Was sind die experimentellen Grenzen für die Restladung der Sonne?

Die Frage Kann ein Neutronenstern aufgeladen werden? und die damit verbundenen Kommentare und Antworten brachten mich zum Staunen; Gibt es Messungen oder experimentelle Grenzen der Restladung der Sonne?

Da die Sonne eine komplexe Atmosphäre und einen Netto-Sonnenwind hat, kann es einige Feinheiten geben, welche Kugel verwendet wird, um die Nettoladung Q im Inneren zu ermitteln. Anstatt also einen Radius zu definieren, ist es vielleicht besser zu sehen, welche Beweise verfügbar sind .

Da es eine ionisierte Komponente des Sonnenwinds gibt und Protonen 2.000-mal schwerer als Elektronen sind, denke ich, dass eine anfänglich neutrale Sonne Elektronen schneller verlieren würde als Protonen, bis ein ausreichend starkes statisches Feld erzeugt würde, das das Extra hinzufügen würde. Push" für die Protonen, um mit der gleichen Geschwindigkeit zu gehen, aber das ist ein extrem vereinfachtes Modell.

Ich bitte in erster Linie um irgendeine Art von Mess- oder Versuchsdaten und nicht um reine Rationalisierung oder Handbewegungen . Gab es jemals einen Versuch, die statische Restladung der Sonne zu messen?

