Warum nimmt die Helligkeit und der Radius der Sonne zu, aber nicht ihre Temperatur?

Im Artikel der Sonne auf Wikipedia gibt es ein Bild, das zeigt, wie sich die Helligkeit, der Radius und die Temperatur der Sonne im Laufe der Zeit verändert haben:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In den letzten (und nächsten) Milliarden Jahren sehe ich, wie die Leuchtkraft kontinuierlich ansteigt, die Temperatur ungefähr gleich bleibt und der Radius ebenfalls ansteigt.

Das kommt mir bizarr vor. Ich würde mir vorstellen, dass die Temperatur steigen müsste, damit die Leuchtkraft zunimmt. Und damit die Temperatur zunimmt, müsste der Radius abnehmen (wenn der Kern dichter wird, steigen die Temperaturen).

Warum funktioniert das so?

PS: Ich würde mich auch über eine konkrete Erklärung dafür freuen, warum alle drei am Anfang des Lebens der Sonne abgenommen haben, aber plötzlich anfingen zu wachsen.

Die angegebene Temperatur ist die Oberflächentemperatur . Die Kerntemperatur steigt tatsächlich mit dem Radius und der Leuchtkraft.

Antworten (1)

Die effektive Temperatur T e f f eines Sterns, was vermutlich eingezeichnet ist, wird durch seine Beziehung zum Radius des Sterns definiert R und Leuchtkraft L von

L = 4 π R 2 σ T e f f 4

Dies kommt von der Annahme, dass der Stern wie ein schwarzer Körper auf die Photosphäre strahlt. Dies ist zwar nicht ganz richtig, aber ziemlich genau, und unabhängig davon definieren wir die effektive Temperatur so. Die tatsächliche Oberflächentemperatur weicht geringfügig ab, verhält sich aber auch ungefähr wie dargestellt.

Also, selbst wenn T e f f konstant ist, dehnt sich der Stern aus, wenn er heller wird. Sie können auch sehen, dass die Temperaturempfindlichkeit steiler ist als der Radius, sodass eine moderate Änderung der Leuchtkraft durch eine relativ kleine Änderung der effektiven Temperatur absorbiert werden kann.

Während die Leuchtkraft im Wesentlichen durch das einfache Verhalten der Kernreaktionen im Kern (in Bezug auf Temperatur und Dichte) bestimmt wird, hängen die Oberflächeneigenschaften davon ab, wie Energie nahe der Oberfläche transportiert wird. Bei Strahlung müssen Sie die Opazität des Materials berücksichtigen, die selbst von Ionisationszuständen und so weiter abhängt. Es ist leicht zu erkennen, warum die Leuchtkraft zunimmt (der Kern wird dichter und auch heißer, wodurch Energie schneller produziert wird), aber die Bestimmung der Oberflächeneigenschaften ist komplizierter. Für die Sonne ergibt sich der im Diagramm gezeigte Weg, nachdem Sie alle Gleichungen mit den relevanten Trübungen gelöst haben.

Denken Sie auch als extremes Gegenbeispiel zu "heller bedeutet heißer und kleiner" daran, dass Rote Riesen viel heller, aber auch viel kühler sind!

PS: Ich bin mir nicht sicher, woher die Daten stammen, aber ich würde vermuten, dass das Wackeln am Anfang darauf zurückzuführen ist, dass der Stern seine Kontraktion auf die Hauptsequenz beendet. Das heißt, vor dem ersten Minimum wird Energie durch Gravitationskontraktion freigesetzt. Danach beginnt die Energie aus Kernreaktionen zu dominieren.

Außerdem ist es die Leuchtkraft, nicht die Oberflächentemperatur der Sonne, um die wir uns Sorgen machen müssen. Einige Modelle gehen davon aus, dass alle Ozeane der Erde in den nächsten Milliarden Jahren „abkochen“.
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