¿Podemos calcular la temperatura media de la heliosfera?

Tengo entendido que uno puede medir la temperatura del universo midiendo la radiación de fondo cósmico de microondas. ¿Podríamos usar también este método para calcular la temperatura promedio de la heliosfera?

La temperatura promedio del universo supuestamente ha sido medida en 2.735 grados sobre el cero absoluto. Presumiblemente, esta medida tiene en cuenta las cantidades masivas de espacio 'vacío' que imagino que tiene un gran efecto en el número.

Mi pregunta: ¿Podemos medir la temperatura promedio de la heliosfera? Si es así, ¿qué es?

Esto podría ser bastante difícil de definir, ya que ¿cómo se determina cuándo termina nuestro sistema solar? Entonces, para el propósito de esta pregunta, se deben hacer las siguientes suposiciones:

  • La distancia desde el Sol hasta el borde de la heliosfera es de aproximadamente 100 AU (aproximadamente el tamaño de la heliosfera medido por la Voyager 1 ).
  • Suponga que la heliosfera es una esfera perfecta.
  • Supongamos que estamos midiendo la temperatura equivalente del cuerpo negro (ya que esto es lo que se midió para calcular la temperatura del universo).

Si no sabemos cómo medir esta temperatura promedio (lo cual es probable si no podemos diferenciar entre las microondas de dentro y fuera de la heliosfera), entonces, ¿cómo podríamos medir teóricamente este valor suponiendo un entorno perfecto?

Debe definir qué desea medir, ya que hay dos cosas que puede ver como "Temperatura": la temperatura equivalente del cuerpo negro para la radiación y la temperatura termodinámica estadística para las partículas.
@Envite Buen punto, la temperatura equivalente del cuerpo negro es lo que busco, editaré en

Respuestas (1)

La heliosfera se define principalmente por la región dominada por el viento solar contra el medio interestelar .

"El viento solar se divide en dos componentes, denominados respectivamente viento solar lento y viento solar rápido. El viento solar lento tiene una velocidad de unos 400 km/s, una temperatura de 1.4 – 1.6 × 10 6 k y una composición que coincide estrechamente con la corona. Por el contrario, el viento solar rápido tiene una velocidad típica de 750 km/s, una temperatura de 8 × 10 5 k y casi coincide con la composición de la fotosfera del Sol".

Por tanto, con 1 millón de Kelvin obtenemos una buena estimación de la temperatura media de la heliosfera.

La temperatura es la temperatura de congelación derivada de los estados de carga de iones de carbono medidos por SOHO . Por lo tanto, no es la temperatura del cuerpo negro, sino una definición razonable de temperatura para el viento solar.

"Las temperaturas coronales se deducen de las relaciones de densidad de los estados de carga adyacentes. La temperatura de congelación derivada de una relación de densidad dada es la temperatura de los electrones que reproduce esta relación en una situación estática. Para los estados de carga de hierro analizados, usamos las tasas de ionización y recombinación de Arnaud y Raymond [1992]". Más detalles sobre la medición de temperatura de SOHO aquí .

Si la heliosfera estuviera en el equilibrio termodinámico , de acuerdo con la ley de Planck o la ley de Wien , obtendría el pico a aproximadamente 3 nm, en el rango de rayos X suaves . Pero la suposición de equilibrio probablemente no se cumple.

Para el medio interestelar caliente se han ensayado medidas de radiación ultravioleta extrema ( CHIPSat ), algunas con éxito ( EUVE ). Por lo tanto, en un entorno ideal mediríamos la intensidad de la radiación en todo el espectro electromagnético, buscaríamos la intensidad máxima, aplicaríamos la ley de Wien y recuperaríamos la temperatura efectiva , que sería idéntica a la temperatura del cuerpo negro en un mundo ideal.

El plasma de la heliosfera es muy raro, por lo tanto, casi transparente. Por eso no sentimos ese calor de alrededor de 1 millón de grados. Las microondas juegan un papel menor en ese rango de temperatura.

En las páginas 42 y 47 de este estudio se muestra, por ejemplo, un perfil de temperatura de la corona solar y la heliosfera .