Bevor Sie irgendwelche Rationalisierungen verwerfen, müssen Sie erkennen, dass jeder Versuch, das zu messen, was Sie vorschlagen, zuerst Rationalisierungen durchlaufen wird. Insbesondere die Rationalisierung über die Größe der Debye-Sphäre ( en.wikipedia.org/wiki/Debye_length ) des Sonnenplasmas wird jeden Gedanken daran vereiteln, das zu tun, was Sie in den Kinderschuhen vorschlagen.
@AtmosphericPrisonEscape Ich habe es nicht vorgeschlagen, nur gefragt, ob es jemand versucht hat. Wenn Sie sicher sind, dass der Sonnenwind eine Nettoladung auf der Sonne "verstecken" kann, posten Sie sie dann nicht als Antwort, wo andere über Ihren Vorschlag abstimmen können. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Antwort mit einer astronomischen Referenz untermauern. Die Debye-Länge bezieht sich auf eine einzelne Ladung (z. B. ein Ion), die in einem ausgedehnten Plasma mit einer wesentlich größeren Anzahl von Ladungen eingebettet ist . Es gilt nur, wenn die Ladung, die Sie "verstecken" möchten, viel geringer ist als die im Plasma verfügbare Ladung. Eine höhere Ladung würde nicht abgeschirmt werden.
@AtmosphericPrisonEscape auch die Debye-Länge gilt in einem gleichmäßigen Plasma. Die Dichte des Sonnenwindes sinkt wie 1 / R 2 , ist es überhaupt nicht homogen und fällt bis zur Erde um mehr als vier Größenordnungen ab. Wenn Sie möchten, könnte ich eine zweite Frage stellen: "Wie viel Nettoladung auf der Sonne könnte vom Sonnenwind "versteckt" werden?" und man könnte es quantitativ ausrechnen. Gib mir Bescheid!
@AtmosphericPrisonEscape Mir ist gerade in Physics SE aufgefallen: Wie groß ist die elektrische Ladung der Sonne und ihrer Korona? Es verlinkt auf [diesen Thread[( internationalskeptics.com/forums/… ) der einige Berechnungen von Eddington zitiert und daher etwas veraltet ist. Aber in der Wissenschaft war die Tatsache, dass etwas als klein vorhergesagt wurde, nie ein Grund, sich nicht die Mühe zu machen, es zu messen . Ich würde trotzdem gerne wissen, ob jemals jemand versucht hat, eine Vorhersage zu überprüfen.
Was ich sagen wollte, ist Folgendes: Wenn Sie eine Größe messen, verwenden Sie einen Effekt, der diese Größe messbar macht. Die meisten Physikexperimente können das, was sie wollen, nicht direkt messen. Und die Debye-Länge sagt Ihnen, dass alle Auswirkungen von Nettoladungsungleichgewichten in einem Plasma wie dem Sonnenwind auf der Längenskala von ~ 10 Metern geglättet werden. Daher muss jeder Versuch, die Nettoladung der Sonne zu messen, scheitern, wie Sie auch jedes Plasma-Intro lehrt.
@AtmosphericPrisonEscape Die Idee, dass eine beliebig große Ladungsmenge in 10 Metern Entfernung von einem verdünnten Plasma mit der Dichte des Sonnenwinds bei 1 AE vollständig abgeschirmt werden könnte, fliegt nicht. Wenn Sie quantitativ nachweisen können, dass eine geladene Sonne mit einem modernen Raumschiff oder einer anderen Technik nicht zu erkennen ist, oder eine zuverlässige Quelle finden, die dies tut, dann posten Sie dies als Antwort. Aber nur zu sagen "Es gibt eine Debye-Länge, also ist Ihre Frage umstritten" in einem Kommentar hilft nicht, weil ich nicht glaube, dass dies unbedingt so ist.
"... weil ich nicht glaube, dass es unbedingt so ist." Nun, ich denke, das ist hier eher das Problem.
Wie ich in der von Ihnen kommentierten Antwort ausgeführt habe, arbeiten elektrische Felder daran, sich selbst loszuwerden. Da Plasmen zur Quasi-Neutralität tendieren und jede überschüssige Ladung in der kollisionsnahen Sonnenatmosphäre sich rekombinieren oder selbst auslöschen wird, ist das aktuelle Modell (als exosphärisches Modell bezeichnet), dass die Sonne quasi-neutral bleibt. Die Modelle, die argumentieren, dass es sich auflädt, können keinen Überschall-Sonnenwind erzeugen, der ständig beobachtet wird. Es gibt einige Astrophysiker, die argumentieren, dass dies gültig ist, aber es stimmt einfach nicht mit Beobachtungen überein.
@honeste_vivere Danke für deinen Kommentar. Wenn es einige akzeptierte, von Fachleuten begutachtete Arbeiten gibt, die zeigen, dass das Vorhandensein eines Überschallwinds eine Messung einer Restladung oder eine messbare Ladung unmöglich macht, könnte dies hier eine gute Antwort sein. Natürlich wäre eine bessere Antwort "ja, es gab eine Messung oder experimentelle Grenze" oder "nein, es hat keine", weil ich nicht gefragt habe, ob eine Messung durchgeführt werden sollte oder könnte, sondern stattdessen gefragt habe, ob eine Messung durchgeführt wurde gewesen.
@AtmosphericPrisonEscape Ich glaube nicht, dass die Aussage "es gibt eine Debye-Länge, also ist die Frage umstritten" richtig ist, und ich glaube nicht, dass der Sonnenwind eine beliebig große Ladungsmenge in 10 Metern maskieren kann. Wenn Sie etwas anderes zeigen können, posten Sie es als Antwort, wo darüber abgestimmt werden kann. Oder posten Sie eine Antwort auf die gestellte Frage.
@uhoh - Hast du dir die Referenzen in dieser Antwort angeschaut physical.stackexchange.com/a/257548/59023 ? Diese Beobachtungen wären weder möglich noch würden sie gemacht werden, wenn es der Sonne erlaubt wäre, sich aufzuladen, wie es in dieser Antwort impliziert ist physical.stackexchange.com/a/73773/59023 (Beachten Sie, dass seine Antwort auf meine Kritik in den Kommentaren effektiv ist: "Nur weil mein Modell nicht durch Beobachtungen gestützt wird, heißt das nicht, dass es nicht gültig ist ...", was mich völlig verwirrt.).
@honeste_vivere Das hatte ich noch nie gesehen. OK, ich werde es mir ansehen und lesen, danke!
@honeste_vivere: "Diese Beobachtungen wären weder möglich noch würden sie gemacht werden, wenn es der Sonne erlaubt wäre, sich aufzuladen, wie es in dieser Antwort impliziert ist physical.stackexchange.com/a/73773/59023 " Meine Antwort dort impliziert nicht, dass die Sonne "lädt sich auf", es besagt (basierend auf einer Referenz), dass die Sonne eine Nettoladung hat (diese beiden Aussagen sind sehr unterschiedlich, da die erste bedeutet, dass die Ladung zunimmt). Soweit ich sehen kann, haben Sie kein stichhaltiges Argument dagegen geliefert, dass die Sonne eine Nettoladung hat.
@honeste_vivere: "Eine Sonne mit einer Nettoladung, wie sie das von Ihnen referenzierte Modell impliziert, würde keinen Überschall-Sonnenwind zulassen, den wir ständig beobachten. Ich verstehe nicht, warum das kein gültiges Argument ist." Denn bisher ist es haltlos. Es ist nur deine Meinung. Könnten Sie diese Aussage mit einer anständigen Referenz untermauern?
@honeste_vivere: Ich bestehe darauf, dass dies irrelevant ist, da die Referenz, die besagt, dass es eine Nettogebühr gibt, nicht beweisen kann, dass es keine Nettogebühr gibt:-). Was uns bleibt, sind nur Ihre Worte, die nicht beweisen können, dass "eine Sonne mit einer Nettoladung ... keinen Überschall-Sonnenwind zulassen würde". Ich kann Ihren Worten einfach nicht glauben. Wenn ein bestimmtes Modell nicht perfekt ist, bedeutet das nicht, dass keine Kosten anfallen. Bis Sie eine anständige Referenz angeben, die bestätigt, dass keine Nettogebühr anfällt, bleibt Ihr "gültiges Argument" unbegründet, und ich weise es zurück.
@honeste_vivere: Es wird im Lemaire-Artikel überhaupt nicht erklärt - dort steht nichts über die Nettoladung der Sonne. Es liegt in Ihrer Verantwortung, ein konkretes Zitat zu geben, das Ihre Meinung untermauert, wenn ich in dem 40-seitigen Artikel etwas übersehen habe. "Ich denke, Ihr Festhalten an der Nettogebühr ist ein Ablenkungsmanöver, denn das war nicht das Hauptproblem." Ich lehne diese Aussage kategorisch ab. Die Frage unter physical.stackexchange.com/questions/73763/… bezieht sich auf die elektrische Nettoladung, sonst nichts. Auch hier geht es um die Restladung.
@honeste_vivere : "Ich verstehe die Motivation Ihrer Argumentation nicht oder warum Sie ein Modell verteidigen, das keine Daten unterstützt." Schauen Sie, ich habe die Schätzung der Nettoladung der Sonne aus einem veröffentlichten Artikel gegeben. Sie mögen den Artikel und das verwendete Modell nicht. Sehr gut. Warum schätzen Sie dann nicht den Nettopreis eines Artikels, der Ihnen gefällt? Bis Sie das tun, bin ich mit der Schätzung aus meiner Antwort zufrieden. Die Newtonsche Mechanik stimmt nicht mit Daten für relativistische Geschwindigkeiten überein, aber das bedeutet nicht, dass man sie nicht für andere Zwecke verwenden kann.
Ich vermute, dass die Option zum Chatten inzwischen jedem von Ihnen angeboten wurde. Dieser Austausch ist für andere nicht wirklich hilfreich (oder interessant). Warum verschieben Sie es nicht in einen Chatroom, löschen Sie hier , und wenn es gelöst ist, fügen Sie stattdessen einfach eine Art Schlussfolgerung hinzu; Idealerweise als Antwort auf meine Frage . Kommentare hier sollten nicht für eine längere Diskussion zwischen zwei anderen Benutzern verwendet werden, dafür ist der Chat da. Danke!!
An welchem ​​Teil der Sonne möchten Sie die Ladung messen?
@Craeft die Fragen fragen einfach, ob irgendwelche experimentellen Grenzen existieren.

