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思维碎片(5) 恒星内部的光子

已有 2665 次阅读 2014-10-10 13:51 |个人分类:思考|系统分类:科研笔记| 恒星, 思维碎片

1. 太阳的平均密度是$2\times 10^{33}\ {\rm g}/((4\pi/3)(7\times 10^{10}\ {\rm cm})^3)\approx 1\ {\rm g/cm^3}$,但日核的密度可能与铅相当。

2. 如果光子在太阳内部的散射是汤姆孙散射,那么光子的平均自由程应该为(以1 g/cm$^3$密度估计)$1/(6.65\times 10^{-25}\ {\ \rm cm^2} \cdot (1\ {\rm g/cm^3}/1.67\times 10^{-24}\ {\rm g}))\approx 2.5\ {\rm cm}$,径向行进距离$r$和平均自由程$l$的关系为$3\langle r^2\rangle=N\langle l^2\rangle$,$N$是散射次数。故光子从太阳核心扩散到表面的时标为$t=Nl=R^2/lc=(7\times 10^{10}{\ \rm cm})^2/(2.5 {\ \rm cm}\cdot 3\times 10^{10} {\ \rm cm/s})\approx 6\times 10^{10}{\ \rm s}\approx 6\times 10^3 {\ \rm yr}$,其中$R$是太阳半径,$c$是光速。更精确的结果显示,这个时标可能长达17万年。

3. 太阳的光度是$4\times 10^{33} {\ \rm erg/s}$,如果光子在太阳内部停留17万年,那么太阳内部聚集了大约$ 10^{50} {\ \rm erg}$的能量。太阳的引力能束缚能大约是$6.67\times 10^{-8}(2\times 10^{33})^2/7\times 10^{10}\approx 10^{48} {\ \rm erg}$,所以太阳内部是辐射主导的。




@ARTICLE{1992ApJ...401..759M,   author = {{Mitalas}, R. and {Sills}, K.~R.},    title = "{On the photon diffusion time scale for the sun}",  journal = {apj}, keywords = {Diffuse Radiation, Radiative Transfer, Solar Interior, Solar Radiation, Stellar Structure, Diffusion, Random Walk, Stellar Convection, Stellar Models},     year = 1992,    month = dec,   volume = 401,    pages = {759},      doi = {10.1086/172103},   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/1992ApJ...401..759M},  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}}




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