الفلك

لماذا لا تتسارع عملية اندماج الشمس؟

لماذا لا تتسارع عملية اندماج الشمس؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل أنا محق في القول إن عملية اندماج الشمس ثابتة ، أي أن كمية X من الاندماج تحدث يوميًا ، أكثر أو أقل؟ لماذا لا يتم تسريع هذا ، أي أن حدث اندماج واحد ينتج طاقة لحدثين اندماج ، إلخ؟ هل كل اصطدام للذرة يسبب حدث اندماج ، أم أن الاحتمال ضئيل لحدوث اندماج وبالتالي فهو ليس رد فعل جامح؟ لقد سمعت أن احتمال وقوع حدث الاندماج هو 1 فقط من كل 1012 عن كل اصطدام.


هل أنا محق في القول إن عملية اندماج الشمس ثابتة ، أي أن كمية X من الاندماج تحدث يوميًا ، أكثر أو أقل؟

نعم ، على الأقل خلال النطاقات الزمنية البشرية. يمكنك أن تتوقع بشكل معقول أن يكون معدل الاندماج داخل الشمس هو نفسه اليوم كما كان قبل بضعة آلاف من السنين أو في المستقبل ، سواء أكان ذلك أم لا.

لماذا لا يتم تسريع هذا ، أي أن حدث اندماج واحد ينتج طاقة لحدثين اندماج ، إلخ؟

يتم توزيع الطاقة المنبعثة من الاندماج بسرعة كطاقة حرارية في مركز الشمس ، ويؤدي اختلاف درجة الحرارة بين السطح (حوالي 6000 كلفن) والمركز (يقدر بـ 15 مليون كلفن) إلى تدفق الطاقة من الساخن إلى البارد.

هل كل اصطدام للذرة يسبب حدث اندماج ، أم أن الاحتمال ضئيل لحدوث اندماج وبالتالي فهو ليس رد فعل جامح؟

الاندماج في الشمس ليس تفاعلًا نوويًا جامحًا (مثل كتلة حرجة من اليورانيوم في تفاعل انشطاري).

من الممكن نظريًا أن يكون هناك أحداث اندماج جامحة ، لكن الضغط ودرجة الحرارة من أجل حدوث ذلك لا يتم الاقتراب من قلب الشمس. بالنسبة للنجوم المستقرة مثل الشمس ، تكون القوى وتدفقات الطاقة في حالة اتزان - إذا زاد حرارة اللب قليلاً ، سيزداد الضغط ويتوسع النجم قليلاً مقابل قوة الجاذبية للتعويض. تحدث أشياء مثيرة للاهتمام عندما تخرج النجوم عن التوازن ويمكن أن يحدث اشتعال الاندماج الجامح في بعض السيناريوهات.

بالإضافة إلى ذلك ، تتحرك نقطة التوازن هذه خلال عمر النجم حيث يتغير مزيج العناصر بسبب الاندماج. يمكن التنبؤ بهذا للعديد من النجوم ويشكل أساس التسلسل الرئيسي للنجوم في مخطط هيرتزبرونج-راسل.

لقد سمعت أن احتمال وقوع حدث الاندماج هو 1 فقط لكل 10 ^ 12 لكل تصادم

لا أعرف مدى دقة ذلك ، لكن يبدو أنه معقول. يصبح تعريف "الاصطدام" تعسفيًا إلى حد ما في مثل هذه البيئة الحارة الكثيفة. إذا قمت فقط بتضمين مقاربات قريبة بما يكفي لجعل القوة النووية القوية تهيمن على التفاعل ، فقد تكون النسبة أعلى.

حقيقة أخرى وجدتها مثيرة للاهتمام في نفس المنطقة هي أن كثافة الطاقة من الاندماج - أي الواط لكل متر مكعب من المادة - في الشمس هي تقريبًا نفس تلك الموجودة في كومة السماد النموذجي. إنها بيئة مختلفة تمامًا عن داخل تجربة مفاعل الاندماج أو القنبلة الاندماجية ، والتي تتمتع بكثافة طاقة أعلى بكثير.


لا ، معدل اندماج الشمس ليس ثابتًا تمامًا بمرور الوقت. تصبح الشمس تدريجيًا أكثر سطوعًا ويتم توفير هذا اللمعان بشكل حصري تقريبًا عن طريق الاندماج في القلب. ومع ذلك ، فإن معدل الزيادة ليس كبيرًا ، حيث يبلغ 10٪ لكل مليار سنة.

عملية الاندماج بطيئة للغاية (وغير فعالة من حيث إطلاق الطاقة لكل وحدة حجم) - تطلق الشمس 250 وات / م فقط$^3$ في جوهرها. والسبب في ذلك هو أن أحداث الاندماج غير مرجحة للغاية ، مما يتطلب بروتونين للتغلب على حاجز كولوم بينهما و لواحد من البروتونات لعكس اضمحلال بيتا إلى نيوترون وبالتالي تشكيل نواة الديوتيريوم.

متوسط ​​عمر البروتون مقابل هذه العملية في اللب هو $10^{10}$ سنوات (عمر الشمس) ، مما يعني أن معدل الاندماج لكل بروتون تقريبًا 3 دولارات مرات 10 ^ {- 18} دولار س$^{-1}$. يمكننا مقارنة ذلك بمعدل تصادم بين البروتونات بافتراض متوسط ​​سرعة حرارية $ v simeq (3k_B T / m_p) ^ {1/2} = 600 دولار كم / ثانية لدرجة الحرارة الأساسية 15 دولارًا مرة 10 ^ {6} دولار ك ، كثافة عدد البروتون $ n_p sim 6 times 10 ^ {31} $ م$^{-3}$ في القلب والمقطع العرضي الاصطدام من $ sigma sim pi ( hbar / mv) ^ 2 $، حيث يكون المصطلح بين قوسين هو الطول الموجي المنخفض لـ de Broglie. بتجميع هذه الأشياء معًا ، يكون معدل الاصطدام هو $ n_p sigma v sim 10 ^ {12} $ س$^{-1}$.

وبالتالي بمقارنة المعدلين ، يمكننا أن نستنتج أن حوالي 1 بوصة فقط 3 دولارات مرة 10 ^ {29} دولار تنتهي الاصطدامات بالانصهار.

إذا زاد معدل اندماج الشمس بسرعة ، فإن ما سيحدث هو أن الشمس ستتوسع ، وسيصبح اللب أقل كثافة وسينخفض ​​معدل الاندماج. يعمل هذا بشكل أساسي كترموستات ، حيث يحافظ على الشمس في درجة الحرارة المناسبة تمامًا لدعم وزنها وتوفير اللمعان الخارج من سطحها.


علاوة على ذلك ، فإن التفسير المعتاد لسبب عدم اختفاء الاندماج غير مكتمل. القصة البسيطة التي لا يمكن أن تكون القصة الكاملة هي أنه إذا حدث الاندماج بسرعة كبيرة ، فإن الحرارة تتراكم وتخلق ضغطًا زائدًا. يتسبب هذا الضغط الزائد في التمدد ، ويعمل التمدد على خفض درجة الحرارة والضغط على الاندماج مرة أخرى حتى يتطابق مع معدل الهروب الإشعاعي.

