Von der Sonne geformtes Licht?

Wasserstoffatome verschmelzen zu Helium durch die Proton-Proton-Kette, die vier Protonen zu einem Alpha-Teilchen (Kern von${}^{4}He$) und setzt zwei Neutrinos, zwei Positronen und Energie in Form von Gamma-Photonen frei. Obwohl sich Photonen mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, brauchen sie für die zufälligen Bewegungen, die sie im Inneren der Sonne erlebten, Tausende von Jahren, um das Zentrum der Sonne zu verlassen. Diese zufällige Bewegung ist auf das dichte Plasma im Inneren der Sonne zurückzuführen, da jedes Photon permanent mit einem Elektron kollidiert und von seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt wird. Die durch die Fusion freigesetzte Energie bewegt sich nach außen bis zum oberen Rand der Strahlungszone, wo die Temperatur auf etwa 2 Millionen K abfällt, dann werden die Photonen leichter vom Plasma absorbiert und dies schafft die notwendigen Bedingungen für Konvektion. Dadurch entsteht die Konvektionszone der Zone. Dann steigt das Plasma auf und die Photonen werden zur Photosphäre getragen, wo die Dichte des Gases gering genug ist, dass sie entweichen können.

Die Photonen, die wir sehen, sind das Ergebnis der Schwarzkörperstrahlung . Das Licht von der Sonne wird im Grunde durch den gleichen Prozess emittiert, der Licht von einer Glühlampe emittiert.

Die durch die Fusion im Kern freigesetzte Energie wird schnell randomisiert, wenn Photonen mit den geladenen Teilchen im Plasma interagieren, und Sie erhalten am Ende nur ein heißes Plasma. Die Wärme wird allmählich nach außen übertragen und endet in einer Oberflächentemperatur von etwa 5800 K. Ich werde nicht auf den Mechanismus der Schwarzkörperstrahlung eingehen, da dies in den Antworten auf die Frage Was sind die verschiedenen physikalischen Mechanismen für die Energieübertragung auf das Photon während der Schwarzkörperemission? . Es genügt zu sagen, dass die thermische Bewegung geladener Teilchen im Plasma zufällig oszillierende elektrische Dipole verursacht, und diese dann elektromagnetische Strahlung entsprechend der Energie dieser Oszillationen aussenden. Da die Oszillationen zufällig sind, ist das Ergebnis die Emission einer breiten Streuung von Wellenlängen mit einer Spitze bei etwa 500 nm.

Der Kern deiner Frage scheint zu sein:

"... ist diese Energie nicht in Form von thermischen und Gamma-Photonen? Ich verstehe nicht, wie sichtbares Licht emittiert wird, weshalb wir die Sonne sehen.".

Die Sonne ist ein großer Materieball, der eine thermonukleare Reaktion durchläuft – wie ein Kolben mit Chemikalien, die miteinander reagieren, um neue Chemikalien und Licht zu erzeugen, außer dass es keine chemische Reaktion ist, sondern eine Kernreaktion (wie ein großer Kernreaktor mit Nr Wände und eine viel kompliziertere Reihe von Reaktionen; viele verschiedene Arten von Brennstoffen).

Hier ist die Reihe von Reaktionen, die auftreten:

4 (1H) ------> 4 He + 2 e+ + 2 Neutrinos + Energie

3 (4He) ------> 12C + Energie

12C + 12C ------> 24Mg + Energie

12C + 4 He ------> 16O + Energie

16O + 16O ------> 32S + Energie

16O + 4 He -----> 20Ne + Energie

28Si + 7(4 He) ------> 56Ni + Energie

56Ni ------> 56Co + e+ (positiver Betazerfall)

56Co ------> 56Fe + e+ (positiver Betazerfall)

56Fe + n ------> 57Fe

57Fe + n ------> 58Fe

58Fe + n ------> 59Fe

Das bringt die Sonne zum Brennen oder Verschmelzen, das sind die Formeln der Kernreaktionen, die in der Sonne ablaufen.

Quelle: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/lessons/xray_spectra/activity-fusion.html .

Das wird Stellare Nukleosynthese genannt , der Prozess, bei dem sich die natürliche Häufigkeit der chemischen Elemente in Sternen aufgrund von Kernfusionsreaktionen in den Kernen und den darüber liegenden Mänteln ändert.

