Entonces, la luz visible de las estrellas se puede usar para identificar los elementos en esa estrella mirando las líneas de emisión espectrales y comparando esas líneas con las líneas de emisión de varios elementos (y sus isótopos) aquí en la tierra. Estas longitudes de onda lineales bien conocidas también se pueden usar para determinar el movimiento relativo de esa estrella con respecto a la Tierra observando el desplazamiento hacia el rojo (o el azul) de las longitudes de onda de esas líneas espectrales. Entonces sería razonable suponer que nuestro propio sol emite esas mismas líneas espectrales bien definidas, que deberían aparecer en longitudes de onda específicas (basadas en los elementos del sol).
Sin embargo, la luz del sol parece (en su mayoría) blanca, y el uso de un prisma muestra un arcoíris de color bastante consistente en todo el espectro visible, en lugar de lo que uno esperaría ver (basado en el análisis del espectro de emisión de otras estrellas) de picos en longitudes de onda específicas. Entonces, ¿qué está causando que la luz de espectro completo del sol aparezca en la superficie de la tierra si lo que asumo son líneas espectrales específicas que se generan a partir de la fusión en el sol mismo?
Estoy seguro de que me falta algo en mi comprensión, pero no estoy seguro de qué es. Entiendo (a partir de esta pregunta: ¿Qué tan profunda es la línea "A" de Fraunhofer en el espectro solar? ¿Es de la atmósfera del Sol o de la Tierra? ) que la atmósfera de la tierra absorbe longitudes de onda específicas de luz, pero ¿por qué la luz del sol sería consistente a través de su espectro visible si la luz típica de una estrella se genera en longitudes de onda específicas del espectro?
Lo que te estás perdiendo es que la resolución de un prisma no es lo suficientemente alta para resolver las líneas espectrales relativamente estrechas. Además, la luz que se genera por las reacciones de fusión no llega a la superficie del sol durante mucho tiempo, y se dispersa y se divide una gran cantidad de veces en el camino, eliminando cualquier señal de fusión desde sus orígenes. La razón por la que podemos estar seguros de que la fusión está ocurriendo allí es porque podemos detectar neutrinos solares que salen del sol casi sin obstáculos y tienen el espectro esperado del proceso de fusión.
Para obtener más información, eche un vistazo a las leyes de la espectroscopia de Kirchhoff .
Volvamos al espectro del sol. Tenemos algunas razones para confiar en nuestra capacidad para medir las líneas de absorción del sol independientemente de la atmósfera. Primero, la cantidad de atmósfera a través de la cual miramos al sol depende del ángulo del sol en el cielo (un concepto llamado masa de aire ). Entonces, si observamos el sol en diferentes ángulos y hacemos un seguimiento de cómo cambia la absorción con la masa de aire, podemos extrapolar el espectro a masa de aire cero. En segundo lugar, hay al menos un elemento que fue descubierto por primera vez por sus líneas de absorción en el espectro solar: el helio (llamado así por el dios griego del sol, Helios), por lo que podemos estar seguros de que las medidas que estamos tomando corresponden a la física. realidad. En tercer lugar, hemos realizado mediciones utilizando satélites que se encuentran por encima de la atmósfera.
Cuando observamos las líneas espectrales en el espectro de una estrella, en realidad estamos buscando líneas de absorción, no líneas de emisión. El espectro de una estrella suele parecerse al de un cuerpo negro , continuo y uniforme. Sin embargo, hay elementos en la atmósfera de la estrella que absorben parte de la luz emitida; estos crean líneas de absorción características en el espectro que observamos.
Hay una razón por la que el espectro de una estrella se parece mucho al de un cuerpo negro. H - opacidad significa que parte de la fotosfera solar es ópticamente gruesa para una amplia gama de frecuencias. Esto a su vez significa que la emisión ya no proviene de unas pocas frecuencias correspondientes a unos pocos elementos. Este espectro aparece continuo, y por lo tanto como un cuerpo negro.
Aquí se hacen dos preguntas. Sean Lake aborda el primero: no hay nada inusual en la luz del sol; su espectro contiene muchas líneas oscuras de absorción debido a varios elementos químicos. Solo necesita una resolución espectral razonablemente alta (alta dispersión) para poder verlos.
La luz del Sol proviene de la fotosfera. No vemos lo que está pasando en el centro con luz. La luz que se emite en el centro del Sol se reabsorbe casi inmediatamente. Cuando los fotones tienen una posibilidad razonable de escapar, se define dónde está la superficie visible. En otras palabras, la fotosfera marca el punto donde (moviéndose hacia adentro) la opacidad a la luz aumenta rápidamente.
Esta opacidad no es la misma en todas las longitudes de onda. Donde hay una línea espectral, debido a una transición de electrones en un átomo, es más alta. En estas longitudes de onda, los fotones solo pueden escapar si se emiten más arriba en la fotosfera, a temperaturas más frías. Esa luz es menos intensa que en otras longitudes de onda, por lo que vemos una "línea de absorción".
Fuera de las líneas de absorción, la opacidad fotosférica debe ser menor, pero distinta de cero. La opacidad principal aquí es causada por transiciones sin límites que involucran la H ion. Los electrones tienen un continuo de estados libres que pueden ocupar fuera de los iones y los átomos, por lo que tales procesos ocurren en un rango continuo de longitudes de onda. Lo contrario de estos procesos de absorción (es decir, emisión de enlace libre) es lo que proporciona un espectro de emisión continuo.
Por lo tanto, el espectro del Sol se debe al material a una variedad de temperaturas (por eso no es un cuerpo negro). Los fotones en las líneas de absorción (no son negros, solo débiles) se emiten a quizás 4500K, mientras que los fotones en el continuo provienen de regiones más calientes a quizás un poco más de 6000K.
Si no fuera por la H ion, el Sol parecería un poco más pequeño, más caliente y con líneas de absorción más profundas. Pero aún habría otros procesos libres o libres de límites ocurriendo en las capas más profundas y calientes del Sol que proporcionarían fuentes de absorción y emisión continuas.
HDE 226868
ProfRob
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