Es demasiado optimista esperar que el viento, que había estado viajando durante aproximadamente un año y expandiéndose al menos en un factor de 10 6 en volumen no se enfriaría adiabáticamente ni irradiaría la mayor parte de la energía.
@AlexeyBobrick Interactúa con el campo magnético del sol. Lo extraño comienza con la temperatura de la corona de un millón de Kelvin, aunque la superficie del Sol está por debajo de los 10.000 K. ¿De dónde viene el calor? El plasma no puede ser tratado como un gas. Tenemos datos de SOHO y Voyager. La velocidad de las partículas se ralentiza en la heliopausa por el gas interestelar ( voyager.jpl.nasa.gov/mission/interstellar.html ). Parece haber un límite nítido (no necesariamente convexo) entre la heliosfera y el espacio interestelar ( en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_wind_at_Voyager_1.png )
"Los cambios rápidos y constantes en la temperatura de congelación calculados a partir de cuatro pares de estados de carga de hierro confirman la estructura irregular de la corona con escalas de longitud de algunos 10 4 km y revelan la supervivencia de estas estructuras a partir de unos pocos radios solares a lo largo de I AU". del documento SOHO mencionado anteriormente. No puedo encontrar una pista para el enfriamiento adiabático o la pérdida neta de temperatura debido a la radiación, tan plausible como parece. .
Me parece que no diferencia entre el movimiento masivo del gas (plasma) y sus propiedades termodinámicas, por ejemplo, temperatura y densidad. El viento solar seguramente se expande hasta 100 AU, como ya se señaló en la pregunta, y probablemente mantiene la velocidad a granel bastante constante hasta que gradualmente se hace cargo el impacto de la colisión con ISM. Sin embargo, la temperatura bajará casi inmediatamente. Puede consultar la escala de tiempo de Kelvin-Helmholtz de un mol de gas ideal en un volumen razonable. El viento: 1) Se enfriará, 2) Posiblemente dejará de estar en equilibrio termodinámico.
Para la Voyager no tenemos mucho más que el movimiento masivo como idea aproximada. Es totalmente diferente para SOHO: no parece haber mucha diferencia de temperatura de congelación entre unos pocos radios solares y la órbita terrestre. La temperatura de congelación es mucho más baja que la temperatura equivalente de la energía cinética del movimiento a granel, pero aún así 10 6 K. Solo puedo suponer que la energía es intercambiada por electrones, que viajan mucho más rápido que los iones en el plasma, y ​​de esa manera conducen a un equilibrio basado en electrones, en lugar de fotones, alimentado por la energía del campo magnético. del sol.
Ver también Problema de calentamiento coronal: en.wikipedia.org/wiki/Sun#Coronal_heating_problem
Según el documento de SOHO que señaló, parece probable que, debido a la expansión, el tiempo de relajación del plasma se vuelva bastante rápido en comparación con las escalas de tiempo que lleva llegar a la Tierra y, por lo tanto, muy probablemente a la heliosfera. En este caso, el plasma simplemente se desacopla de cualquier termodinámica que ocurra dentro de la heliosfera y de cualquier temperatura asociada con ella, hasta que comienza a chocar con el ISM.
Entonces, dado lo dicho anteriormente, no creo que esta sea la respuesta correcta a la pregunta, si es que hay alguna. Sin embargo, hay una gran cantidad de fenómenos interesantes mencionados en su respuesta y comentarios.
¡Sí, gracias! La pregunta es realmente difícil de responder, porque contiene muchos supuestos implícitos que no concuerdan bien con la realidad o las definiciones habituales. Entonces, si tiene una idea para una mejor respuesta, siéntase libre de proporcionar una.
No estoy del todo contento con la pregunta para responderla. No hay una especificación clara para la temperatura que se solicita: ni la ubicación ni el componente están claramente especificados. Su respuesta es mucho más divertida en este sentido, eventualmente da una buena imagen de lo que está sucediendo.
¡Muchas gracias! Así que puede ser mejor, dejamos la respuesta como está.
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