سبب عدم اكتمال هذا العمل التوسعي لا تحفيز الاستقرار إذا حدث فقط مقابل ضغط خارجي ثابت ، فإن مقدار العمل هذا يكون دائمًا غير كافٍ لتثبيته (مما يؤدي إلى "وميض القشرة" لاحقًا في حياة النجم). الشيء الوحيد القادر على تثبيت الاندماج هو العمل الإضافي ضده الجاذبية، كما يمكنك أن ترى بسهولة من كيفية تضمين الجاذبية في أي تحليل من هذا القبيل. لذلك يجب أن يكون من المهم أن يكون للمهرب المحلي النتيجة الصافية لرفع الغاز بعيدًا عن مركز الطاقة الشمسية ، وبالتالي القيام بعمل الجاذبية - وهي تفاصيل مهمة عادةً ما تُترك خارج التفسيرات. في الواقع ، سيكون من الإنصاف القول إن الاندماج الشمسي مستقر بواسطة a مزيج من أعمال التمدد ورفع الجاذبية.


سيئتي: إذا توقف الاندماج في الشمس فجأة ، ماذا سيحدث؟

فيزيائي: كان أحد المعلقين من المنشور الأصلي لطيفًا بما يكفي للإشارة إلى خطأ فادح. خطأي. في الحساب لمعرفة المدة التي ستستغرقها الشمس حتى تبرد ، استخدمت قانون فورييه & # 8217 للتوصيل الحراري. ما كان يجب أن أستخدمه هو قانون ستيفان بولتزمان للإشعاع الحراري. لذلك كان تقدير الحساب هذا صحيحًا تمامًا إذا كانت الشمس تطفو في مساحة شديدة البرودة ، و مبهمةوالمواد و ليس صالح إذا كانت الشمس تطفو في الكثير من العدم. للأسف ، لقد أخذ الكون على نحو فعال لا أحد من اقتراحاتي البناءة ، وتستمر الشمس في البقاء في الفضاء. بعد إعادة الزيارة (المدرجة في مرق الإجابة أدناه) ، يبدو أنه لا يزال لدينا متسع من الوقت لمغادرة الكوكب ، ولكن سيتم تنفيذ أشياء ذات نطاق زمني أطول (الانجراف القاري ، والحملات الرئاسية ، وما إلى ذلك). كانت الحياة موجودة على الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة ، لكن الحياة متعددة الخلايا المثيرة للاهتمام انفجرت على الساحة منذ حوالي نصف مليار سنة. بافتراض أن هذا يرجع إلى أن الشمس لم تكن تقوم بمهمتها في ذلك الوقت (تصبح الشمس أكثر إشراقًا بمرور الوقت ، وكانت باهتة في الماضي) ، فإن ذلك يضع أرضية بحوالي 95٪ من ناتجها الحالي ضروريًا للحياة المعقدة . إذا توقف الاندماج ، فسنكون هناك بعد ما يزيد قليلاً عن مليون سنة.

يعتمد العلم على البديهية غير المعترف بها والتي مفادها أنه لا يوجد فرد منا ذكي بشكل خاص ، ولكن هناك فرصة جيدة لأن يكون هناك شخص ما مشغول بعدم ارتكاب الأخطاء اليوم (ومن قد يعتمد عليك غدًا). تحقيقا لهذه الغاية ، ما يلي هو حساب أكثر مباشرة ، لأولئك منكم المهتمين بالتفاصيل.

إجابة المرق:

ينص قانون Stefan-Bolzman على أن تدفق الحرارة من الشمس يجب أن يكون ، حيث معدل فقدان الحرارة ، T هي درجة حرارة السطح ، S = 6 & # 21510 18 m 2 هي مساحة السطح ، و σ = 5.67 & # 21510 -8 ثابت فيزيائي. إذا افترضنا أن درجة حرارة السطح تتناسب مع متوسط ​​درجة الحرارة داخل الشمس (والتي تبلغ حاليًا حوالي 4 ملايين درجة كلفن) ، فيمكننا إيجاد علاقة بين درجة حرارة السطح ، T ، وإجمالي الطاقة الحرارية ، q. يعد هذا افتراضًا سيئًا على المدى الطويل ، ولكن يجب أن يكون جيدًا بما يكفي لمعرفة المدة التي ستستغرقها الشمس لتفقد ، على سبيل المثال ، 1 ٪ من حرارتها.

إدخال هذا في قانون ستيفان بولتزمان:

يمكن لعشاق التفاضل والتكامل إخبارك أن حل هذا هو:

هنا k هو & # 8220 ثابت تكامل & # 8221 ، وقد تم ضبطه بحيث تكون درجة الحرارة الآن (عند t = 0) كما ينبغي أن تكون: 5878. أيضًا ، t بالثواني في. لإصلاح ذلك ، فقط اضرب t في 31،500،000،000 (عدد الثواني في ألف سنة) لتغييره إلى آلاف السنين.

درجة حرارة السطح في درجة كلفن مقابل الزمن بآلاف السنين.

لذا جميعًا معًا ، إذا توقف الاندماج اليوم ، فيجب أن تكون درجة حرارة سطح الشمس تقريبًا. لا يتطلب الأمر الكثير لإنهاء كل الحياة على الأرض ، لذلك من المحتمل أن يكون لدينا ، على الأكثر ، بضعة ملايين من السنين. سيستغرق الأمر ما يزيد قليلاً عن مائة ألف سنة حتى تنخفض درجة حرارة سطح الشمس بنسبة 1٪.


س: إذا توقف الاندماج في الشمس فجأة ، ماذا سيحدث؟

فيزيائي: لا شيء تقريبا. لدينا متسع من الوقت لحزم حقائبنا والمغادرة.

افترض أن سبب توقف الاندماج ليس مهمًا ، ربما تغيرت القوة الضعيفة فجأة ، أو ربما استخدم Vorgons ضريبة Uthat على الشمس ، أو أيا كان. يتوقف الاندماج بهدوء (ملاحظة جانبية: إذا حصلت على هذا المرجع ، فقد حان الوقت للذهاب إلى الخارج).

هناك الكثير من الحديث الفضفاض عن كون الشمس آلة ضخمة لتحطيم الذرة ، ولكن في الواقع يمكن للهيدروجين الذي يغذي الشمس أن يتجول في اللب (حيث يحدث الاندماج) لعدة مئات من ملايين السنين في المتوسط ​​دون أن يكون تستخدم في الانصهار. إن معدل الاندماج الذي يحدث في القنبلة الاندماجية ، أو الذي نأمل أن نحققه في مفاعلات الاندماج ، أقرب إلى نجم متفجر منه إلى نجم مستقر. ينتج لب الشمس (وهو ضخم) الحرارة من خلال الاندماج بنفس السرعة التي ينتجها جسم الإنسان للحرارة. الفرق هو ، بينما يمكننا أن نفقد الحرارة بسهولة ، يمكن للشمس & # 8217t.

ليس الشيء في الشمس أنها & # 8217s كبيرة ، إنها & # 8217s أنها & # 8217s وبالتالي كبير. وبشكل عام ، كلما كان الشيء أكبر ، كلما طالت مدة تبريده. فنجان قهوة دافئ قليلاً (أو & # 8220 بقعة من الشاي & # 8221 ، لقرائنا في المملكة المتحدة) سينخفض ​​إلى درجة الحرارة المحيطة في غضون دقائق. لكن بحيرة دافئة قليلاً تستغرق أسابيع أو شهور لتحمل درجة حرارة المنطقة المحيطة. هذا جزء كبير من سبب ميل المناخ بالقرب من المسطحات المائية الكبيرة إلى أن يكون أكثر اعتدالًا ، حيث يعمل الماء مثل & # 8220 ممتص صدمات حراري & # 8221.

كمية الطاقة الحرارية التي يمكن أن يحملها شيء ما تتناسب مع كتلته. هذا يعني أن كوبين من القهوة يحتويان على ضعف الطاقة الحرارية لكوب واحد من القهوة. ولكن عندما يفقد شيء ما الحرارة فإنه يفقد تلك الحرارة عبر سطحه ، سواء كان ذلك من خلال إشعاعها بعيدًا أو من خلال ملامستها الجسدية لأشياء أكثر برودة.

