Hätten wir mehr als 8 Minuten Licht, wenn die Sonne "ausgegangen" wäre?

Die gängige Theorie besagt, dass wenn die Sonne "ausfällt", wir das Licht noch acht Minuten lang sehen würden (die Zeit, die die Photonen benötigen, um die Erde zu erreichen).

Kürzlich habe ich jedoch gelesen, dass Photonen etwa 100.000 Jahre benötigen, um die Erde zu erreichen, da die Reaktionen im Kern der Sonne stattfinden und Gammastrahlen die Sonne nicht verlassen können, ohne mit anderen Partikeln zu interagieren, im Gegensatz zu beispielsweise Neutrinos.

Ist diese Theorie richtig? Wenn der Kern der Sonne "abgeschaltet" würde, würden wir dann noch 100.000 Jahre lang Photonen (Licht) empfangen, wobei nur die Neutrinos sofort verschwinden würden?

the-sun photons

— städtische pečoler
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Besser wäre es , zu fragen , nur wenn (und warum) Licht bringen soll , so lange die Oberfläche der Sonne aus dem Kern zu erreichen. Wenn Sie nach dem Ansatz "Was passiert, wenn etwas Unmögliches passiert ist?" Fragen, haben Sie die Tendenz, Menschen auf solchen wissenschaftlich fundierten Websites abzuschrecken.

— StephenG

Auf der anderen Seite neigen wissenschaftlich denkende Menschen dazu, die Wahrheit über etwas zu erfahren (und oft sogar andere zu erziehen).

— Ryan

"Photonen brauchen rund 100 000 Jahre, um die Erde zu erreichen" . Das ist ein bisschen irreführend. Ja, es dauert lange, bis die Energie vom Sonnenkern zur Photosphäre gelangt, aber kein einzelnes Photon wandert 100.000 Jahre lang durch die Sonne. Siehe astronomy.stackexchange.com/a/33447/16685

— PM 2Ring,

Auch wenn in der "Theorie" das erwartete Verhalten ist, dass die Sonne augenblicklich nicht mehr existiert, existieren vermutlich auch die Photonen in ihr, die zu entkommen versuchten, nicht mehr. Wenn dies der Fall ist, würde es 8 Minuten später auf der Erde einfach dunkel werden. (Ignoriert man die Tatsache, dass die Photonen nicht genau existieren, wenn sie "gefangen" sind)

— djsmiley2k - CoW

Bitte definieren Sie "erloschen" und "heruntergefahren". Wenn die Sonne selbst erloschen wäre, hätten wir noch 8 Minuten Licht. Wenn der Kern der Sonne "einfach" abgeschaltet würde, würde es sehr lange dauern, bis sich dieser zur Oberfläche ausbreitet.

— MonkeyZeus

Antworten:

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Wenn die Kernfusion plötzlich im Zentrum der Sonne stoppt, dann ist die einzige eindeutige Signatur, die wir dafür haben würden, das Fehlen nachweisbarer Neutrinos, die auf der Erde etwa 8 Minuten nach dem Ende der Reaktionen eingehen. Die Sonne würde jedoch noch Dutzende von Millionen von Jahren bei ungefähr ihrer gegenwärtigen Leuchtkraft scheinen.

Die Energiequelle besteht nicht aus "gespeicherten" Photonen. Die Sonne selbst würde einfach die langsame Gravitationskontraktion wieder aufnehmen , die vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gestoppt wurde, als die Kernreaktionsraten im Zentrum ausreichend ansteigen konnten, um die Strahlungsverluste von der Sonnenoberfläche zu decken.

Die charakteristische Zeitskala für die Kontraktion ist ungefähr was 30 Millionen Jahre beträgt. Das heißt, die Sonne verfügt über genügend Gravitationspotentialenergie, um ihre gegenwärtige Leuchtkraft für Dutzende von Millionen von Jahren bereitzustellen.

τ_{K H} = \frac{G M^{2}}{R L},

$\tau_{\rm KH} = \frac{GM^2}{RL},$

Währenddessen würde die Sonne ihre aktuelle Leuchtkraft annähernd beibehalten, den Radius jedoch verringern, was bedeutet, dass sich ihre Oberflächentemperatur erhöhen würde.

Wenn sich die Sonne ein paar Mal so groß wie der Jupiter zusammengezogen hätte (also etwa 30% ihres derzeitigen Radius), würde sich die Kontraktion verlangsamen, da die Elektronen im Kern entarten und der Druck mit der Dichte um mehr als erwartet ansteigt ein perfektes Gas. Die verlangsamte Kontraktion verringert die Geschwindigkeit der potentiellen Energiefreisetzung und damit die solare Leuchtkraft. Die Kontraktion setzt sich langsam fort, bis die Sonne ein paar Mal so groß ist wie die Erde wie ein heißer "weißer Zwerg", der sich über Milliarden von Jahren ohne weitere Kontraktion zu einer glühenden Asche abkühlt (siehe Was würde die Sonne?) B. so sein, als könnten Kernreaktionen nicht durch Quantentunnelung ablaufen ( für weitere Einzelheiten).

