Давление в фотосфере Солнца чрезвычайно мало. Согласно оценкам, оно равно примерно 0,1 атмосферы.
Но, учтите, что ускорение свободного падения в фотосфере примерно в 30 раз больше, чем на поверхности Земли. Поэтому если вещество, которое создаёт давление в фотосфере Солнца, перенести в условия Земли, то оно создавало бы давление, равное 0,1/30 ≈ 0,003 атмосферы ≈ 3 гПа. — В земной атмосфере такое давление примерно на высоте 40 км.
Попросту говоря, вещества в фотосфере Солнца (в пересчёте на единицу площади) столько же, сколько в атмосфере Земли, начиная с высоты 40 км и выше.
Или ещё проще, вещество в фотосфере Солнца очень разрежённое, значительно менее плотное, чем воздух у поверхности Земли.
А теперь третья загадка солнечной фотосферы.
Атмосфера Земли прозрачна: мы можем видеть свет Солнца, Луны и звёзд.
Почему тогда вещество солнечной фотосферы непрозрачно, почему мы не видим, что происходит ниже фотосферы?
Ответ таков.
В фотосфере есть отрицательные ионы водорода Н–, способные сильно поглощать излучение в широком диапазоне длин волн: поглощается ближнее инфракрасное излучение, видимое, а также ультрафиолетовое излучение.
В атмосфере Земли отрицательных ионов водорода совсем нет.
Отрицательный ион водорода представляет собой протон не с одним, как обычно, а с двумя электронами. Энергия связи атома водорода с дополнительным электроном равна Е = 1,2 · 10–12 эрг.
Такую энергию имеет фотон с длиной волны
λ0 = (с · h/Е) = 1,66 · 10−4 см = 1,66 мкм,
здесь с — скорость света в вакууме, равная 3 · 1010 см/с, h — постоянная Планка, равная 6,626 · 10−27 эрг · c.
Отсюда следует, что всякий фотон с длиной волны λ < λ0 = 1,66 мкм, способен отнять электрон у отрицательного иона водорода, в результате он становится нейтральным:
Н– + hν → Н + е– .
Поэтому каждый фотон ближнего инфракрасного, видимого или ближайшего ультрафиолетового диапазона, проходящий через солнечную фотосферу, имеет много шансов быть поглощенным встретившимся отрицательным водородным ионом1.
В результате акта поглощения фотона отрицательный ион водорода разрушается. Естественно, что в фотосфере Солнца происходит и противоположный процесс
Н + е– → Н–,
для чего необходимы атомы водорода и свободные электроны.
Водорода в фотосфере очень много, это самый обильный элемент в фотосфере: водород составляет 71% массы Солнца, гелий — 27% , а все остальные элементы — всего лишь 2%, причём и водород, и гелий при температурах 5000°–6000°К, характерных для фотосферы, нейтральны.
Тогда откуда берутся свободные электроны?
Оказывается, температура 5000°– 6000°К достаточна для того, чтобы атомы таких металлов, как кальций, натрий, магний, железо, были однократно ионизированы, т.е. потеряли по одному электрону. Именно эти освободившиеся электроны с некоторой вероятностью присоединяются к нейтральным атомам водорода и образуют отрицательные ионы водорода.
При этом на 10 миллионов нейтральных атомов водорода приходится 1000 атомов, а точнее, однократно ионизированных атомов металлов и всего лишь один отрицательный ион водорода. — Столь ничтожного количества отрицательных ионов водорода достаточно, чтобы фотосфера оказалась непрозрачной!
- 1. В ультрафиолетовой области эти шансы снижаются, но там появляются другие источники поглощения — металлы и водородные атомы.
Комментарии (2)
Энергия связи атома водорода
Об отрицательном ионе водорода
Я пользовался готовыми результатами из книги Мартынов Д. Я., Курс общей астрофизики. М., 1965 г., стр.30.
В известных мне курсах по квантовой механике нужных Вам расчётов нет. Но во многих курсах есть расчёты нейтрального атома гелия. Теории должны быть очень похожи, так как разница лишь в заряде и массе ядра.
Желаю всего наилучшего.