كلما كان الشيء أكبر كلما زادت الكتلة البعيدة عن السطح ، وكذلك كلما أصبحت مساحة السطح & # 8220 على نسبة الكتلة & # 8221 أصغر.

الشيء الأكبر هو (بافتراض أنه & # 8217s ليس كبيرًا حقًا و مسطح حقًا) كلما كان الجزء الأكبر من المادة فيه بعيدًا عن السطح. أكثر من ذلك ، كلما زاد الحجم تزداد الكتلة بشكل أسرع من مساحة السطح. لذلك هناك & # 8217s المزيد من الحرارة للتخلص منها ، ولكن فرصة أقل نسبيًا للخروج. على الرغم من أن الشمس تتعرض للفراغ الجليدي في الفضاء ، وهي شديدة الحرارة ، إلا أنها بالكاد تبرد على الإطلاق.

كوب القهوة الساخن (بقعة من الشاي) أكثر سخونة بنحو 60 درجة مئوية من البيئة المحيطة (درجة حرارة الغرفة) ، والشمس أكثر سخونة بحوالي 5800 درجة مئوية من البيئة المحيطة بها (لا شيء غير محدود) ، لذا فإن كل قطعة بحجم كوب - سطح الشمس يفقد الحرارة أسرع بحوالي 100 مرة من فنجان القهوة. ومع ذلك ، فإن حجم الشمس أكبر بحوالي 30 مليار مرة من الكوب ، ونتيجة لذلك تبرد أبطأ بنحو 30 مليار مرة من الكوب في ظروف مماثلة (مثل إبريق شاي Russel & # 8217s الساخن). متوسط ​​الطاقة الحرارية في الشمس أكبر بحوالي 12000 مرة من متوسط ​​الطاقة الحرارية للماء (القهوة أو الشاي) ، لذلك يستغرق الأمر وقتًا أطول حتى يبرد.

تحديث: التقديرات الواردة فيما يلي غير صحيحة إلى حد كبير. يمكن العثور على تصحيح بالتفاصيل هنا. تم افتراض النوع الخاطئ من انتقال الحرارة ، ونتيجة لذلك أصبحت المقاييس الزمنية أكبر بكثير. يبدو أن البشرية لن يكون لديها أكثر من مائة ألف سنة (عطاء أو خذ) ، والأجزاء الأكثر صرامة من المحيط الحيوي لن يكون لها أكثر من حوالي مليون.

بتجميعها معًا ، مهما كان الوقت الذي تستغرقه المشروبات الساخنة التي تختارها لتبرد ، ستأخذ الشمس حوالي 3.6 تريليون مرة أطول. إذا استغرق الكوب الخاص بك ، على سبيل المثال ، دقيقة واحدة ليصبح أكثر برودة بشكل ملحوظ ، فسيستغرق الأمر من الشمس حوالي 6.8 مليون سنة حتى تبرد بشكل ملحوظ. يتم تسريع العملية قليلاً بسبب تقلص الشمس بمرور الوقت مع الحفاظ على سطحها ساخنًا ، ولكن في كلتا الحالتين ، إذا أوقف اندماج الشمس ، فإن الأشخاص الوحيدين الذين سيلاحظون على الفور هم العلماء الذين يدرسون النيوترينوات الشمسية. قد يبدو هذا مفاجئًا بعض الشيء ، ولكن بشكل عام ، تستغرق النجوم وقتًا طويلاً لتهدأ من تلقاء نفسها.

لدينا ملايين السنين لمعرفة كيفية بناء السفن والمغادرة إلى المراعي الخضراء (مليئة بالنجوم العاملة) ، أو معرفة كيفية العيش مع نجم أكثر برودة عندما أصبح غير قادر على دعم الحياة ، بعد عشرات الملايين من السنين طريق.

كانت الفقرتان الأخيرتان خاطئتين للغاية ، ومبالغة في التقدير.

لن يكون سلاح & # 8216n المخيف المخيف & # 8217t شيئًا يوقف الاندماج ، ولكنه شيء يبرد النجوم مباشرة فجأة ، أو يسير في الاتجاه المعاكس ويسرع الاندماج (وهي الخطوة المهمة في nova).


المحاضرة 8: عصر الشمس

للبقاء ساخنة ، يجب على النجوم تعويض الطاقة المفقودة ، وإلا فإنها ستخرج.

دراسة حالة: الشمس

سؤال:

إجابه:

العمر = الحرارة الداخلية / اللمعان

ماذا لو لم يكن هناك مصدر للطاقة؟

سوف تبرد الشمس بشكل مطرد وتتلاشى.

القرن ال 18:

لا مشكلة:

أزمة العمر: الجزء الأول

أواخر القرن التاسع عشر:

هذا يعني أن الأرض كانت أقدم بقليل من الشمس. هذا تناقض منطقي ، وبالتالي "أزمة العمر".

وجد علماء الفلك أيضًا أن الشمس عبارة عن كرة كبيرة من الغاز في التوازن الهيدروستاتيكي.

اقترح كيلفن وأمب هيلمهولتز انكماش الجاذبية كمصدر للطاقة.

آلية كلفن هيلمهولتز

  • تبرد الطبقات الخارجية للشمس قليلاً ، مما يقلل ضغط الغاز ،
  • الضغط المنخفض يعني أن الجاذبية هي اليد العليا والنجم يتقلص قليلاً ،
  • يعمل الانكماش على ضغط اللب ، وتسخينه قليلاً وإضافة الحرارة إلى الشمس.

100 مليون سنة بهذه الآلية.

أزمة العمر: الجزء الثاني

أوائل القرن العشرين:

تقول الطبيعة: كلفن مخطئ. هناك فيزياء جديدة لا يعرفها كيلفن.

الاندماج النووي

العشرينيات: لاحظ إدينجتون أن 4 بروتونات تمتلك كتلة أكبر بنسبة 0.7٪ من نواة هيليوم واحدة (2p + 2n).

إذا اندمجت 4 بروتونات في نواة هيليوم واحدة ، فإن النسبة المتبقية من الكتلة البالغة 0.7٪ تتحول إلى طاقة.

طاقة الانصهار

تم تحويل بقايا 0.007 جرام إلى طاقة:

E = mc 2 = 6.3x10 18 ergs

64000 طن من الصخور بارتفاع 1 كم.

اندماج الهيدروجين

سؤال:

مشاكل:

  1. من غير المحتمل أن تصطدم أربعة بروتونات في وقت واحد.
  2. يجب تحويل 2 من البروتونات إلى نيوترونات.
  3. يجب أن يكون ساخنًا: & GT10 مليون كلفن لجعل البروتونات قريبة بما يكفي لتندمج معًا.

سلسلة بروتون-بروتون

3-Step Fusion Chain

مخطط سلسلة البروتون-البروتون:

الخط السفلي:

  1. عدد 2 فوتونات أشعة جاما
  2. 2 نيوترينوات تغادر الشمس
  3. بوزترونان يضربان الإلكترونات القريبة ، مما يؤدي إلى تكوين فوتونين آخرين من أشعة جاما
  4. حركات إضافية (حرارة) لنواة 4 الأخيرة والبروتونات 2 المتبقية من 6 التي دخلت في سلسلة p-p.

تجنب أزمة العمر

600 مليون طن من H2 كل ثانية.

الاختبار: النيوترينوات الشمسية

إجابه : ابحث عن النيوترينوات المحررة في الخطوة 1 من سلسلة بروتون-بروتون.

خصائص النيوترينوات:

  • الجسيمات المحايدة عديمة الكتلة ، ضعيفة التفاعل.
  • سافر بسرعة الضوء.
  • يمكن أن تمر عبر كتلة من الرصاص 1 فرسخ بسمك!