Selbst wenn Sie nicht zulassen würden, dass sich die Sonne zusammenzieht, würde es einige Zeit dauern, bis die Wärmeenergie abgestrahlt ist. Diese Zeitskala ist ungefähr was annimmt, dass die Sonne ein perfektes Gas aus Protonen plus Elektronen mit einer Durchschnittstemperatur . Nimmt man K und die aktuelle Sonnenhelligkeit, dann ist 40 Millionen Jahre.

τ_{t h e r m} ≃ \frac{3 k_{B} T M}{m_{H} L},

$\tau_{\rm therm} \simeq \frac{3k_B T M}{m_H L},$

T

$T$

T = 10^{7}

$T =10^7$

τ_{t h e r m} =

$\tau_{\rm therm}=$

Auf der anderen Seite, wenn Ihr Szenario nur das Licht der Sonne ist, das nicht mehr ausgestrahlt wird, wird es auf der Erde ungefähr 8 Minuten später natürlich dunkel.

— Rob Jeffries
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Selbst wenn Sie es irgendwie schaffen, auch die Gravitationskontraktion zu stoppen, ist die Sonne ziemlich heiß - ~ 5800K an der "Oberfläche" bis zu! 15 Millionen K in der Mitte. Das Abkühlen würde einige Zeit in Anspruch nehmen.

— Jamesqf

@ nick012000 Ihre Frage ist falsch definiert und die Zeitskalen sind ungefähr. Ich habe nicht gesagt, dass die Sonne 40 Millionen Jahre brauchen würde, um nicht mehr zu leuchten. Ich sagte, es würde 40 Millionen Jahre dauern, um seine aktuelle Wärmeenergie bei seiner aktuellen Leuchtkraft abzustrahlen. Wenn sich die Sonne mit konstantem Radius abkühlt, steigt diese Zeitskala an, da die Leuchtkraft erheblich abnimmt. Die Sonne würde Milliarden von Jahren in gewisser Weise leuchten. Wir können hier weiße Zwerge als Vorbild nehmen. Die ältesten Weißen Zwerge sind immer noch heißer als 3000K.

— Rob Jeffries

Dies ist eine faszinierende Lektüre!

— Hanky Panky

@stripybadger Es ist, als hätte man einen sehr, sehr großen Warmwasserspeicher und müsste sich daher keine Sorgen um die Versorgung mit Heizöl machen.

— Rob Jeffries

@ PeterA.Schneider Ein "Einsturz" kann nicht auftreten, da Wärmeenergie nicht ignoriert werden kann, sondern von der Oberfläche abgestrahlt werden muss. "Kernkollaps", der eine Supernova auslöst, kann nur passieren, weil (I) eine enorme Wärmesenke vorliegt (Zerfall von Eisenkernen und Neutronisierung) und (II) die meiste Energie über die Neutrinoemission entweichen kann. Beides ist in der Sonne nicht wichtig.

— Rob Jeffries

Die "allgemeine Theorie", die Sie lesen, handelt nicht von den Prozessen, die Licht in Sternen erzeugen, sondern ist nur als Demonstration der Lichtgeschwindigkeit durch den Raum gedacht. Wenn es um das "Herunterfahren" der Sonne geht, geht es nicht um das Anhalten der Kernfusion, sondern darum, dass die Sonne als Ganzes aufhört zu scheinen. Ich bin kein Physiker, aber ich glaube nicht, dass irgendetwas dazu führen würde, dass dies plötzlich eintritt, sodass wir den Zeitunterschied von 8 Minuten messen könnten, damit die letzten Photonen die Erde erreichen.

Es ist nur ein Gedankenexperiment, bei dem eine vereinfachte Beschreibung eines unmöglichen Ereignisses verwendet wird, um auf einen anderen Prozess hinzuweisen. In diesem Modell gibt die Sonne entweder Licht ab oder nicht, und wir messen die Zeit, seit sie diesen Zustand geändert hat. Es geht uns nicht darum, was die Photonen tun, bevor sie von der Sonne ausgestrahlt werden (außer dass es wichtig ist, die Zeit zu messen, die das Licht von einer Glühbirne zurücklegt, wie der Strom erzeugt wurde, der die Birne antreibt - wir könnten das alles messen zurück zu den Dinosauriern, die sterben und schließlich zu fossilen Brennstoffen werden, die im Kraftwerk verwendet werden, oder sogar zurück zu der Sonnenenergie, die das Leben auf der Erde antreibt.

— Barmar
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