Warum ist die Sonne so hell, aber man kann sie weit weg spüren?

Die Antwort auf Ihre erste Frage hat mit Leuchtkraft zu tun . Es ist ein Maß für die Leistung, die von einem Objekt in einer bestimmten Zeit abgegebene Energie, die Sie sich als Helligkeit vorstellen können. Je leuchtender das Objekt, desto heller erscheint es.

Wir können die Sonne als ein idealisiertes Objekt betrachten, das als schwarzer Körper bezeichnet wird und gemäß dem so genannten Stefan-Boltzmann-Gesetz Wärmestrahlung aussendet . Angenommen, die Sonne ist kugelförmig mit einem Radius$R$und Temperatur$T$, dann seine Leuchtkraft$L$ist

$$L=4\pi\sigma R^2T^4$$ wo $\sigma$ist die Stefan-Boltzmann-Konstante. Das Wichtige hier ist das $L\propto R^2$. Wenn die Sonne die Größe eines Ihrer Öfen hätte, wäre sie nicht sehr hell; Wenn der Ofen kugelförmig wäre und als schwarzer Körper behandelt werden könnte, hätten die beiden die gleiche Leuchtkraft.

Die Sonne hat jedoch einen Radius in der Größenordnung von etwa$7\times10^8$Meter. Ich weiß nicht, wie groß der Ofen ist, aber ich vermute, dass er nicht größer als zehn Meter sein kann, also in eine Größenordnung. Erstens ist das ein Größenunterschied von ca$10^7$. Zweitens quadrieren wir den Radius bei der Bestimmung der Leuchtkraft, was bedeutet, dass es einen Unterschied von einem Faktor von gibt$10^{14}$. Um dies etwas aussagekräftiger zu machen , die Sonne ist dann im Wesentlichen hundertmillionenmal leuchtender als der Ofen, obwohl die Temperaturen gleich sind.

Ich habe das Gefühl, dass Ihre zweite Frage ein Duplikat von Was ist die Temperatur des Weltraums? (siehe auch die darin verlinkten Fragen), und Run like hell hat bereits versucht, darauf einzugehen. Barrycarters Kommentar ist jedoch genau richtig. Der Fluss von der Quelle,$F$, fällt nach dem Abstandsgesetz ab, also in einiger Entfernung$r$von der Quelle,

$$F\propto\frac{1}{r^2}$$ Erinnern Sie sich, wie wir gerade die Kraft (Wortspiel beabsichtigt) zum Quadrieren einer großen Menge festgestellt haben? Interstellare Entfernungen sind enorm; das nächste Sternensystem, Alpha Centauri, ist ungefähr $10^{16}$Meter entfernt, oder zehn Milliarden Millionen Meter. Nun quadrieren Sie diesen Abstand. Das ist ein winziger Faktor – selbst wenn er mit der Leuchtkraft aller drei Sterne multipliziert wird, die zusammen immer noch in der gleichen Größenordnung wie die Sonne liegt.

Deine Frage ist viel komplexer als du denkst. Materie muss Temperatur haben, denn Temperatur ist nichts anderes als das Maß für die mittlere Energie einer Gruppe von Teilchen (diese Definition ist für unsere Zwecke hier ziemlich genau). Man braucht also Teilchen und etwas, das ihnen Energie geben kann, um die Materie aufzuheizen. Die Photonen der Sterne erhitzen die Materie und Sie messen eine Temperatur.

Also, was ist die Temperatur im Weltraum? Es hängt davon ab, wo Sie sind und was dort ist. In einer Galaxie zum Beispiel haben Sie etwas Materie zwischen den Sternen, es wird das interstellare Medium (ISM) genannt, es ist hauptsächlich Gas, aber es gibt einen sehr wichtigen (für Astronomen) Anteil an (normalerweise kaltem) Staub. Welche Temperatur hat dieses Medium? Wir können es in Kategorien einteilen:

• Heißes ionisiertes Medium: besteht aus ionisierten Teilchen. Seine Temperatur reicht von einer Million Kelvin bis zu 10 Millionen Kelvin. Sie können es in der Ausbuchtung unserer Galaxie finden

• Warmes ionisiertes Medium: Temperaturen um 10000 Kelvin. Sie finden es in den Spiralarmen um die heißesten Sterne (Typ O, B: die blauen).

• Warmes neutrales Medium: Seine Temperatur reicht von 1000 bis 10000 Kelvin. Es ist in der Scheibe unserer Galaxie verbreitet und erstreckt sich weit über die Zone hinaus, in der sich die Sterne in der Galaxie befinden.

• Kaltes neutrales Medium: Seine Temperatur liegt zwischen 10 und 100 Kelvin, es besteht hauptsächlich aus Wasserstoffmolekülen und ist sehr wichtig für die Sternentstehung, daher finden Sie es in den Spiralarmen.

Dann haben Sie den Staub, der durch die Strahlung der Sterne aufgeheizt wird und dessen Temperatur je nach Zusammensetzung, Lage und Größe der Körner variieren kann.

Welche Temperatur wird im Weltraum gemessen? -Sind es nur Wellenlängen von Strahlungen, aus denen die Temperatur berechnet wird?

Grundsätzlich ja, wir messen die Strahlung, die bei uns ankommt, und wir kennen die Prozesse, die diese Strahlung möglich machen können, und aus diesem Wissen können wir die Temperatur berechnen, die diese Teilchen haben mussten, um so zu emittieren.

Die Antwort besteht aus zwei Teilen und keiner hat etwas (direkt) damit zu tun, wie weit die Sonne entfernt ist.

Der erste Teil besteht darin, die Temperatur der Sonne im Vergleich zur Temperatur Ihres Ofens zu berücksichtigen. Die pro Flächeneinheit emittierte Strahlungsleistung ist proportional zu$T^4$(die vierte Potenz der Temperatur) und es hängt wirklich von nichts anderem ab. Wenn die Sonne die doppelte (absolute) Temperatur Ihres Ofens hat, emittiert sie 16-mal so viel Energie pro Flächeneinheit. Diese Energie wird durch Licht (Photonen) zur Erde getragen, die problemlos durch das Vakuum des Weltraums reisen.

Abgesehen von diesem Faktor von 16 gibt es jedoch keinen Grund, warum sich ein Hochofen nicht so heiß "anfühlen" sollte, als wäre er der Sonne ausgesetzt, wenn er einen 16-Wert aufweist$\times$größerer Raumwinkel . Dies ist definiert als scheinbare Oberfläche geteilt durch die Entfernung zum Quadrat und ist im Grunde der Bruchteil Ihres Sichtfelds, den das Objekt einnimmt.

Wenn Sie beispielsweise 20 m von einem Hochofen entfernt stehen und die "Öffnung" (dh was auch immer Ihnen erlaubt, das Innere zu sehen) einen Durchmesser von 17 cm hat, sieht es ungefähr so ​​​​groß aus, wie die Sonne am Himmel erscheint. Unter diesen Umständen würden Sie nur 1/16 der Strahlungsleistung erhalten, die Sie draußen unter einer Mittagssonne erhalten würden. Wenn die Öffnung andererseits viermal breiter wäre, würden Sie die gleiche Energiemenge erhalten wie von der Sonne - also ja, Sie könnten 20 m von einer Hochofenöffnung von etwa 20 m entfernt sein$< 1$m, ohne besonderen Schutz. Wenn es jedoch beispielsweise 2 m breit wäre oder Sie sich nur auf 10 m entfernen würden, würden Sie mehr als 4-mal so viel Strahlung abbekommen. Und das würde sich entschieden heiß anfühlen.