النيوترينوات الشمسية: تمت ملاحظتها

  • تحتاج كميات هائلة من مواد الكاشف
  • العمل تحت الأرض لدرء الإشعاعات الأخرى

نجاح! لكن.

مشكلة النيوترينو الشمسي

نكتشف فقط

  • هل نموذج الهيكل الشمسي خاطئ في بعض التفاصيل الصغيرة أو المهمة؟
  • هل هناك خطأ ما في نظرية الجسيمات دون الذرية كما هي مطبقة على النيوترينوات؟

وضع النجوم معًا

  • قانون الجاذبية
  • معادلة الدولة (& quot؛ قانون الحصص & quot)
  • مبدأ التوازن الهيدروستاتيكي
  • مصدر الطاقة (على سبيل المثال ، الاندماج النووي)
  • طريقة لنقل تلك الطاقة إلى السطح.

نجوم التسلسل الرئيسي

توليد الطاقة عن طريق اندماج 4 1 H في 1 4 He.

هناك مساران للتفاعل النووي يمكن للنجم من خلالهما تحقيق هذا الاندماج:

سلسلة بروتون بروتون:

لاحظ أنك تستخدم 6 بروتونات في المجموع ، وينتهي بك الأمر بـ 1 4 He و 2 بروتونات في النهاية ، لتحويل 4 بروتونات إلى 1 هيليوم ، مع إطلاق الطاقة على هيئة فوتونات أشعة جاما ، ونيوترينوات ، و postirons .

دورة CNO:

لاحظ أنك تبدأ بنواة واحدة 12 ج في الخطوة الأولى ، وتضيف 4 بروتونات خلال الخطوات 1 و 3 و 4 و 6 ، وتنتهي بنواة 12 ج في النهاية بنواة 4 هي.

والنتيجة هي تحويل صافٍ لأربعة بروتونات إلى نواة هيليوم واحدة ، مع إطلاق طاقة على شكل فوتونات أشعة غاما ، ونيوترينوات ، وبوزيترونات.

نظرًا لأن 12 درجة مئوية لا تستهلك في هذه العملية (تدخل وتخرج في النهاية) ، نقول إنها تعمل بمثابة عامل حفاز للتفاعل النووي.

لأن الكربون والنيتروجين يحتويان على 6 و 7 بروتونات ، على التوالي ، من أجل التغلب على تنافر كل هذه الشحنات الإيجابية ، يجب أن تتحرك البروتونات بسرعة كبيرة. هذا هو السبب في حدوث دورة CNO في درجات حرارة أعلى من سلسلة PP.


لماذا لا تتسارع عملية اندماج الشمس؟ - الفلك

  • في ظل الظروف القاسية ، من الممكن أن تندمج عدة ذرات من نوع واحد من العناصر معًا لتشكيل عنصر مختلف ، أو يمكن تقسيم ذرة واحدة إلى عدة ذرات فردية من عناصر أخرى. تُعرف هذه التفاعلات بالتفاعلات النووية ، ويُعرف النوعان باسم تفاعلات الاندماج والانشطار.
  • يمكن للتفاعلات النووية أن تطلق كميات كبيرة من الطاقة لأنه في بعض التفاعلات ، يكون للكتلة الكلية لذرات المنتج كتلة أقل بقليل من الكتلة الكلية للذرات التي دخلت في التفاعل. أثناء التفاعل النووي ، يتم تحويل هذه الكتلة الزائدة إلى طاقة ، حيث يتم إعطاء الكمية المحولة من خلال:

  • بشكل عام ، فإن تجميع ذرتين صغيرتين معًا لتكوين ذرة أكبر يطلق طاقة للذرات تصل إلى كتلة ذرة حديد ، لكن تجميع ذرتين أكبر يتطلب طاقة في الواقع. اندماج الذرات الأصغر هو ما ينتج الطاقة في النجوم.
  • على العكس من ذلك ، فإن تقسيم ذرة كبيرة إلى ذرتين أصغر حجمًا يطلق طاقة للذرات أكبر من الحديد ، ولكنها تتطلب طاقة لتقسيم الذرات الأصغر. انشطار الذرات الكبيرة هو ما ينتج الطاقة في محطات الطاقة النووية.
  • تطلق ذرات الكتلة المنخفضة الطاقة عن طريق تفاعلات الاندماج ، وتطلق ذرات الكتلة الأعلى طاقة عن طريق تفاعلات الانشطار. يقع الحديد بين المجموعتين لا يؤدي تفاعل نووي يتضمن الحديد إلى إطلاق طاقة.

    داخل الذرة ، تمتلك البروتونات والإلكترونات خاصية تسمى الشحنة الكهربائية. يمكن أن تأتي الشحنة الكهربائية في علامتين مختلفتين ، موجبة وسالبة. البروتونات لها شحنة موجبة ، والإلكترونات لها شحنة سالبة. هناك قوة أساسية في الطبيعة تعمل كقوة جذب بين الأجسام ذات الشحنة المعاكسة وقوة التنافر بين الأشياء التي لها نفس الشحنة. في الذرة ، يتم الاحتفاظ بالإلكترونات في النواة بواسطة هذه القوة الكهرومغناطيسية.

  • الحمل الحراري مسؤول عن بعض الميزات المرصودة على الشمس ، مثل التحبيب (فيلم التحبيب)
  • الحقول المغناطيسية مهمة أيضًا لبعض السمات المرصودة للشمس ، مثل البقع الشمسية. تتمتع الشمس بدورة مغناطيسية مدتها 22 عامًا ، والتي تؤثر على عدد وموقع البقع الشمسية وأيضًا على مقدار النشاط الشمسي ، والذي يمكن أن يؤثر على الأشياء ، مثل الاتصالات اللاسلكية ، على الأرض.

    نحن نعلم أن عمر النظام الشمسي لا يقل عن عدة مليارات من السنين. التفاعلات النووية هي مصدر الطاقة الوحيد الذي نعرفه والذي يمكنه الحفاظ على إنتاج الطاقة للشمس لفترة طويلة.

    نتوقع أن الشمس ستتغير في النهاية ، لأنه في مرحلة ما ، سيتحول كل الهيدروجين الموجود في قلب الشمس إلى هيليوم ، لذلك لن يتبقى أي شيء للتفاعلات النووية. ينفد الهيدروجين في المركز أولاً ، تاركًا قلب الهيليوم مع غلاف من التفاعلات النووية حوله. خلال هذه المرحلة من تطور الشمس ، تتغير قوى الضغط وتتوسع المناطق الخارجية للشمس لتصبح كبيرة جدًا.


لماذا لا تتسارع عملية اندماج الشمس؟ - الفلك

لماذا ينتظر الاندماج حتى يختفي الهيدروجين قبل البدء في اندماج الذرات الأثقل؟ لماذا ستنتظر عمليات الاندماج الماص للحرارة حتى يتواجد الحديد في كل مكان؟

لدمج أي عنصر ، يجب أن تكون لديك درجة حرارة عالية بدرجة كافية. تأتي درجة الحرارة المرتفعة هذه مصحوبة بكثافة وضغط عاليين بدرجة كافية. داخل النجم ، فقط اللب (أقرب 10٪ أو نحو ذلك من النجم) لديه كثافة وضغط كافيان لبدء اندماج الهيدروجين.