Querschnitt eines Überriesen, der die Nukleosynthese und die gebildeten Elemente zeigt.

Jetzt haben wir die „Lichtmaschine“ am Laufen und beschreiben als nächstes, wie sichtbares Licht (von der Sonne) erzeugt wird.

Nebenbemerkung: Ihre Frage legt nahe, dass die Sonne (unsere Sonne) Licht erzeugen muss, damit wir sie sehen können. Das ist natürlich nicht wahr, Licht von anderen Sternen könnte von einer dunklen Kugel reflektiert werden und wir könnten die Sonne (unsere Sonne) sehen. nachdem es ausgelöscht ist (obwohl es unwahrscheinlich ist, dass wir (die Menschheit) dieses Gebiet leben und bewohnen würden) - aber wir schweifen jetzt weit von der Frage ab.

Zurück zu Ihrer Frage: "Ich verstehe nicht, wie sichtbares Licht emittiert wird ...".

Quelle für diese Antwort: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/gammaraybursts/imagine/page7.html .

Licht ist das geläufige Wort für das, was Physiker elektromagnetische Strahlung oder elektromagnetische Wellen nennen. Licht ist eine Form von Energie; es kann durch den leeren Raum reisen und hat die Form einzelner Wellenpakete, die Photonen genannt werden. Die Wellen in Paketen aus sichtbarem Licht sind winzige Wellen, die weniger als einen Millionstel Meter lang sind.

Wenn sichtbares Licht in seine verschiedenen Wellenlängen zerlegt wird, nennt man das Ergebnis ein Spektrum. Violettes Licht hat die kürzeste Wellenlänge und rotes Licht die längste – etwa doppelt so lang wie violett. Sichtbares Licht ist jedoch nicht die einzige Form elektromagnetischer Strahlung. Das elektromagnetische Spektrum erstreckt sich in beiden Richtungen über die Farben des Regenbogens hinaus – zu viel kürzeren Wellenlängen als Violett und zu viel längeren Wellenlängen als Rot. Bei den längeren Wellenlängen handelt es sich um Radiowellen, Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Bei den kürzeren Wellenlängen handelt es sich um ultraviolette Strahlung, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen.

Es ist wichtig zu wissen, dass die Sonne kein Lambertscher Strahler (eine kreisförmige Scheibe mit gleichmäßig emittiertem Licht) ist. Die Sonne ist nicht kugelförmig, sondern wird stattdessen unterschiedlich als abgeflachte Scheibe, Quadrupol- oder Hexadekapolform beschrieben. Da es meist gasförmig und flüssig ist, mit einem festen Kern, dreht sich jede Zwiebelringschicht mit einer anderen Geschwindigkeit als jeder Breitengrad; Dies bedeutet, dass unterschiedliche Intensitäten unterschiedlicher Wellenlängen von verschiedenen Abschnitten zu unterschiedlichen Zeiten emittiert werden, sowohl in kurzen Perioden (Minuten) als auch in 11-Jahres-Zyklen - auch Sonnenflecken und Protuberanzen ändern die Intensität des Lichts bei verschiedenen Wellenlängen (schwarze Sonnenflecken sind kühler und emittieren hell X -Strahlen und energiereiche Teilchen).

Form der Sonne:

Weitere Informationen: Verwendung präziser Messungen der Form von Sonnengliedern zur Untersuchung des Sonnenzyklus - Von: JR Kuhn, LE Floyd, Claus Fröhlich, et. Al. - Januar 2000 .

Zusätzlich wird die Helligkeit auf eine leichter sichtbare Weise durch das sogenannte Limb Darkening beeinflusst (zu stark vereinfacht bedeutet dies, dass die Ränder der Sonne dünn sind und nicht so viel sichtbares Licht emittieren können wie der zentrale Teil). Eine etwas kompliziertere Erklärung stammt aus Wikipedias Limb Darkening Article, oder für Doctoral Astrophysics siehe HH Plasketts Limb darkening and solar rotation oder diesen neueren (und lesbareren) Artikel Max Planck Institute Article on Solar Variance .

