Вторник
23.07.2019
18:48
Квантовая теория процессов, происходящих на Солнце и звездах
              Глава 1
              Глава 2
              Глава 3
              Глава 4
              Глава 5
              Глава 6
              Глава 7
              Глава 8
           Заключение
Форма входа
Поиск
Google перевод
English French German Italian Portuguese Russian Spanish

Квантовая теория процессов, происходящих на Солнце и звездах

ГЛАВА 5. ТЕОРИЯ ПЕРЕИЗЛУЧЕНИЯ - ЧАСТИЦАМИ КВАНТОВ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, ИЗЛУЧЕННЫХ СОЛНЕЧНОЙ ФОТОСФЕРОЙ.

      Как известно, Солнце окружено атмосферой протяженностью в миллионы километров. Исходя из вышеприведенных теоретических выкладок убеждаемся, что атмосфера может оказать существенное влияние на излучение А.Ч. тела. Особенно сильно это влияние сказывается тогда, когда свойства атмосферы приближаются к свойствам А.Пп. газа. Теперь уже с новых позиций рассмотрим  экспериментальный график зависимости спектральной плотности потока от длины волны излучаемых Солнцем квантов, /cм. Рис.6а, 6б/.





    Как видно из графика, максимум излучаемой Солнцем энергии приходится на кванты длиной волны около 5000 Å. Тогда определенная по формуле Вина температура фотосферы Солнца должна быть около 6000К. Но тело таких размеров, как Солнце, нагретое до температуры ~6000К, должно излучать в окружающее пространство энергию приблизительно такую же, как А.Ч. тело, нагретое до 6000K /на графике изображено пунктирной линией/. Значит, Солнце не должно излучать кванты, длина волны которых короче 800 + 900 Å. В области радиоволн нагретое до 6000К А.Ч. тело также не должно излучать энергию как тело, нагретое более чем на 100.000К. Но данные эксперимен¬тального графика спектра излучения Солнца показывают, что зарегистрированы кванты, длина волны которых даже менее 1 Å. И этот факт вступает в противоречие с нашими представлениями об излучении А.Ч. тела, нагретого до 6000К. Исходя из теоретических выкладок  излучения А.Ч. тела в среде А.Пп. газа, автор сделал  предположение, что температура фотосферы Солнца гораздо выше 6000К. В результате многократного переизлучения первоначально излученных солнечной фотосферой квантов Солнце излучает в окружающее пространство такое же количество энергии, как А.Ч. тело таких же размеров, нагретое до 6000К и помещенное в вакуум. Так какова же истинная температура солнечной фотосферы? Попытаемся ответить на этот вопрос, взглянув на рис.6а. Кривая I /сильная вспышка/ показывает, что в результате каких-то энергетических процессов вещество солнечной фотосферы было выброшено в верхние более разреженные слои солнечной атмосферы и там излучило энергию в виде  квантов. Т.к. при этом увеличилась вероятность того, что первоначально излученный квант достигнет орбиты Земли ни разу не переизлучившись, болометрические датчики и зарегистрируют эти первоначально излученные солнечной фотосферой кванты. Максимум этой кривой приходится на кванты длиной волны 7,6 Å. Следовательно, средняя температура фотосферы Солнца согласно закону Вина будет





     Мы определили, что температура фотосферы Солнца почти четыре миллиона градусов, а не ~ 6000К, как считалось раньше. Но из чего же тогда состоит солнечная атмосфера? Считается, что солнечная атмосфера в основном состоит из водорода и гелия. Естественно предположить, что вследствие конвективного теплообмена солнечная атмосфера, а особенно ее нижние слои, будет иметь температуру  приблизительно такую, как и температура фотосферы, т.е. около четырех миллионов градусов. Но при такой температуре и водород, и гелий в атомарном состоянии находиться не могут. Они могут находиться только в ионизированном состоянии. Т.е. вместо водорода его ядро - протон, а вместо гелия, - ядро гелия - -частица. Что же тогда переизлучает кванты, излученные солнечной атмосферой? Протон или -частица? Протон - это система из одного нуклона, и поскольку он не обладает постоянным взаимодействием с другими нуклонами, автор отверг его как переизлучатель. Другое дело -частица. Она состоит из 4х нуклонов, сцепленных между собой ядерными силами сильного взаимодействия. Поскольку между всеми четырьмя нуклонами эти силы абсолютно одинаковы, то автор изобразил -частицу в виде правильной четырехугольной пирамиды, в вершинах которой расположены четыре нуклона. Грани этой пирамиды изображены в виде пружинок, схематично показывающих ядерные силы сильного взаимодействия между нуклонами. Каждый нуклон притягивается к трем другим нуклонам, итого между четырьмя нуклонами шесть ядерных сил сильного взаимодействия /см. рис. 7/. При попадании кванта в  -частицу, последняя поглощает квант и переходит в возбужденное состояние. В зависимости от величины энергии поглощенного кванта и от энергетического состояния -частицы по-разному будут взаиморасполагаться нуклоны в -частице.