عندما تنتقل النجوم من دمج عنصر إلى آخر ، يكون لديها نوع من الفواق. سأشرح. عندما يحرق النجم الهيدروجين الموجود في قلبه ، يغوص الهيليوم الناتج في التفاعل إلى المركز لأنه أثقل. بمرور الوقت ، يكون لديك قلب هيليوم أكبر بنجاح مع غلاف هيدروجين. حرق الهيدروجين ليس نشيطًا بما يكفي لبدء حرق الهيليوم من تلقاء نفسه. وبدلاً من ذلك ، ما يحدث هو أنه بمجرد استخدام كل الهيدروجين القابل للاحتراق (فقط الهيدروجين الموجود في أقصى 10٪ أو نحو ذلك من النجم) ، يتوقف الاندماج مؤقتًا ، ويبرد اللب ويتقلص (يرجع الانكماش في المقام الأول إلى حقيقة أنه عندما تقوم بالتحويل H إلى He لديك عدد أقل من الذرات المتبقية مما يقلل الضغط) ، ويبدأ اللب في الانهيار على نفسه. يؤدي الانهيار بسرعة إلى زيادة درجة الحرارة والضغط والكثافة في اللب. إذا كان النجم ضخمًا بما يكفي لإنتاج ضغط كافٍ ، سيبدأ الهيليوم في الاحتراق. تعمل الحرارة المنبعثة من التفاعل على إعادة تمدد اللب وتكفي لزيادة درجة الحرارة في اللب إلى النقطة التي يمكن أن يستمر فيها احتراق الهيليوم. ومع ذلك ، فإن جزءًا معينًا فقط من الهيليوم سيكون قابلاً للاحتراق (منطقة أصغر حتى من تلك الخاصة بالهيدروجين القابل للاحتراق) ، وبمجرد احتراقه ، إذا كان النجم ضخمًا بدرجة كافية ، فستكرر العملية نفسها مع عناصر أعلى متتالية.

بسبب عنف كل زوبعة ، يفقد النجم بعضًا من غلافه الهيدروجين الخارجي. لقد رأينا بالفعل نجومًا محاطة بعدة قذائف متوسعة من الغاز تتوافق مع كل زوبعة.

بالنسبة للحديد ، لا ينتج عن اندماج عناصر أخف طاقة كافية لبدء صهر الحديد بأي كميات ملموسة. لذلك أنت بحاجة إلى حدث أكثر نشاطًا مثل انفجار مستعر أعظم. الفرق بين الطاقات التي ينطوي عليها الاندماج والمستعر الأعظم هو عدة مرات من حيث الحجم.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 27 حزيران (يونيو) 2015.

عن المؤلف

ماركو كركو

عمل ماركو في العديد من مجالات علم الفلك والفيزياء بما في ذلك علم الفلك الكوكبي ، والفيزياء الفلكية عالية الطاقة ، ونظرية المعلومات الكمومية ، ومحاكاة انهيار المستعر الأعظم. يقوم حاليًا بدراسة السدم المظلمة التي تشكل النجوم.


غالبًا ما يشار إليها باسم الحدود النهائية. علم الفلك مجال مثير يهتم به معظم الناس على الأقل. هناك مئات الحقائق التي يمكن أن نتطرق إليها ، أدناه نحصرها في 10 حقائق رئيسية دون ترتيب معين:

1. يبدو أن سماء الليل تتحرك عندما تنظر إليها. يبدو أن جميع النجوم ونقاط الاهتمام تتحرك من الشرق إلى الغرب. هذا المظهر للحركة يرجع إلى حقيقة أن الأرض تدور. تبلغ السرعة التي تدور بها الأرض حوالي 1000 ميل في الساعة. هذا هو سبب ثبات الأشياء وظهورها في الليل. يمكنك أيضًا رؤيته خلال النهار ، كما لو كان قبل ستة أشهر ، إذا كنت قادرًا على إطفاء الشمس مثل المصباح الكهربائي.

تُعرف السنة بـ 365 يومًا ، لكن الأرض تستغرق فعليًا 365.25 يومًا لتدور حول الشمس. هذا هو السبب في أننا اضطررنا إلى الخروج بسنة كبيسة كل 4 سنوات ، لحساب 0.25 الإضافي الذي لم يتم حسابه بخلاف ذلك. يدرك معظم الناس ذلك ، لكن هل تعلم أنه مرة واحدة كل 400 عام نقوم أيضًا بعمل سنة كبيسة أخرى بالإضافة إلى ذلك؟ هذا لأن الأرض تدور حول الشمس ما يزيد قليلاً عن 365.25 مرة ، فقط جزء بسيط إذا صح التعبير. نحن نعوض ذلك من خلال الحصول على سنة كبيسة أخرى كل 400 سنة.

2. تتميز مناطق معينة من السماء بالأبراج. الرسوم البيانية التي تراها هذه الأيام ستقسم السماء إلى 88 كوكبة. كوكبة النجوم هي مجموعة من النجوم التي تم العثور على نمط لها ، وسميت على اسم شخصية أسطورية أو الشكل الذي تتخذه. حدد الإغريق الأبراج لأول مرة منذ أكثر من 2500 عام. منذ ذلك الحين ، يبدو أنهم غيروا مواقفهم إلى حيث نراهم اليوم. لقد تسبب هذا في ضجة كبيرة في عالم التنجيم ، وكان على معظم الناس الاعتراف بالتغيير في المواقف.

واحدة من أكثر الأبراج شيوعًا هي Big Dipper. إنها واحدة من الأبراج التي تشكل Ursa Major. ستتمكن أيضًا من إخبار الناس أنك تعرف أن Little Dipper جزء من Ursa Minor. تُعرف أصغر كوكبة باسم Crux ، في حين أن هناك العديد من الأبراج الأكبر ، من بينها Ursa Major. تم تسمية معظم الأبراج التي ستشاهدها لأنها تبدو كشيء ما ، على الرغم من أنها في أغلب الأحيان لا تبدو كما سميت باسمها.

3. هناك تسعة كواكب تم تسميتها في نظامنا الشمسي ، على الرغم من تسمية بلوتو "الكوكب القزم" في عام 2006 ، لذلك لم يعد مصنفًا في نفس المجموعة مثل الكواكب الأخرى التي عرفناها. الأرض ، عطارد ، الزهرة ، المشتري ، المريخ ، أورانوس ، زحل ، ونبتون هي الكواكب الثمانية الأخرى. تم اكتشاف بلوتو لأول مرة على أنه كوكب ، لكن علماء الفلك في جميع أنحاء العالم كانوا يتنقلون ذهابًا وإيابًا حول ما إذا كان ينبغي تصنيفها ككوكب أم لا لسنوات. أخيرًا وصلوا إلى استنتاج "الكوكب القزم".

أكبر كوكب في نظامنا الشمسي هو كوكب المشتري. أقرب كوكب إلى الشمس هو عطارد. يشتهر زحل بالحلقات الرائعة التي ترافقه. يُعرَّف الكوكب بأنه جرم سماوي يدور حول نجم. كما يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتشكل شكل الكرة من خلال الجاذبية. إذا كان كبيرًا جدًا ويسبب اندماجًا نوويًا حراريًا ، فلن يعتبر كوكبًا بعد الآن.

4. العدد الدقيق للنجوم سوف يتغير دائمًا ، وبالتالي فإن العدد الدقيق مستحيل أساسًا. من الصعب للغاية حتى تخمين عدد النجوم. يمكنك القول أن هناك تريليونات منهم ، وستظل بعيدًا عن الطرف المنخفض. الكثير من النجوم التي يمكنك رؤيتها بدون تلسكوب ، فقط بأعينك في الليل ، تمت تسميتها بالعصور القديمة. تغيرت الكثير من التقاليد والعادات التي استخدموها في ذلك الوقت لتسمية النجوم بشكل كبير. لدينا الآن عملية مختلفة كثيرًا في اختيار أسماء نجومنا.

