Vorwort: Ich bin ein Studienabbrecher, bitte treten Sie nicht zu hart auf meine Ignoranz.
Wenn Masse in einen Gravitationsschacht fällt, wird sie komprimiert und erwärmt sich. Selbst wenn in einem Körper, der so groß wie unsere Sonne ist, keine Fusion existierte / stattfand, stelle ich mir vor, dass die resultierende Wärme- und Infrarotstrahlungsabgabe sogar erheblich sein könnte.
Lässt sich diese Strahlungsleistung quantifizieren und könnte sie einen nennenswerten Bruchteil der gesamten Sonnenstrahlung ausmachen?
War die infrarote Kompressionsstrahlung zum Zeitpunkt der Geburt der Sonne von Bedeutung?
Eine interessante Frage. Es ist kompliziert, weil es schwer zu sagen ist, wie viel Infrarotstrahlung Strahlung von der Sonne „verursacht“. Diese Begriffe werden normalerweise nicht von uns verwendet. Oder, wenn wir das tun, um darauf hinzuweisen, dass fast 100 % der Energie, die wir von der Sonne erhalten, aus Infrarotstrahlung der oberen Schichten stammt. Nur der kleinste Splitter der Fusionsenergie im Kern erreicht uns. Es erwärmt hauptsächlich die äußeren Schichten, und wir sehen die äußeren Schichten.
Allerdings sprechen Sie eine Schwerkraft gut. Damit lässt es sich etwas einfacher arbeiten. Sowohl die Wirkung von interstellarem Staub, der in die Sonne fällt, als auch die Wirkung der Fusion erzeugen Energie , die die Wärme und schließlich die Strahlung von der Sonnenoberfläche antreibt. Das können wir quantifizieren.
Um die Dinge zu vereinfachen, werde ich einige unvernünftige Vereinfachungen vornehmen. Wir werden sehen, wie viel Energie freigesetzt wird, wenn Materie aus der "Unendlichkeit" (wirklich weit weg) bis zum Zentrum der Sonne fällt. Jetzt wissen wir, dass noch nicht alles so weit zusammengebrochen ist (das kommt zum Thema Schwarze Löcher), aber es ergibt eine schöne Obergrenze, mit der man arbeiten kann.
Eine der bequemen Regeln ist, dass das Gravitationspotential (in J/kg – wie viele Joule Energie freigesetzt werden, wenn man ein Kilogramm bis zum Mittelpunkt der Sonne bewegt) immer die Hälfte des Quadrats der Fluchtgeschwindigkeit ist – - . Das ist schön, weil wir einfach die Fluchtgeschwindigkeit unseres Sonnensystems nachschlagen können (was im Grunde die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne ist, da sie die Hauptmassequelle ist). Dies mit der universellen Newtonschen Schwerkraft könnte eher ein Schädling sein, weil meine Vereinfachung damit endet, sich um eine Singularität herumzuspielen.
Die Fluchtgeschwindigkeit vor der Sonne beträgt etwa 617 km/s. Somit beträgt unser Gravitationspotential 190,3445 GJ/kg. Multiplizieren Sie dies mit der Masse der Sonne, die ungefähr ist , und wir bekommen von Energie. So viel Energie steht zur Verfügung, weil die Schwerkraft all die Materie in der Sonne anzieht. Da ich so viele Annahmen mache, werde ich es nur abrunden . Tun wir nicht so, als hätte ich hier bedeutende Zahlen verdient!
Wie viel Energie ist das? Ab zu einer meiner Lieblingstabellen auf Wikipedia: Orders of Magnitude (Energie) (ich bin so ein Nerd!)
Guck mal! Wenn ich es besser gewusst hätte, hätte ich einfach die gewünschte Zahl nachschlagen können, anstatt die Berechnungen durchzugehen ... jedenfalls ...
Die Gravitationsenergie der gesamten Masse, die die Sonne eingefangen hat, entspricht also ungefähr der Energie, die sie in 10 Millionen Jahren abgibt. Es entspricht auch etwa 0,2 % der Gesamtenergie, die es während seiner Lebensdauer emittiert.
Ob es als „erheblich“ gilt, hängt wirklich davon ab, wie Sie das definieren. Aber es ist erwähnenswert, dass sich die Sonne über 50 Millionen Jahre gebildet hat und das Gravitationspotential etwa 10 Millionen Jahre lang Sonnenstrahlungsenergie erzeugt hat.
Ich bin sicher, Sie müssten eine genauere Berechnung durchführen, aber ich denke, diese groben Zahlen könnten helfen!
Die Sonne wird derzeit nicht kleiner, sie wird größer. Auf den ersten Blick entsteht also keiner seiner Strahlungsverluste durch Gravitationskontraktion und Erwärmung.
Eigentlich ist es etwas subtiler, denn während sich die Hülle der Sonne ausdehnt, zieht sich der Kern der Sonne zusammen, da der Wasserstoff allmählich in schwereres Helium umgewandelt wird. Allerdings ist der Prozentsatz der Leuchtkraft der Sonne, der aus anderen Prozessen als der Kernfusion entsteht, sehr gering, da dies die Arbeitsdefinition dessen ist, was ein Hauptreihenstern ist. Nach den Modellen von Siess et al. (2001) gehen etwa 99,82 % der Sonnenleuchtkraft auf Kernfusion zurück.
Was die Leuchtkraft betrifft, die aus der Gravitationskontraktion vor Beginn der Kernfusion entstand, nun, die Antwort ist fast alles, weil es keine andere Leuchtkraftquelle gibt. Die Protosonne war viel leuchtender als die Sonne jetzt, aber diese Leuchtkraft nahm ab, als sich die Protosonne zusammenzog, und erreichte tatsächlich ein Minimum, das etwa um den Faktor 2 kleiner war als die heutige Sonnenleuchtkraft. NB: Ich ignoriere die Deuteriumfusion, die der Mischung ganz kurz eine Spitze der Fusionsenergie hinzufügt, wenn die Protosonne weniger als eine Million Jahre alt ist.
Als sich die Sonne bildete, wäre die Kompressionswärme die primäre Strahlungsquelle gewesen. Es war auch die Hitze, die die Fusionsreaktionen im Kern auslöste. Heutzutage findet nur sehr wenig Kompression statt, da die Strahlung aus dem Kern das Gewicht der Gase auf den meisten Ebenen trägt. Die geringe auftretende Kompressionswärme würde aus der Schrumpfung resultieren, die damit verbunden ist, dass die Sonne etwa fünf Millionen Tonnen Masse pro Sekunde in Form von Strahlung verliert. Jegliche Wärme, die aus der Kompression resultiert, würde gründlich mit der Wärme aus dem Kern gemischt, da sich beide langsam an die Oberfläche vorarbeiten. Die Strahlung, die wir beobachten, stammt von Glühgasen an der „Oberfläche“.
Andy Neumann