etwas mehr als 6000 K kommen.
Wäre da nicht der H Ion würde die Sonne etwas kleiner, heißer und mit tieferen Absorptionslinien erscheinen. Aber es gäbe noch andere gebunden-freie oder frei-freie Prozesse, die in den tieferen, heißeren Schichten der Sonne ablaufen und Quellen für kontinuierliche Absorption und Emission liefern würden.
HDE226868
ProfRob
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