So variiert die Intensität je nach Breitengrad:

Beachten Sie, dass die Messung für einen bestimmten Bereich des sichtbaren Lichts gilt und nicht in Längsrichtung gilt. Was seitlich und längs auf der Sonne ausmacht, wird durch die Sonnenachse bestimmt, die durch ihr Magnetfeld bestimmt wird, das sich mit dem Fluss der Unterströmungen der verschiedenen Schichten ändert.

Im Allgemeinen wird Licht ähnlich ausgestrahlt wie das, was eine Kamera während einer Sonnenfinsternis aufzeichnet, dies ist eine stark vereinfachte Erklärung:

Das erklärt, wie das Licht erzeugt wird (einschließlich Licht, Energiewellen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind) und wie seine Intensität je nach Ort, Winkel, Zeit usw., zu dem es betrachtet wird, variiert. Die tatsächliche Farbe einer Sonne wird durch ihre Temperatur bestimmt, siehe hier für weitere Informationen zu Spektrum und Farbe vs. Temperatur (warum es keine grünen Sonnen gibt): https://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight .

Dies ist das Spektrum des sichtbaren Lichts:

Hier tritt sichtbares Licht im gesamten Spektrum (der Energie) auf:

Um das Universum zu verstehen, betrachten Astronomen alle Wellenlängen; Der kosmische Himmel sieht bei verschiedenen Lichtwellenlängen völlig anders aus.

Bei Radiowellenlängen sehen Astronomen ferne Quasare und heißes Gas in unserer Milchstraße. Der Infrarothimmel zeigt hauptsächlich winzige Staubpartikel, die durch unsere Galaxie und andere Galaxien verstreut sind. Sichtbares und ultraviolettes Licht zeigen hauptsächlich das Licht gewöhnlicher Sterne. Röntgenstrahlen zeigen auf Millionen Grad erhitztes Gas, das zwischen Galaxien liegt oder auf kompakte Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher fällt. Gammastrahlen können nur durch extrem energiereiche Phänomene erzeugt werden, und wir sehen mehrere Arten von Gammastrahlenemission am Himmel.

Gammastrahlen, die entlang der Ebene der Milchstraße zu sehen sind, stammen nicht von gewöhnlichen Sternen, sondern von Kernreaktionen, die von Protonen erzeugt werden, die auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und auf Gas treffen, das zwischen den Sternen liegt. Gammastrahlen werden auch von Blazaren aus gesehen – intensive Lichtstrahlen und Teilchen, die direkt auf die Erde gerichtet sind und von massiven Schwarzen Löchern in fernen Galaxien erzeugt werden. Gammastrahlen können in den magnetischen Flares auf der Oberfläche unserer Sonne und durch den radioaktiven Zerfall kurzlebiger Atomkerne nachgewiesen werden, die durch Supernova-Explosionen in der Galaxie entstehen.

Alle Objekte in unserem Universum emittieren, reflektieren und absorbieren elektromagnetische Strahlung auf ihre eigene Weise. Die Art und Weise, wie ein Objekt dies tut, verleiht ihm spezielle Eigenschaften, die Wissenschaftler verwenden können, um die Zusammensetzung, Temperatur, Dichte, das Alter, die Bewegung, die Entfernung und andere chemische und physikalische Größen eines Objekts zu untersuchen.

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Wir können uns elektromagnetische Strahlung auf verschiedene Arten vorstellen:

• Aus physikalischer Sicht kann man sich vorstellen, dass alle elektromagnetische Strahlung aus der Bewegung subatomarer Teilchen stammt. Gammastrahlen entstehen, wenn Atomkerne gespalten oder verschmolzen werden. Röntgenstrahlen entstehen, wenn ein Elektron, das in der Nähe eines Atomkerns kreist, mit einer solchen Kraft nach außen gedrückt wird, dass es das Atom verlässt; Ultraviolett, wenn ein Elektron von einer nahen in eine ferne Umlaufbahn geschleudert wird; und sichtbar und infrarot, wenn Elektronen ein paar Bahnen nach außen geschleudert werden. Photonen in diesen drei Energiebereichen (Röntgen, UV und optisch) werden emittiert, wenn eines der Elektronen der äußeren Hülle genügend Energie verliert, um nach unten zu fallen und das fehlende Elektron der inneren Hülle zu ersetzen. Radiowellen werden durch jede Elektronenbewegung erzeugt; Sogar der Strom von Elektronen (elektrischer Strom) in einem gewöhnlichen Haushaltskabel erzeugt Funkwellen ...