ستجد أن الكثير من النجوم لها أسماء عربية. هذا لأنه في العصور الوسطى كان للدول الإسلامية اهتمام كبير بعلم الفلك. في الواقع ، لدى Big Dipper 7 نجوم تمت تسميتها باللغة العربية. بعد مرور بعض الوقت ، أصبحت اللاتينية خيارًا شائعًا عندما بدأ الأوروبيون في تطوير اهتمامهم القوي بعلم الفلك. Polaris ، والمعروف أيضًا باسم نجم الشمال ، هو أحد الأمثلة الرئيسية على ذلك.

5. من المستحيل محاولة تسمية أو حفظ كل النجوم خارج نظامنا الشمسي. هناك أطنان من الفهارس الموجودة في العديد من مراكز الأبحاث التي تمكنت من التقاط وتوثيق مئات الآلاف منها. ستجد أنه في معظم الأبراج ، النجم الذي يحمل اسم "A" في بدايته هو ألمع نجم. يبدأ اللمعان التالي بـ "B" ، وهكذا. أحد الأمثلة الجيدة على ذلك هو الميزان ، وهو ألمع نجم في الميزان. الجانب السلبي الوحيد لهذه المنهجية هو أن الأبجدية اليونانية تتكون من 24 حرفًا فقط. لذلك ، إذا كان للكوكبة أكثر من 24 نجمة ، فسيكون من المستحيل تسميتها بترتيب تناقص السطوع.

بدون مساعدة التكنولوجيا ، يمكن للعين المجردة أن ترى ما يقرب من 6000 نجمة في الليل. في نصف الكرة الشمالي ينخفض ​​هذا العدد إلى حوالي 3000. سيكون هذا هو الحال بغض النظر عن مكان وجودك ، لأنك لن تكون قادرًا على رؤية السماء بأكملها. أشارت بعض المصادر إلى أنه يمكن أن يصل عدد النجوم إلى 7000 نجمة في السماء بأكملها و 3500 نجمة يمكنك رؤيتها في وقت واحد. على الرغم من أنه لا يبدو أن هناك رقمًا دقيقًا ، إلا أن هذا يجب أن يمنحك تقديرًا جيدًا لعدد النجوم التي يمكنك رؤيتها.

6. لقد لعبت الكتالوجات دورًا كبيرًا في قدرتنا على تسمية النجوم بفعالية وتتبع تلك التي تم تسميتها بالفعل. نظرًا لأن معظم علماء الفلك غير قادرين على استخدام الطريقة اليونانية بكفاءة لتسمية النجوم ، فإنهم يقومون بتعيين الأسماء وإضافتها إلى هذه الفهارس. تم إنشاء أحد أهم الكتالوجات التي ستجدها بواسطة FW Argelander في ألمانيا في منتصف القرن التاسع عشر. كان اسمه Bonner Durchmuterung. كان في مرصد بوند وسجل مئات الآلاف من النجوم.

في الولايات المتحدة حوالي عام 1920 ، تم إنشاء كتالوج آخر مهم للغاية من أجل مساعدة مجال علم الفلك على تتبع النجوم. كان يعرف باسم كتالوج هنري دريبر. القوائم في هذا الكتالوج تذهب بأرقام HD. يمكنك التفكير في الأمر كرقم كتاب مكتبة. إنها ليست هي نفسها تمامًا ولكنها ستساعدك على وضعها في منظورها الصحيح. كان هنري دريبر طبيبًا مات ، وأرملته هي التي مولت الكتالوج وسمته باسمه.

ينسى الكثير من الناس أن هناك أيضًا عددًا قليلاً من الفهارس التي تم إنشاؤها للأشياء غير النجمية. يمكن أن يشمل ذلك عناقيد النجوم ، والسدم ، والمجرات ، وما إلى ذلك. يمكنك العثور على 100 أو نحو ذلك من ألمعها في كتالوج تم إنشاؤه بواسطة عالم الفلك الفرنسي تشارلز ميسييه ، في القرن الثامن عشر. ستتم الإشارة إلى الكائنات الموجودة في هذا الكتالوج بأرقام M.

7. كان علم الفلك والوقت يسيران يدا بيد. منذ أن كانت هناك حاجة لتتبع الوقت ، كان هناك علم الفلك وراء ذلك. حتى في العصور القديمة كانوا بحاجة إلى أن يكونوا قادرين على تتبع الفصول من أجل التخطيط المناسب للأحداث الدينية وعندما تكون هناك تغيرات مناخية دراماتيكية. اليوم ، ما زلنا نعتمد على هذه المعلومات للتخطيط لعطلاتنا والمناسبات الدينية والعديد من الأشياء الأخرى التي نحتاج إلى معرفة الطقس في وقت مبكر. نحن نعلم الطقس الذي من المحتمل أن يأتي في طريقنا اعتمادًا على الموسم الذي نحن فيه حاليًا.

أولئك الذين أرادوا قياسات زمنية أكثر تحديدًا كان عليهم أن ينظروا إلى موقع الشمس في السماء. ينام كل الناس على الأرض عندما يحل الظلام ويكونون نشيطين عندما يكون الضوء. الشمس هي ما تخبرنا عندما يحدث ذلك. واحدة من أفضل الاختراعات لتتبع هذا كانت الساعة الشمسية. كان من المفترض أن تساعد في الحفاظ على الدقة القصوى لأولئك الذين استخدموها. بالنسبة للجزء الأكبر ، كانت دقيقة للغاية. كان يعادل هواتفنا ومنبهاتنا هذه الأيام.

للحصول على قياسات دقيقة تقريبًا للوقت ، يلجأ علماء الفلك إلى خط الزوال. لأولئك منكم الذين لا يعرفون & # 8217t ، خط الزوال هو الدائرة الموجودة على الكرة السماوية التي تمر عبر القطبين السماويين والقمم. You would be able to tell when noon has occurred when you are able to identify the sun crossing over the meridian above the horizon. Midnight would happen when the same thing occurred in the opposite direction, but below the horizon.

8. People eventually found out that the sun is not the most accurate way to keep time. There are a couple of reasons why. The earth’s orbit is an eclipse, not a circle. The sun is the reason why one of the points in which you would focus is blocked out. Because of this, the earth will move closer to the sun during part of the orbit, and it will move further away during the other part. The earth will then proceed to speed up during the part when it is closest to the sun, and it will slow down when it is at the part of the orbit that is furthest from the sun.

The ecliptic is the next reason, as it is inclined by 23.5 degrees. That is in relation to the celestial equator. A large portion of the suns motion around the equinoxes is in a north-south direction, rather than the majority of the time being in the east-west direction. The easterly progression from day to day during the solstices is faster than that of the equinoxes. Because of this, it is more like the earth is rotating normally, rather than in an ecliptic motion. The tropic of cancer and the tropic of capricorn are great examples of that. When the sun is over the equator, it moves slowly. When it is over the two tropics mentioned above, it starts to move faster.

They were able to solve this problem by the creation of the mean sun. The mean sun is the rate at which the sun would appear to be rotating around the earth if it were uniform. It keeps moving at a constant rate and is a much better way to keep accurate time. This way people can keep time without having to account for all of the variables that would cause time to slightly alter. It would be impossible to create a way to keep track with all of these variables.

You may hear of the term, a mean solar system day. This is the interval in which it takes the sun to cross the meridian transit of the mean sun successively. This time is also measured to be exactly 24 hours. It is meant to be the exactly equivalent to a normal solar system day. Our sense of time can be linked to this mean solar system day.

9. The mean solar system time and the apparent solar system time can be different by up to 15 minutes during the different seasons. The equation of time is what you call this difference. Astronomers have come up with graphs that will allow you to correct this equation of time. You would have to use a sun dial to accomplish this. It is going to be the apparent solar system time minus the mean solar system time. This should give you the margin of error that you can use with the sundial to come up with the appropriate time.

