Skąd wiadomo, jak gorące jest Słońce?

Na pytanie odpowiada dr hab. Adam Rutkowski, prof. UG:

Temperatura Słońca jest mierzona i szacowana za pomocą różnych metod naukowych, które obejmują zarówno obserwacje astronomiczne, jak i teorie fizyczne. Oto kilka głównych metod:

1. Spektroskopia

Spektroskopia jest jedną z najważniejszych technik używanych do określania temperatury Słońca. Analizując światło słoneczne za pomocą spektrometru, można rozdzielić je na składowe długości fal (widmo).

– Prawo Wiena: Prawo przesunięcia Wiena pozwala na określenie temperatury ciała czarnego na podstawie maksimum emisji promieniowania. Dla Słońca, maksimum emisji znajduje się w zakresie światła widzialnego, co pozwala na oszacowanie jego temperatury powierzchniowej.

   

gdzie to długość fali przy maksymalnej emisji, to temperatura, a to stała Wiena (ok. ).

2. Prawo Stefana-Boltzmanna

Prawo Stefana-Boltzmanna stwierdza, że całkowita moc promieniowania emitowanego przez ciało czarne jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury:

   

gdzie to stała Stefana-Boltzmanna (ok. ).

Znając całkowitą moc emitowaną przez Słońce (zwaną jego jasnością), można oszacować temperaturę powierzchniową.

3. Analiza Linii Spektralnych

Każdy pierwiastek w atmosferze Słońca emituje i absorbuje światło na charakterystycznych długościach fal. Analizując te linie spektralne i ich szerokości oraz przesunięcia, można wyznaczyć temperaturę na różnych głębokościach w atmosferze słonecznej (fotosfera, chromosfera, korona).

4. Modele Atmosferyczne Słońca

Astronomowie tworzą modele teoretyczne atmosfery słonecznej, które uwzględniają procesy fizyczne, takie jak przenoszenie promieniowania, konwekcja i absorpcja promieniowania przez gaz w atmosferze słonecznej. Te modele pomagają zrozumieć, jak temperatura zmienia się z głębokością.

5. Termometria Heliopauzowa

Mierząc promieniowanie słoneczne docierające do Ziemi i uwzględniając odległość Ziemi od Słońca, można obliczyć ilość energii emitowanej przez Słońce. Stosując prawo odwrotności kwadratu odległości, można określić jasność Słońca i w konsekwencji jego temperaturę powierzchniową.

Wyniki

– Temperatura fotosfery: Temperatura powierzchni Słońca (fotosfery) wynosi około 5,500 – 6,000 K.

– Temperatura chromosfery: Temperatura chromosfery jest wyższa i wynosi około 10,000 K.

– Temperatura korony: Temperatura korony słonecznej jest jeszcze wyższa, osiągając wartości rzędu 1 – 3 milionów K.

Podsumowanie

Temperatura Słońca jest określana poprzez kombinację technik obserwacyjnych, teoretycznych i modelowych. Spektroskopia, prawo Stefana-Boltzmanna, analiza linii spektralnych oraz modele atmosferyczne Słońca są kluczowymi narzędziami, które pozwalają naukowcom dokładnie określić temperaturę na różnych głębokościach Słońca.

dr hab. Adam Rutkowski, prof. UG