Antworten (1)

Einige der Kommentare hier scheinen darauf hinzudeuten, dass es überhaupt keine Restladung der Sonne geben sollte, da in einem leitenden Medium keine elektrischen Felder existieren können. Dieses Argument ignoriert hier den entscheidenden Punkt, nämlich dass es ungleich viele positive und negative Ladungen gibt, weil Elektronen im Gegensatz zu Ionen leicht aus dem Gravitationsfeld der Sonne entkommen können (tatsächlich würden sie ohne elektrisches Feld praktisch alle entkommen sie zurückhalten). Und jedes Objekt mit einer ungleichen Anzahl positiver und negativer Ladungen erscheint von außen geladen.

Die aus der Flucht resultierende Nettoladung kann leicht aus der Tatsache berechnet werden, dass jedes Teilchen eine kinetische Energie hat, die höher ist als der absolute Wert der kombinierten potentiellen Energie aufgrund der Schwerkraft und jeder Nettoladung Q innerhalb einer Radiuskugel R wird der Sonne entfliehen. Für ein Elektron gilt dies also für Energien

K e > ϕ e = G M M e + Q e R

und für Ionen für Energien

K ICH > ϕ ICH = G M M ICH − Q e R

Wo G ist die Gravitationskonstante, M die Masse der Sonne u e der Absolutwert der Elementarladung (hier in cgs-Einheiten)

Um eine Art stationären Zustand zu erreichen, müssen wir die gleichen Mengen an positiven und negativen Ladungen haben, die entkommen, dh wir müssen für die Energieverteilungsfunktionen haben

F e ( K / ϕ e ) = F ICH ( K / ϕ ICH )

Wo K wird nun als allgemeine Energievariable genommen.