• Elektromagnetische Strahlung kann als Strom von Photonen (masselose Energiepakete) beschrieben werden, die sich jeweils in einem wellenförmigen Muster mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Der einzige Unterschied zwischen Radiowellen, sichtbarem Licht und Gammastrahlen ist die Energiemenge der Photonen. Radiowellen haben Photonen mit niedriger Energie, Mikrowellen haben etwas mehr Energie als Radiowellen, Infrarot hat noch mehr, dann sichtbare, ultraviolette, Röntgen- und Gammastrahlen. Durch die Gleichung E=hf bestimmt die Energie die Frequenz eines Photons und damit die Wellenlänge.

Der Wert der EM-Strahlung, die wir vom Universum empfangen, kann anhand folgender Punkte erkannt werden: Die Temperaturen im Universum reichen heute von 1010 Kelvin bis 2,7 Kelvin (in den Kernen von Sternen, die zur Supernova werden, bzw. im intergalaktischen Raum). Zwischen den Zentren von Neutronensternen und der virtuellen Leere des intergalaktischen Raums reichen die Dichten um mehr als 45 Größenordnungen. Magnetfeldstärken können von den 1013-Gauß-Feldern um Neutronensterne über die 1-Gauß-Felder von Planeten wie der Erde bis zu den 10-7-Gauß-Feldern des intergalaktischen Raums reichen. Es ist nicht möglich, diese enormen Reichweiten in einem Labor auf der Erde zu reproduzieren und die Ergebnisse kontrollierter Experimente zu untersuchen; Wir müssen das Universum als unser Labor benutzen, um zu sehen, wie sich Materie und Energie unter diesen extremen Bedingungen verhalten.

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Wie vorgeschlagen, siehe bitte: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/gammaraybursts/imagine/page7.html für die ungekürzte Version.

Was Sie sichtbares Licht nennen, basiert auf ein paar Dingen, Sie können das Licht aufgrund dieser drei Dinge sehen: Es wird erzeugt und bewegt sich auf Sie zu, es passiert die Atmosphäre, ohne blockiert zu werden, und Ihre Augen sind empfindlich für diese Frequenz – manche Menschen sind empfindlicher gegenüber UV- und IR-Licht als andere, da manche Menschen höhere oder niedrigere Frequenzen hören können.

Beachten Sie, wie die Atmosphäre „Fenster“ oder Filter erzeugt, die nur bestimmten Wellenlängen erlauben, eine bestimmte Entfernung zu durchdringen. Nur sichtbares Licht und ein bestimmtes Band von Funkfrequenzen können bis zur Erdoberfläche vordringen.

Ihre Kamera und wissenschaftlichen Instrumente auf der Erde und im Weltraum können ein breiteres Spektrum „sehen“ als Ihre Augen, aber diese Frequenzen können in Bilder umgewandelt (nicht HDR-bearbeitet) werden, die Ihre Augen sehen und Ihr Gehirn verstehen könnte (wie z Radar kann einem geschulten Beobachter Informationen liefern, aber wir können keine Funkwellen sehen).

Siehe: https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/spectra1.html für weitere Informationen.

Weitere Informationen zum elektromagnetischen Spektrum (sichtbares Licht und die angrenzenden Frequenzen) finden Sie unter: https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/emspectrum1.html .

Weitere Informationen zur Emission von Licht von der Sonne (seine Reise von unterhalb der Oberfläche zu unseren Augen) finden Sie unter: Wie passieren Neutrinos so schnell die Sonne ?

So erzeugt die Sonne also Energie, einige können wir mit unseren Augen sehen und die meisten können wir mit Instrumenten erkennen (und auf einem Bild abbilden), wie sie sich fortbewegt und warum ein Teil der Energie blockiert wird (um einen schweren Sonnenbrand zu verhindern). Sie haben nicht gefragt, wie Ihre Augen die Energie umwandeln, damit Ihr Gehirn sehen kann, also werde ich nicht weiter gehen, aber diese Antwort ist auf SE.

Ein Online-Kurs von PSU, der sich an jüngere Leser richtet, ist hier verfügbar: https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3.html .