Time zones were invented to help make it easier on those that were dealing with commerce and transportation. It was also a great help to those that were communicating as well. All of the clocks are set to the mean solar system time. First though, you have to make sure that the meridian runs through the center of that time zone in order for it to be accurate. The earth is comprised of 24 time zones. Four of these time zones are located across the United States. These four time zones result in a 3 hour difference between the west coast and the east coast.

Sidereal time is when you base your time measurement off of the stars, and not the sun. Astronomers have been focusing on this instead of the sun for measuring time. You are able to use this sidereal time to help you aim telescopes before you go gazing into the heavens above. Just about every astronomer out there is going to have a sidereal clock to use while they are star gazing. If you are looking for a technical definition, sidereal time is the right ascension of an object on the meridian. Besides astronomers, navigators have always benefited from sidereal time. They have used it in their travels for quite some time. It might not be that useful to you and me, but that doesn’t mean that it doesn’t have a very distinct and useful purpose.

10. Gravitational pull is exerted by both the moon and the sun to the earth. This is the reason why the earth rotates the way that it does. Because of this, there is a large bulge near the equator. There is a 27 mile difference when the earth is measured by the equator, rather than pole to pole. This is why you will hear the earth referred to as a oblate spheroid, instead of a sphere. The gravitational pull does have an affect on the bulge and the earth which causes a change in the axis rotation.

If you compare the earth to a spinning top, it is a lot easier to understand. The top has to spin otherwise it is going to fall on its side. Similarly, the earth would do close to the same thing. Gravity would cause the bulge to be tugged and it would have the earth straighten out. The earth is always spinning though, so luckily there is no chance of that every happening.


Why doesn't the fusion process of the sun speed up? - الفلك

Since traveling to Mars or further in zero gravity is unhealthy for the passengers, why doesn't NASA have a rotating spaceships? Let's say we two separate sections at a radius of about a 1000 feet with the fuel tank in the middle (the non-rotating part).

Well, creating a rotating spacecraft is simple in theory, but extremely difficult in practice. Just as an example, if you had a spacecraft such as yours (and just to make the numbers easier let's make it 1000 meters in radius) you'd need to accelerate the ends of the ship up to 100 meters/second or 360 kilometers/hour. And it'd have to rotate once every 62.8 seconds. This would take a lot of fuel to get the spacecraft rotating that fast, and the stresses that the ship would have to endure would be immense (meaning very heavy construction that'd need to be lifted into space). Most spacecraft we're able to launch today are actually very light and brittle since it costs roughly $1 million per pound just to lift something into space.

But probably more important is the question of how to build it. You wouldn't be able to construct a ship like that on Earth. It'd have to be assembled in space. Meaning you'd need a permanent space station in Earth orbit. Furthermore, the design of the ship would have to be "perfect" since even the slightest asymmetries in the mass distribution would be difficult to deal with. You might even have to take into account the movement of the astronauts within the ship itself (much like you have to get weighed when getting on a small plane). I mean, we can do this sort of thing technologically speaking (and have had the ability for quite some time) but the costs would be astronomical (pardon the pun). In the meantime, it is much more cost efficient to simply have the astronauts exercise several hours a day than to build a rotating spacecraft. Astronauts and cosmonauts visiting the International Space Station, and spending extended time in space (well over a year), have shown that it's possible to live that way with reparable side effects. However, a major focus of research on the ISS is determining whether this is true in the long run or whether new technologies will be needed to travel to Mars and beyond.

Page last updated on June 25, 2015.

عن المؤلف

Marko Krco

Marko has worked in many fields of astronomy and physics including planetary astronomy, high energy astrophysics, quantum information theory, and supernova collapse simulations. Currently he studies the dark nebulae which form stars.


What you've just stumbled upon is the same puzzle that stumped many astrophysicists in the early 20th century. The "100 million degrees" figure you quote is indeed the temperature at which a significant portion of the plasma can undergo fusion reactions by overcoming the classical Coulomb barrier. But we know the Sun's core fuses hydrogen, so why is it colder than it should be? The answer has to do with density and quantum tunneling.

It turns out that confining plasma heated to millions of degrees is quite difficult. As such, in terrestrial fusion devices, we can only confine a small amount of low-density plasma at once, and so, in order to do anything meaningful, we have to heat it until عظم of it is fusing.

The Sun, however, has no trouble confining plasma it does so effortlessly, with gravity. As such, it doesn't particularly care if عظم of the plasma is fusing, because there's no shortage of it, after all, and what's there is at very high density. In order to keep itself burning, only a small portion of the plasma needs to be at the right energy for fusion. Since, at any temperature, you'll always have a high-energy tail to your probability distribution for particle kinetic energies, it stands to reason that, even at a cooler temperature, there might be enough plasma fusing to counterbalance gravitational contraction.

But it turns out that if you actually examine the tail of the Maxwell-Boltzmann distribution at 15 million degrees, there ما يزال isn't enough stuff at a high enough energy to overcome the classical Coulomb barrier. It was at this point that astrophysicists realized that you don't actually have to overcome the classical Coulomb barrier you could just simply quantum-tunnel through the last bit of it. In any single collision, this only rarely happens, but the density at the core of the Sun is high enough that it makes up for the deficit and explains how the Sun is able to hold itself up at such a low temperature.

Fusion can, in theory, occur at any temperature - even room temperature! It's just that the probability in that case is exponentially tiny (as in like mystically small meaning $10^<1000>$ or greater odds against the kind of numbers that the ancients used to speculate about in wonder and awe, and not realistic numbers of things actually observable.).

The reason for this is that the atomic nucleus is fundamentally a balance between two forces: one is the electrostatic force that results from having a bunch of positive charges (the protons) hanging out next to each other and this wants to try and blow the thing apart, the other is the residual strong force, which is much shorter range (meaning it falls off much quicker with increasing separation) but typically much stronger, and wants to try and hold it together. On top of this balance is the weak force, which maintains a degree of balance in the ratio of the numbers of protons and neutrons by converting some to the other when they are not balanced (beta-plus and beta-minus decays). This last force is much weaker than the other two.

To get fusion, what you need, then, is to bring the nuclei involved close enough that the residual strong force exceeds the electrostatic force trying to push them apart. And this requires either doing a lot of work against the electrostatic force, or quantum tunneling - in particular, each nucleus has a wave function for its position just as electrons hanging out around a nucleus in an atom do so their positions are not fully well-defined, and that wave function extends, even at separation, into the region where the two nuclei are close enough to fuse, which means there is a probability to actually have had fusion by the time of the next "measurement". (The same is how radioactive decay works, roughly - the wave function of some nuclear particles extends outside the nucleus enough that you can detect a particle leaving with some probability. and thus you can pick them up with a measurer like Geiger counter.)

Now as you get them closer together, you can get the wave functions to hit regions of higher amplitude and so greater probability more often and thus a better chance at fusion. The trouble is, of course, you're working against that electrostatic repulsion and thus to get them to come close enough reliably, you need a lot of force to drive them together, but because of the tunneling effect, not as much as you'd need were these purely Newtonian particles.


A Harvard professor says an alien visited in 2017 — and more are coming

When the first sign of intelligent life visits us from space, it won’t be a giant saucer hovering over New York. More likely, it will be an alien civilization’s trash.

Avi Loeb, chair of Harvard’s Department of Astronomy, believes he’s already found some of that garbage.

In his upcoming book, “Extraterrestrial: The First Sign of Intelligent Life Beyond Earth” (Houghton Mifflin Harcourt), out Jan. 26, the professor lays out a compelling case for why an object that recently wandered into our solar system was not just another rock but actually a piece of alien technology.

The object in question traveled toward our solar system from the direction of Vega, a nearby star 25 light-years away, and intercepted our solar system’s orbital plane on Sept. 6, 2017.

