Astronomie

Hmotnost potřebná pro určitý proces fúze

Hmotnost potřebná pro určitý proces fúze


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.

Předpokládejme, že máme model hustoty

$$ ρ = ρ_c (1-r / P) $$

kde $ ρ $ je hustota, $ {} _ c $ znamená centrální a $ R $ je hvězdný poloměr.

Pojmenujme teplotu, aby mohl začít proces fúze, $ T_f $.

Chci znát minimální hvězdnou hmotu, aby mohla začít určitá fúze. Udělal jsem několik předpokladů, například hodnoty X, Y a μ. Pokud tedy plyn není degenerativní a nerelativistický, máme

$$ P = dfrac {ρκΤ} {μm_h} $$

Ale nejsem si jistý, co dělat s tlakem. mám $ T, μ $, mohou získat $ ρ (M, R) $. Možná mohu použít virial?


Proces jaderné fúze

Hvězdy mají schopnost uvolňovat obrovské množství energie v důsledku jaderné fúze. Skutečné jádro hvězdy je intenzivní. Lži jsou extrémní tlaky a vysoké teploty až do patnácti milionů kelvinů. Jedná se o mimořádné události, které jsou nutné pro uskutečnění jaderné fúze. Jakmile je tento požadavek splněn, článek & # 8220 Nuclear Fusion in Stars & # 8220, uvádí UniverseToday & # 8220 Nuclear Fusion převádí atomy vodíku na atomy helia vícestupňovým procesem. & # 8221 Dokončení procesu vyžaduje dva atomy vodíku sloučit do atomu deuteria. Reakcí je extrémní množství energie uvolňované jako gama paprsky. Paprsky jsou absorbovány hvězdou a poté promítnuty mezi každý atom. K tomu dochází pouze u hvězd nižších než 1,5 hmotností Slunce U hvězd s vyšší hmotností existuje cyklus CNO (uhlík-dusík-kyslík). V tomto procesu čtyři protony fúzují za použití uhlíku, dusíku a kyslíku jako katalyzátoru. Hvězdy budou i nadále vydávat energii, dokud budou mít stále vodík, ale pokud jim dojde vodík, pak se fúzní reakce zastaví a hvězda se zmenší a zpětně poklesne teplota.

Byl jsem schopen propojit třináctý koncepční cíl s tímto článkem, & # 8220star životnosti a výroba energie & # 8221, pomocí konkrétní aktivity sešitu ve třídě. Název stránky s úkoly byl hvězdné útvary a životy a naučil mě hvězdy, které mají nízkou hmotnost, nakonec žijí déle než hvězdy, které mají vyšší hmotnost. Rovněž vyzdvihla raná stadia hvězdy, kde se mrak plynu a prachu spojil a vytvořil protostar. Gravitace bude dál působit na hvězdu, dokud teploty a tlak nedosáhnou vysokých úrovní, což způsobí jadernou fúzi, ale hnědé trpasličí hvězdy (nejmenší) se nedostanou tak daleko. Mohu odvodit, že proces jaderné fúze je urychlován hvězdami s vyšší hmotností, což vede k jejich předčasné smrti.

Jaderná fúze je klíčem k pochopení toho, proč některé hvězdy žijí déle než jiné. Nyní mám o procesu obecné znalosti a cítím se dobře informovaný, abych věděl, jak tento proces určuje život a velikost. Je také zajímavé vědět, že to je důvod, proč hvězdy produkují své zářivé světlo ve formě gama paprsků. Před tímto koncepčním cílem jsem absolutně nerozuměl tomu, proč některé hvězdy žijí déle než jiné, tato astronomická třída mi absolutně pomohla dozvědět se více o tom, co se děje v hlubokém vesmíru.


Přeměna hmoty na energii

Pozoruhodná ekvivalence mezi hmotou a energií je uvedena v jedné z nejslavnějších rovnic:

V této rovnici E znamená energii, m znamená hmotu a C, konstanta, která tyto dva souvisí, je rychlost světla (3 × 10 8 metrů za sekundu). Všimněte si, že hmotnost je měřítkem množství hmoty, takže význam této rovnice je, že hmotu lze převést na energii a energii lze převést na hmotu. Porovnejme tuto rovnici převodu hmoty a energie s některými běžnými převáděcími rovnicemi, které mají stejný tvar:

Stejně jako každý vzorec převodu umožňuje vypočítat převod jedné věci na druhou, když přeměňujeme hmotu na energii, uvažujeme, kolik hmoty hmota má. Ukazatel převodu v tomto případě není 12 ani 100, jako v našich příkladech, ale další konstantní veličina: rychlost světla na druhou. Všimněte si, že hmota nemusí cestovat rychlostí světla (nebo rychlostí světla na druhou), aby k této konverzi mohlo dojít. Faktor C 2 je jen číslo, které Einstein ukázal, že musí být použito k propojení hmoty a energie.

