Czy mielibyśmy więcej niż 8 minut światła, gdyby słońce „zgasło”?

Powszechna teoria głosi, że gdyby Słońce „wygasło”, zobaczylibyśmy światło jeszcze przez osiem minut (czas, w którym fotony docierają do Ziemi).

Jednak ostatnio czytałem, że fotony potrzebują około 100 000 lat, aby dotrzeć do Ziemi, ponieważ reakcje zachodzą w jądrze Słońca, a promienie gamma nie mogą opuścić Słońca bez interakcji z innymi cząsteczkami, na przykład w przeciwieństwie do neutrin.

Czy ta teoria jest poprawna? Gdyby jądro Słońca „zamknęło się”, czy nadal otrzymalibyśmy fotony (światło) przez kolejne 100 000 lat, a tylko neutrina znikałyby natychmiast?

the-sun photons

— miejski pečoler
źródło

Lepiej byłoby zapytać tylko jeśli (i dlaczego) światło ma tak długo, aby dotrzeć do powierzchni Słońca od rdzenia. Pytanie o podejście „co by się stało, że stało się coś niemożliwego” zwykle zniechęca ludzi do takich witryn naukowych.

— StephenG

Z drugiej strony osoby myślące naukowo lubią poznawać prawdę o czymś (a często nawet edukować innych).

— Ryan

„fotony potrzebują około 100 000 lat, aby dotrzeć na Ziemię” . To trochę wprowadza w błąd. Tak, energia potrzebuje dużo czasu, aby przemieścić się z jądra słonecznego do fotosfery, ale żaden pojedynczy foton nie spędza 100 000 lat przez Słońce. Zobacz astronomy.stackexchange.com/a/33447/16685

— PM 2, Ring

Również w „teorii” oczekiwane zachowanie jest takie, że Słońce już natychmiast nie istnieje, więc prawdopodobnie znajdujące się w nim fotony, które próbowały uciec, już nie istnieją. Jeśli tak jest, to po prostu zapadnie ciemność, 8 minut później na ziemi. (ignorując fakt, że fotony nie istnieją dokładnie, gdy są „uwięzione”)

— djsmiley2k - CoW

Proszę zdefiniować „wyszedł” i „zamknij”. Gdyby samo słońce zniknęło z istnienia, to tak, mielibyśmy 8 minut światła. Gdyby jądro Słońca „po prostu” zamknęło się, rozprzestrzenienie się na powierzchnię zajęłoby bardzo dużo czasu.

— MonkeyZeus

Odpowiedzi:

105

Gdyby synteza jądrowa nagle zatrzymała się w centrum Słońca, jedyną wyraźną oznaką tego byłoby brak wykrywalnych neutrin otrzymanych na Ziemi, rozpoczynających się około 8 minut po ustaniu reakcji. Słońce będzie jednak świeciło przez dziesiątki milionów lat z grubsza przy obecnej jasności.

Źródło zasilania nie jest „zmagazynowanymi” fotonami. Samo Słońce po prostu wznowiłoby powolny skurcz grawitacyjny, który został zatrzymany około 4,5 miliarda lat temu, gdy szybkości reakcji jądrowej w centrum mogły wzrosnąć wystarczająco, aby pokryć straty promieniowania z powierzchni Słońca.

Charakterystyczny przedział czasowy skurczu wynosi około czyli 30 milionów lat. tj. Słońce ma wystarczającą energię potencjalną grawitacji, aby zapewnić swoją bieżącą jasność przez dziesiątki milionów lat.

τ_{K H} = \frac{G M^{2}}{R L},

$\tau_{\rm KH} = \frac{GM^2}{RL},$

Gdy tak się dzieje, Słońce w przybliżeniu utrzyma swoją aktualną jasność, ale zmniejszy promień, co oznacza, że temperatura jego powierzchni wzrośnie.

Gdy Słońce skurczy się kilkakrotnie do wielkości Jowisza (czyli około 30% jego obecnego promienia), skurcz zacznie się zwalniać, ponieważ elektrony w rdzeniu ulegają degeneracji, a ciśnienie rośnie wraz z gęstością o więcej niż oczekiwano dla doskonały gaz. Spowolnienie skurczu zmniejsza tempo uwalniania energii potencjalnej, a tym samym jasności Słońca. Skurcz trwa powoli, dopóki Słońce nie stanie się gorącym „białym wodorem karłowatym” kilka razy większym od Ziemi, który następnie ochładza się do świecącego żużla, bez dalszego skurczu, przez miliardy lat (patrz Co by Słońce być tak, jakby reakcje jądrowe nie mogły przebiegać przez tunelowanie kwantowe ( aby uzyskać więcej szczegółów).