Professor Abraham Loeb and a rendering of ‘Oumuamua. NY Post photo composite

On Sept. 9, its trajectory brought it closest to the sun. At the end of September, it blasted at about 58,900 miles per hour past Venus’ orbital distance, and then, on Oct. 7, it shot past Earth’s before “moving swiftly toward the constellation Pegasus and the blackness beyond,” Loeb writes in the book.

The object was first spotted by an observatory in Hawaii containing the Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) — the highest-definition telescope on Earth.

The space object was dubbed ‘Oumuamua (pronounced “oh moo ah moo ah”), which is Hawaiian for — roughly — “scout.”

As space travelers go, it was relatively small at just about 100 yards long, but it was a big deal in the scientific community.

For starters, it was the first interstellar object ever detected inside our solar system. Judging from the object’s trajectory, astronomers concluded it was not bound by the sun’s gravity — which suggested it was just traveling through.

No crisp photos could be taken, but astronomers were able to train their telescopes on the object for 11 days, collecting reams of other data.

The Observatory on Haleakala, Maui, which contains the world’s most powerful telescope, caught the image of ‘Oumuamua. Rob Ratkowski/PS1SC

At first, scientists thought it was an ordinary comet. But Loeb said that assumption ran the risk of allowing “the familiar to define what we might discover.”

“What would happen if a caveman saw a cellphone?” he asked. “He’s seen rocks all his life, and he would have thought it was just a shiny rock.”

Loeb soon opened his mind to another possibility: It was not a comet but discarded tech from an alien civilization.

A number of unusual properties about the object helped Loeb make this conclusion.

First were ‘Oumuamua’s dimensions.

Astronomers looked at the way the object reflected sunlight. Its brightness varied tenfold every eight hours, suggesting that was the amount of time it took for it to complete a full rotation.

Scientists concluded the object was at least five to 10 times longer than it was wide — sort of like the shape of a cigar.

No naturally occurring space body we’ve ever seen has looked like it — or even close.

“This would make ‘Oumuamua’s geometry more extreme by at least a few times in aspect ratio — or its width to its height — than the most extreme asteroids or comets that we have ever seen,” Loeb writes in his book.

What’s more, ‘Oumuamua was unusually bright. It was at least “ten times more reflective than typical solar system [stony] asteroids or comets,” the author writes.

He likens its surface to that of shiny metal.

But the anomaly that really pushed Loeb toward his ET hypothesis was the way ‘Oumuamua moved.

“The excess push away from the sun — that was the thing that broke the camel’s back,” he said.

Using physics, scientists can calculate the exact path an object should take and what speed it should travel due to the gravitational force exerted by the sun. The sun’s pull will speed up an object massively as it gets closer, then kick it out the other side, only for the object to slow considerably as it gets farther away.

Combined telescope image of the first interstellar object `Oumuamua, circled in blue as an unresolved point source at the center. It is surrounded by the trails of faint stars, each smeared into a series of dots as the telescope snapshots tracked the moving `Oumuamua. ESO/K. Meech

But ‘Oumuamua didn’t follow this calculated trajectory. The object, in fact, accelerated “slightly, but to a highly statistically significant extent,” Loeb writes, as it moved away from the sun.

In other words, it was clearly being pushed by a force besides the sun’s gravity.

At first the explanation seemed simple. Comets show a similar acceleration, because as they approach the sun, their surface is warmed, releasing once-frozen gases, which act like a rocket engine.

Those released materials, however, form a comet’s distinctive tail. Scientists looked carefully for that tail or any sign of gases or dust that might propel ‘Oumuamua and came up empty.

Loeb calculated that with these and other anomalies, the chances that ‘Oumuamua was some random comet was around 1 in a quadrillion, leading him to his blockbuster hypothesis.

One possibility, weirdly enough, could be found in technology we already have here on Earth.

Some 400 years ago, astronomer Johannes Kepler observed comet tails blowing in what looked like a solar breeze and wondered if that same force could propel rocket ships through space like the wind pushes boats through water.

It was a smart idea that scientists now use to develop light sails for probes. Thin, reflective sheeting is unfurled in space to capture the particles streaming off the sun, propelling a ship at great speeds through the empty void. Alternatively, powerful lasers from Earth could be aimed at the sail to make it go even faster.

Artist’s impression of possible shapes for `Oumuamua. Some experts believe it’s cigar-shaped (above right) but Loeb contends it looks more like a sail (left). Mark Garlick/Science Photo Library

Loeb, who is involved in a light-sail project to send a tiny, unmanned craft to a nearby star, said if we Earthlings have thought of this idea, then why couldn’t aliens?

He and a colleague crunched the numbers and hypothesized that ‘Oumuamua was not actually cigar-shaped but possibly a disk less than a millimeter thick, with sail-like proportions that would account for its unusual acceleration as it moved away from the sun.

As to its purpose, Loeb isn’t entirely sure. He speculated it could be “space junk” that once served as a kind of space navigation buoy used by a long-ago civilization.

“The only way to look for [alien civilizations] is to look for their trash, like investigative journalists who look through celebrities’ trash,” Loeb said.

Of course, not everyone in the scientific community agrees with his theory.

In July 2019, the ‘Oumuamua Team of the International Space Science Institute published an article in Nature Astronomy concluding, “We find no compelling evidence to favor an alien explanation for ‘Oumuamua.”

Loeb admits his theories have raised astronomers’ eyebrows, but he is resolute about his findings. “Some people do not want to discuss the possibility that there are other civilizations out there,” he told The Post. “They believe we are special and unique. I think it’s a prejudice that should be abandoned.”

‘Some people do not want to discuss the possibility that there are other civilizations out there.’

Avi Loeb, Harvard astronomer and author of “Extraterrestrial”

Loeb said the skeptics are bending over backwards to assign natural origins to the object and that the explanations they’ve given to explain its weird properties don’t stand up to scrutiny.

For example, some scientists have suggested that ‘Oumuamua’s acceleration was caused by frozen hydrogen on its surface turning to gas and driving it like a comet, and that hydrogen would have been invisible to Earth’s infrared cameras, which is why we didn’t detect it.

But Loeb and a colleague published a paper showing that “a hydrogen iceberg traveling through interstellar space would evaporate long before it reached our solar system.”

Whatever the truth, the stakes are high.

The acceptance that an alien race has made contact — even through its trash — would trigger a serious search for more trash, leading us to scour the moon and Mars, for example, for debris that might have crash-landed thousands or millions of years ago.

And if more evidence is found, we Earthlings would have to start building tools to help us grapple with extraterrestrials, such as space treaties and academic fields like astro-linguistics and astro-economics.

But, perhaps more important, any further discoveries could redefine our place in the universe.

“It would put us in perspective,” Loeb said. “If we are not alone, are we the smartest kids on the block? If there was a species that eliminated itself through war or changing the climate, we can get our act together and behave better. Instead, we are wasting a lot of resources on Earth fighting each other and other negative things that are a big waste.”

Since ‘Oumuamua’s appearance, a second interstellar object known as 2I/Borisov was spotted entering the solar system by a Crimean telescope in 2019. But that turned out to be a plain old comet.

Until recently, our instruments have not been sensitive enough to pick up these kinds of visitors. But Loeb said technology will soon make it possible to locate more space travelers, and the only way the mystery of ‘Oumuamua will be settled is if a similar object is spotted and more thoroughly investigated with a probe.

He said his book “should motivate people to collect more data on the next object that looks weird.”

“If we find another and we take a photo and it looks like a light sail, I don’t think anyone will argue with that.”


شاهد الفيديو: Die 8 planete in ons Sonnestelsel (كانون الثاني 2023).