Magia astrofizyki
 Dlaczego
świeci Słońce
Dlaczego
niebo jest niebieskie
Jaka jest
temperatura próżni kosmicznej
Dlaczego
świeci Słońce
Słońce świeci
dlatego, że pod wpływem grawitacji jego cząsteczki (wodoru)
zostały ściśnięte tak mocno, iż rozpoczęły się w nim
reakcje termojądrowej syntezy wodoru w hel. Reakcji
tej towarzyszy naturalnie emisja energii, powodująca
między innymi to, że Słońce świeci. (Ale przede wszystkim
powodująca to, że Słońce się nie zapada dalej - jego
drgające cząstki zderzając się ze sobą przeciwdziałają
sile grawitacji).
Dlaczego
niebo jest niebieskie
Jest to efekt
rozpraszania światła słonecznego przez ziemską atmosferę.
Niebieska część widma jest rozpraszana o wiele bardziej
niż pozostałe składowe, bo stopień rozpraszania zależy
jak lambda4, czyli im mniejsza długość fali,
tym większe rozpraszanie na cząsteczkach atmosfery.
Temat, dlaczego niebo jest niebieskie, a niekiedy czerwone,
jest opisany w niemal każdym podręczniku fizyki traktującym
o falach. Chodzi tu o rozpraszanie Rayleigh'a (efekt
Tyndalla) na fluktuacjach cząstek powietrza. Polecamy
Wykłady Feynmana, lub 'Fale' Crawforta.
A dlaczego nie zawsze jest czerwone - warunki pogodowe
są różne, czynników wpływających na rozpraszanie jest
wiele, zanieczyszczenia, gęstość, wilgotność, i wiele
innych.
Jaka jest temperatura próżni kosmicznej
Po prostu nie da się porządnie, przy użyciu "normalnej
definicji termodynamicznej", określić temperatury próżni
- w sensie: temperatury przestrzeni międzyplanetarnej/międzygwiezdnej/międzygalaktycznej/...
A nie da się, bo układ nie jest w równowadze. Jak coś
absorbuje promieniowanie Słońca, to może się mocno nagrzać
(w sensie: termometr pokaże wysoką temperaturę).
A jak dodamy warunek brzegowy (statek kosmiczny, planetę),
to po stronie dosłonecznej będzie "gorąco", a po odsłonecznej
"zimno". A jeszcze wyobraźmy sobie wysokoenergetyczną
cząstkę z "outer space", która nie ma najmniejszych
powodów być w równowadze z tym, przez co właśnie przelatuje.
I tak dalej.
Analogia ziemska: Wyobraźmy sobie, że w jakieś miejsce
wdmuchuje się strumień gazu o (dobrze określonej) wysokiej
temperaturze i drugi strumień o (dobrze określonej)
temperaturze niskiej. Otóż miejsce, w którym się te
dwa strumienie zderzają, nie ma określonej temperatury,
co wydaje się być intuicyjnie zrozumiałe. Podkreślamy,
nie mówimy o doświadczeniu kalorymetrycznym, gdy pytamy
o temperaturę po ustaleniu się stanu równowagi, ale
o stytuację nierównowagową właśnie.
Oczywiście w wielu sytuacjach specjalnych można mówić
o temperaturze obiektów kosmicznych. Powiedzmy, mamy
chmurę gazu: tam promieniowanie gwiazd (gwiazdy) jakoś
to podgrzewa, cząstki się zderzają i ustala się równowaga;
wpływ pozostałych czynników można zapewne uznać (przynajmniej
w pierwszym przybliżeniu) za zaniedbywalne zaburzenie.
Podobnie jest w naprawdę pustej przestrzeni,
gdzieś pomiędzy galaktykami. Tam w statystycznym metrze
sześciennym znajdzie się tylko fotony promieniowania
reliktowego, a wpływ odległych galaktyk (emitowane przez
nie fotony i cząstki) jest zaniedbywalny.
Można więc powiedzieć, że "metr sześcienny takiej przestrzeni"
ma temperaturę promieniowania reliktowego (2,7 K).
|