     Рассмотрим более подробно процесс переизлучения кванта, попавшего в  -частицу. На рисунке 8а изображена -частица. Нуклоны c, d, f, g как бы привязаны друг к другу ядерными силами сильного взаимодействия /они схематично изображены пружинами/. Квант энергии попадает в -частицу,  -частица, поглотив квант, переходит в возбужденное состояние. При этом расстояние между нуклонами c и g увеличилось. Расстояния между остальными нуклонами остались прежними. Затем  -частица перешла в свое основное энергетическое состояние. При этом переходе излучился квант точно такой же энергии, какой был поглощен. Схематично этот процесс переизлучения в дальнейшем будем изображать так:



     Квант длиной волны  попал в  -частицу, возбудил ее, и после перехода  -частицы в невозбужденное состояние она излучила точно такой же квант длиной волны .

     На рисунке 8б
изображена  -частица, поглотившая квант энергии -частица перешла в возбужденное состояние. При этом расстояния между нуклонами c и f, g и f увеличились, расстояния между остальными нуклонами остались без изменения. Затем -частица перешла в свое основное энергетическое состояние, излучив при этом два кванта энергии  каждый.
     Схематично этот процесс переизлучения в дальнейшем будем записывать так



       или



При этом
     Квант длиной волны   попал в 
-частицу, возбудил ее, и после перехода  -частицы в невозбужденное состояние она излучила два кванта длиной волны   каждый.

     По аналогии на рисунках 8в, 8г, 8д, 8е изображены переизлучения кванта длиной волны
в три кванта длиной волны 3 каждый, в четыре кванта длиной волны 4 каждый, в пять квантов длиной волны 5  каждый и в шесть квантов длиной 6 волны каждый. Схематичная запись переизлучений аналогична предыдущей.








     Как показали дальнейшие исследования экспериментального графика спектра излучения Солнца, существуют также и другие типы переизлучения  -частицами, например:



     При этом также сохраняется условие:

     Исходя из этих представлений переизлучения квантов
-частицей, естественно предположить, что первоначально излученные солнечной фотосферой кванты, максимум энергии которых приходится на кванты длиной волны 7,6 Å., дадут серию экстремумов /максимумов и минимумов/ кратную этой длине волны.

Примечание автора.
Как говорилось ранее, первоначальные излученные солнечной фотосферой кванты многократно переизлучаются солнечной атмосферой. Но, как понял читатель, переизлучение квантов - это вероятностная характеристика того, что излученный квант попадет в  -частицу, возбудит ее и затем переизлучится. Естественно предположить, что существует очень маленькая вероятность того, что первоначально излученный солнечной фотосферой квант достигнет орбиты Земли, так ни разу и не переизлучившись. Существует также очень малая вероятность того, что достигнут орбиты Земли кванты после первого, второго, третьего и т.д. переизлучений квантов -частицами. Следовательно, если верны наши предположения, то все экстремумы экспериментального графика спектра излучения Солнца /см. рис. 6а/ должны быть кратны длине волны 7,6 Å..



                   

     Таким образом, экстремумы экспериментального графика могут быть следующих длин волн: 15,2 Å; 22,8 Å; 30,4 Å; 38 Å; 45,6 Å.

