Чтение онлайн

на главную - закладки

Жанры

Курс теоретической астрофизики
Шрифт:

2. Причина свечения туманностей.

Как уже сказано, в газовых туманностях происходит переработка высокочастотного излучения звёзд в кванты меньших частот. Мы сейчас должны выяснить, в чем причина этого процесса. Чтобы сделать это, рассмотрим сначала свойства излучения, приходящего от звезды в данное место туманности.

Будем считать, что звезда излучает как абсолютно чёрное тело температуры T*. Если бы все небо сплошь было покрыто такими звёздами, то плотность излучения в данном месте туманности равнялась бы плотности излучения при термодинамическом равновесии, т.е. выражалась бы формулой Планка

*

=

8h^3

1

.

c^3

exp

h

– 1

kT

*

(22.1)

В

действительности плотность излучения в туманности гораздо меньше *. Мы её представим в виде

=

W

*

,

(22.2)

где W — так называемый коэффициент дилюции (ослабления) излучения. Очевидно, что

W

=

2

,

(22.3)

Рис. 29

где — телесный угол, под которым видна звезда из данной точки туманности (рис. 29). Обозначим через r* радиус звезды и через r — расстояние рассматриваемой точки от центра звезды. Так как

=

2

0

sin

d

=

2

(1-cos

)

,

а sin =r*/r, то мы получаем

W

=

1

2

1-

1-

r*

r

^2

1/2

.

(22.4)

В точку, находящуюся на поверхности звезды, излучение приходит от полусферы. Поэтому в данном случае (т.е. при r=r*) W= 1/2 .

Для точек, находящихся на больших расстояниях от звезды (т.е. при r>>r*), из формулы (22.4) находим

W

=

1

2

r*

r

^2

.

(22.5)

Заметим, что в этом случае коэффициент дилюции может быть представлен как отношение площади диска звезды r*^2 к площади сферы радиуса r, т.е. 4r^2.

Средние радиусы планетарных туманностей оказываются порядка 10^1 см, а радиусы их ядер — порядка 10^1 см. Поэтому плотность излучения в планетарной туманности ослаблена приблизительно в 10^1 раз по сравнению с плотностью излучения на поверхности звезды.

Проинтегрировав соотношение (22.2) по всем частотам и воспользовавшись формулой Стефана — Больцмана для интегральной плотности излучения при термодинамическом равновесии, получаем следующее

выражение для интегральной плотности излучения в туманности

=

WaT

*

.

(22.6)

Представив величину в виде =aT, находим

T

=

W

1/4

T

*

.

(22.7)

Так как температуры звёзд, вызывающих свечение туманностей, порядка нескольких десятков тысяч кельвинов, а значения W в туманностях, как мы только что определили, порядка 10^1, то значения температуры T соответствующей интегральной плотности излучения в туманностях, оказываются всего порядка нескольких десятков кельвинов.

Итак, интегральная плотность излучения, приходящего от звезды в туманность, чрезвычайно мала. Между тем, как видно из формулы (22.2), относительное распределение этого излучения по частотам оказывается таким же, как при выходе из звезды, т.е. соответствующим очень высокой температуре T*. Таким образом, излучение, приходящее от звезды в туманность, характеризуется громадным несоответствием между интегральной плотностью и спектральным составом.

Если излучение, обладающее указанным свойством, взаимодействует с веществом, то, как известно из термодинамики, происходит перераспределение излучения по частотам в направлении установления наиболее вероятного распределения. Иными словами, в таком случае должна происходить переработка квантов больших частот в кванты меньших частот. Этим даётся качественное объяснение процесса переработки излучения в газовых туманностях.

3. Теорема Росселанда.

Переходя к рассмотрению процесса свечения туманностей с количественной стороны, мы сначала допустим, что атомы обладают только тремя уровнями энергии (1, 2 и 3). Из различных переходов, происходящих под действием излучения звезды, мы рассмотрим два взаимно противоположных циклических процесса:

I.

1

– >

3

– >

2

– >

1

,

II.

1

– >

2

– >

3

– >

1

.

Первый из этих процессов связан с поглощением одного кванта частоты и с излучением двух квантов меньших частот и , а второй — с поглощением двух квантов частот и , и последующим излучением одного кванта большей частоты .

Найдём число процессов первого и второго рода, происходящих в единице объёма туманности за 1 с. Для этого воспользуемся эйнштейновскими коэффициентами переходов Aki, Bik и Bki и обозначим через ik плотность излучения частоты ik.

Если n — число атомов в первом состоянии в 1 см^3, то число переходов из первого состояния в третье, происходящих в 1 см^3 за 1 с, будет равно nB. Из третьего состояния возможны переходы (спонтанные и индуцированные) как в первое состояние, так и во второе. Доля интересующих нас переходов во второе состояние равна

A+B

A+B+A+B

.

Из атомов, оказавшихся во втором состоянии, часть перейдёт обратно в третье состояние, поглотив излучение, а часть перейдёт в первое состояние (спонтанно или под действием излучения). Отношение числа переходов из второго состояния в первое к общему числу переходов из второго состояния равно

Поделиться:
Популярные книги

Убивать чтобы жить 4

Бор Жорж
4. УЧЖ
Фантастика:
боевая фантастика
рпг
5.00
рейтинг книги
Убивать чтобы жить 4

Новик

Ланцов Михаил Алексеевич
2. Помещик
Фантастика:
альтернативная история
6.67
рейтинг книги
Новик

Инвестиго, из медика в маги. Том 6. Финал

Рэд Илья
6. Инвестиго
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Инвестиго, из медика в маги. Том 6. Финал

Законы Рода. Том 11

Flow Ascold
11. Граф Берестьев
Фантастика:
юмористическое фэнтези
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Законы Рода. Том 11

Леди Малиновой пустоши

Шах Ольга
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
6.20
рейтинг книги
Леди Малиновой пустоши

Аристократ из прошлого тысячелетия

Еслер Андрей
3. Соприкосновение миров
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Аристократ из прошлого тысячелетия

Страж Кодекса. Книга IX

Романов Илья Николаевич
9. КО: Страж Кодекса
Фантастика:
попаданцы
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Страж Кодекса. Книга IX

Солнечный корт

Сакавич Нора
4. Все ради игры
Фантастика:
зарубежная фантастика
5.00
рейтинг книги
Солнечный корт

Охота на царя

Свечин Николай
2. Сыщик Его Величества
Детективы:
исторические детективы
8.68
рейтинг книги
Охота на царя

Доктора вызывали? или Трудовые будни попаданки

Марей Соня
Фантастика:
юмористическая фантастика
попаданцы
5.00
рейтинг книги
Доктора вызывали? или Трудовые будни попаданки

Страж Кодекса. Книга III

Романов Илья Николаевич
3. КО: Страж Кодекса
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
5.00
рейтинг книги
Страж Кодекса. Книга III

Неудержимый. Книга V

Боярский Андрей
5. Неудержимый
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Неудержимый. Книга V

Газлайтер. Том 8

Володин Григорий
8. История Телепата
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
аниме
5.00
рейтинг книги
Газлайтер. Том 8

Надуй щеки! Том 6

Вишневский Сергей Викторович
6. Чеболь за партой
Фантастика:
попаданцы
дорама
5.00
рейтинг книги
Надуй щеки! Том 6