Nawet jeśli nie pozwolisz, by Słońce się skurczyło, promieniowanie jego energii cieplnej zajęłoby trochę czasu. Ten harmonogram jest w przybliżeniu która zakłada, że Sun gazu doskonałego protonów i elektronów, przy średniej temperatury . Jeśli weźmiemy K i bieżącą jasność Słońca, wówczas 40 milionów lat.

τ_{t h e r m} ≃ \frac{3 k_{B} T M}{m_{H} L},

$\tau_{\rm therm} \simeq \frac{3k_B T M}{m_H L},$

T

$T$

T = 10^{7}

$T =10^7$

τ_{t h e r m} =

$\tau_{\rm therm}=$

Z drugiej strony, jeśli twoim scenariuszem jest po prostu to, że światło Słońca przestaje być emitowane, to oczywiście ciemnieje na Ziemi około 8 minut później.

— Rob Jeffries
źródło

Nawet jeśli zdołasz w jakiś sposób powstrzymać skurcz grawitacyjny, Słońce jest dość gorące - ~ 5800 K na „powierzchni” do! 15 milionów K w centrum. Ostygnięcie zajęłoby sporo czasu.

— jamesqf

@ nick012000 twoje pytanie jest źle zdefiniowane, a ramy czasowe są przybliżone. nie powiedziałem, że Słońce zajmie 40 milionów lat, aby przestały świecić. Powiedziałem, że promieniowanie obecnej energii cieplnej przy obecnej luminostyce zajmie 40 milionów lat. Gdyby Słońce ochłodziło się w stałym promieniu, ta skala czasu by się zwiększyła, ponieważ jasność znacznie by się zmniejszyła. Słońce świeciłoby w pewnym sensie przez miliardy lat. Tutaj możemy użyć białych karłów jako modelu. Najstarsze białe karły są jeszcze gorętsze niż 3000 K.

— Rob Jeffries

To fascynująca lektura!

— Hanky Panky

@stripybadger To tak, jakby mieć bardzo, bardzo duży zbiornik ciepłej wody, a tym samym nie martwić się o zapasy paliwa do ogrzewania.

— Rob Jeffries

@ PeterA.Schneider nie może wystąpić „zapaść”, ponieważ energii cieplnej nie można zignorować, należy ją wypromieniować z powierzchni. „Zapadanie się rdzenia”, które inicjuje supernową, może się zdarzyć tylko dlatego, że (I) istnieje ogromny pochłaniacz energii cieplnej (rozpad jąder żelaza i neutronizacja) i (II) większość energii może uciec poprzez emisję neutrin. Żadne z nich nie jest ważne na Słońcu.

— Rob Jeffries

„Wspólna teoria”, którą czytasz, nie dotyczy procesów wytwarzających światło w gwiazdach, ma jedynie na celu pokazanie prędkości światła w przestrzeni. Kiedy mówi o „wyłączeniu się” Słońca, nie mówi o zatrzymaniu procesów syntezy jądrowej, oznacza to, że Słońce jako całość przestaje świecić. Nie jestem fizykiem, ale nie sądzę, żeby było coś, co mogłoby spowodować to nagle, na przykład, że moglibyśmy zmierzyć 8-minutową różnicę czasu dla ostatnich fotonów docierających do Ziemi.

To tylko eksperyment myślowy, wykorzystujący uproszczony opis niemożliwego zdarzenia, aby zwrócić uwagę na jakiś inny proces. W tym modelu Słońce albo emituje światło, albo nie, i mierzymy czas, odkąd zmienił ten stan; nie przejmujemy się tym, co robią fotony, zanim zostaną one wyemitowane ze Słońca (bardziej niż pomiar czasu, jaki światło przemieszcza się z żarówki, zależy na tym, w jaki sposób wytworzona została elektryczność zasilająca żarówkę - moglibyśmy zmierzyć to wszystko w drodze powrotnej do śmierci dinozaurów, które ostatecznie zamieniają się w paliwa kopalne, które były wykorzystywane w elektrowni lub jeszcze bardziej w energię słoneczną, która napędzała życie na Ziemi).

— Barmar
źródło