При анализе графика видим, что экстремумы приходятся на длины волн 22,8 Å /пунктирная линия 2/  и 45,6 Å / пунктирная линия З/. Как видно, для кванта длиной волны 7,6 Å  предпочтительно переизлучение



     Квант длиной волны 22,8 Å  может переизлучаться следующим образом:



     При анализе графика видим, что экстремум /пунктирная линия 4/ приходится на переизлучение
Значит, квант длиной волны 22,8 Å  предпочтительно переизлучается 
-частицей на 6 квантов длиной волны 136,8 Å  каждый.
Квант длиной волны 45,6 Å  может переизлучаться следующим образом:



     При анализе графика видим, что экстремум /пунктирная линия 5/ приходится на переизлучение

Значит квант длиной волны 45,6 Å  предпочтительно переизлучается -частицей на 5 квантов длиной волны 228 Å  каждый.
Квант длиной волны 136,8 Å  может переизлучаться следующим образом:




     При анализе графика видим, что на экстремум приходятся длины волн 410А /пунктирная линия 6/ /здесь округляем 410,4 Å до 410 Å /.
Значит, квант длиной волны 136,8 Å  предпочтительно переизлучается
-частицей на три кванта длиной волны 410 Å  каждый.
Квант длиной волны 228 Å  переизлучается довольно своеобразно. Автор долго не мог определить схему его переизлучения, но потом решил и эту задачу. Оказалось, что этот квант переизлучается по схеме




     При этом также сохраняется условие равенства энергии кванта до и после переизлучения:


     Анализируя график, видим, что экстремумы /пунктирные линии 7 и 12/ приходятся на кванты длиной волны 625 Å  и 1435 Å.
Квант длиной волны 410 Å переизлучается также не совсем обычно. Он переизлучается по схеме:



     При этом сохраняется условие равенства энергии кванта до и после переизлучения


     В дальнейшем все кванты, длина волны которых соответствует экстремумам графика, переизлучаются обычным образом. Чтобы не утомлять читателя однообразными предположениями типов переизлучения, даны краткие выкладки предпочтительных переизлучений:



     Если все схемы предпочтительных переизлучений представить в виде таблицы /рис.9/, то мы наглядно увидим, каким образом происходит переизлучение квантов.



     Мы увидим также, что кванты, длина волны которых больше 1435 Å, в основном переизлучаются по схеме
 

     Также наглядно видно, что первоначально излученный фотосферой квант рентгеновского диапазона длиной волны 7.6 Å за 45 переизлучений переизлучается в кванты низких энергий оптического диапазона. Дальнейшее переизлучение квантов низких энергий идет в основном по схеме


хотя не исключено и переизлучение по схеме


     Но такое переизлучение маловероятно, т.к. энергии кванта, вызвавшего возбуждение -частицы, явно не достаточно для увеличения расстояния между тремя и более нуклонами.
Настала пора сделать некоторые выводы из вышеизложенного.
1. Предположение, что солнечная атмосфера обладает свойствами А.Пп. газа, подтвердилось.
2. Переизлучателем квантов, излученных солнечной фотосферой, служат  - частицы, нагретые до трех-четырех миллионов градусов.
3. С позиции переизлучения квантов объяснены все экстремумы экспериментального графика спектра излучения Солнца. А также даны объяснения происхождения квантов длиной волны короче 700 - 800 Å.

      Исходя из представлений об излучении А.Ч. тела в среде А.Пп. газа, вычислим среднее количество К переизлучений квантов, излученных солнечной фотосферой.
Средняя температура фотосферы Солнца, определенная ранее по формуле Вина



     Радиус фотосферы Солнца



     Постоянная Стефана-Больцмана



     Мощность излучения фотосферы Солнца определяем по формуле



     Мощность излучения Солнца /после прохождения квантов через солнечную атмосферу/  будет



     Значит,



     Среднее количество переизлучений квантов, излучаемых солнечной фотосферой 3738 раз, из них за 45 раз излученные солнечной фотосферой кванты рентгеновского диапазона переизлучаются в кванты низких энергий, а 3233 раза переизлучение идет в основном без увеличения длины волны переизлученного кванта по схеме


     Теперь становится понятной роль атмосферы звезд. Она, словно шуба, укрывает звезду и предохраняет ее от интенсивного излучения энергии.
     Также понятным становится процесс излучения рентгеновской звезды. Рентгеновская звезда - это обычная звезда или лишенная атмосферы, или в атмосфере которой нет
-частиц, а следовательно, нет и переизлучения квантов.

     Сравнивая мощность излучения солнечной фотосферы
и мощность излучения Солнца  , поражаешься, что только одну двухсотмиллиардную часть излученной фотосферой мощности Солнце излучает в окружающее пространство. Поражаешься, насколько мудро сотворена природа, как экономно она расходует свою энергию.