Im thermischen Gleichgewicht sind die Verteilungsfunktionen der Elektronen und Ionen gleich, dh F e = F ICH = F (Sie sollte durch die Maxwell-Boltzmann-Verteilung gegeben sein, aber die genaue Form zu kennen ist hier nicht einmal erforderlich), was bedeutet, dass wir die Bedingung haben ϕ e = ϕ ICH (mit anderen Worten, damit Elektronen und Ionen der gleichen kinetischen Energie die gleichen Fluchtraten haben, müssen sie die gleiche potentielle Energie haben), dh

G M M e + Q e = G M M ICH − Q e

und somit

Q = G M 2 e ( M ICH − M e )

Das Einfügen der Konstanten dafür (mit M ICH die Protonenmasse) und die Umrechnung in SI-Einheiten ergibt Q = 77 Coulomb für einen Stern die Masse der Sonne (dieser Wert ist identisch mit dem, der in der Arbeit von Neslusan abgeleitet wurde (der bereits ein paar Mal auf SE erwähnt wurde), aber ich denke, meine Herleitung hier ist einfacher und verständlicher ).

Bemerkenswert ist, dass die Ladung nur von der Masse des Sterns abhängt und nicht etwa von der Plasmaenergie.

Für das elektrische Feld nahe der Sonnenoberfläche beim Radius R wir erhalten daher aus dem Coulombschen Gesetz

E = Q R 2 = 1.4 × 10 − 6 v M

(nach erneuter Umrechnung von cgs in SI-Einheiten).

Dieses elektrische Feld ist sehr klein. Das bedeutet, dass über die Größe einer Atombahn die entsprechende elektrische potentielle Energie nur um etwa schwankt 10 − 16 e v . Dies würde die Wellenlänge von Spektrallinien nur um einen Betrag ändern, der 12 Größenordnungen kleiner ist als die beobachtete Breite von Spektrallinien, so dass dies spektroskopisch nicht nachweisbar ist.

Aber wie Sie den Sonnenwind erwähnt haben: Die Tatsache, dass dieser in hohem Maße quasi-neutral beobachtet wird, zeigt trivialerweise, dass die Sonne um den oben abgeleiteten Betrag positiv geladen sein muss. Wenn die Sonne vollkommen neutral wäre, gäbe es einen massiven Überschuss an Elektronen im Sonnenwind (dies würde dann natürlich wiederum die Sonne aufladen, also wäre eine solche Annahme von vornherein logisch inkonsequent).

Es sollte auch von erkennbarer Relevanz für die Modellierung der Sonnenatmosphäre sein, da das elektrische Feld, obwohl es sehr klein ist, die Gravitationsbeschleunigung für ionisierte Atome effektiv halbiert, was zu einer doppelten Dichteskalenhöhe im Vergleich zur neutralen Atmosphäre führt (eine Tatsache, die auch gut bekannt aus Beobachtungen der Ionosphäre der Erde).

Was den direkten direkten experimentellen Nachweis betrifft, sollte man nicht übersehen, dass die elektrostatische Kraft auf ein Ion nicht nur ist − 1 / 2 × die Gravitationskraft in der Nähe der Sonne (wie aus obiger theoretischer Betrachtung folgt), aber prinzipiell auch in jeder anderen Entfernung. Auf der Erde sollte beides ein Faktor sein 2 × 10 − 5 kleiner, so würde das elektrische Feld zu einer Beschleunigung eines Ions von etwa führen 3 × 10 − 4 die Erdbeschleunigung von 9.81 M / S . Ein zunächst ruhendes Ion würde daher innerhalb weniger Minuten auf eine Geschwindigkeit in der Größenordnung von beschleunigt 1 M / S aufgrund der Ladung der Sonne. Das Problem wird offensichtlich darin bestehen, alle anderen elektrischen Felder zu eliminieren, während eine Abschirmung des Feldes durch den Versuchsaufbau vermieden wird. Ob das in der Praxis technisch machbar ist, weiß ich nicht, aber prinzipiell sollte es möglich sein. Gravimeter sind heutzutage wesentlich empfindlicher als diese, so dass zumindest der Effekt der Schwerkraft der Erde und der Sonne leicht von der beobachteten Beschleunigung abgezogen werden könnte.

Welche Spannung und Kapazität hat die Sonne? Und wo gehen all die Elektronen hin, von all den Sternen im Universum?
@KeithMcClary Die Spannung wird durch gegeben 1 / 2 Die Gravitationspotentialenergie für ein Proton nahe der Sonnenoberfläche beträgt etwa 2 keV, also muss die Sonne eine Spannung von +1 kV haben. Bei einer Ladung von 77 Coulomb ergibt dies eine Kapazität von 0,077 Farad. Die überschüssigen entkommenen Elektronen aller Sterne befinden sich im interstellaren Raum. Es handelt sich jedoch nur um eine relativ sehr geringe Menge, die in der Praxis wahrscheinlich nicht nachweisbar ist.
@uhoh Dann genau aufs Stichwort. Das Papier ist jedoch noch nicht auf der ApJ-Website zugänglich (die letzte dort aufgeführte Ausgabe ist vom 10. Juli). Es scheint auch nicht auf arXiv zu sein.
Was sind die experimentellen Grenzen für die Restladung der Sonne?
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