Všimněte si, že tento vzorec nám to neřekne jak přeměnit hmotu na energii, stejně jako vzorec pro centy nám neříká, kde vyměnit mince za dolarovou bankovku. Vzorce nám pouze řeknou, jaké jsou ekvivalentní hodnoty, pokud se nám podaří provést převod. Když Einstein v roce 1905 poprvé odvodil svůj vzorec, nikdo neměl nejmenší představu, jak přeměnit hmotu na energii jakýmkoli praktickým způsobem. Sám Einstein se snažil odradit spekulace, že v blízké budoucnosti bude proveditelná rozsáhlá přeměna atomové hmoty na energii. Dnes v důsledku vývoje jaderné fyziky pravidelně přeměňujeme hmotu na energii v elektrárnách, jaderné zbraně a experimenty fyziky s vysokou energií v urychlovačích částic.

Protože rychlost světla na druhou (C 2) je velmi velké množství, přeměna i malého množství hmoty vede k velmi velkému množství energie. Například úplná přeměna 1 gramu hmoty (asi 1/28 unce nebo přibližně 1 kancelářské sponky) by vyprodukovala tolik energie jako spálení 15 000 barelů ropy.

Vědci brzy zjistili, že přeměna hmoty na energii je zdrojem slunečního tepla a světla. S Einsteinovou rovnicí E = mc 2, můžeme vypočítat, že množství energie vyzařované Sluncem by mohlo být produkováno úplnou přeměnou asi 4 milionů tun hmoty na energii uvnitř Slunce každou sekundu. Zničení 4 milionů tun za sekundu zní ve srovnání s pozemskými věcmi hodně, ale mějte na paměti, že Slunce je velmi velkým rezervoárem hmoty. Ve skutečnosti uvidíme, že Slunce obsahuje více než dost hmoty na to, aby zničilo takové obrovské množství hmoty a stále pokračovalo v září současnou rychlostí po miliardy let.

Ale vědět vše, co nám to ještě neříká, nám neříká jak hmotu lze přeměnit na energii. Abychom pochopili proces, který ve skutečnosti probíhá na Slunci, musíme trochu dále prozkoumat strukturu atomu.

Albert Einstein

Po velkou část svého života, Albert Einstein (Obrázek 1), byl jednou z nejuznávanějších osobností své doby. Cizinci ho zastavili na ulici a lidé po celém světě ho žádali o souhlas, radu a pomoc. Když se Einstein a velká filmová hvězda Charlie Chaplin setkali v Kalifornii, zjistili, že sdílejí podobné pocity ze ztráty soukromí, které přicházejí se slávou. Einsteinovo jméno bylo běžným slovem navzdory skutečnosti, že většina lidí nerozuměla myšlenkám, které ho proslavily.

Einstein se narodil v roce 1879 v Ulmu v Německu. Podle legend se mu ve škole nedařilo (ani v aritmetice) a tisíce studentů se od té doby pokusily ospravedlnit špatnou známku odkazem na tento příběh. Bohužel, stejně jako mnoho legend, ani tato není pravdivá. Záznamy ukazují, že i když měl v Německu v té době tendenci se vzbouřit proti autoritářskému stylu výuky, byl Einstein dobrým studentem.

Po absolvování Federálního polytechnického institutu ve švýcarském Curychu měl Einstein zpočátku potíže se zaměstnáním (dokonce jako učitel na střední škole), ale nakonec se stal zkoušejícím ve Švýcarském patentovém úřadu. Ve svém volném čase, bez výhod univerzitního prostředí, ale s využitím své vynikající fyzické intuice, napsal v roce 1905 čtyři práce, které by nakonec změnily pohled fyziků na svět.

Jeden z nich, který v roce 1921 získal Einsteina Nobelovu cenu, byl součástí založení kvantová mechanika—Bohatá, záhadná a pozoruhodná teorie subatomové říše. Ale jeho nejdůležitější práce představila speciální teorie relativity, opětovné přezkoumání prostoru, času a pohybu, které našemu chápání těchto konceptů dodalo zcela novou úroveň propracovanosti. Známá rovnice E = mc 2 byla ve skutečnosti relativně malou částí této teorie, přidané v pozdějším článku.

V roce 1916 vydal Einstein svůj obecná teorie relativity, což byl mimo jiné zásadně nový popis gravitace (viz Černé díry a Zakřivený časoprostor). Když byla tato teorie potvrzena měřením ohybu & # 8220 ohybu hvězdného světla & # 8221 během zatmění roku 1919 (The New York Times číst titulek, & # 8220 Světla All Askew in the Heavens & # 8221), Einstein se stal světově proslulým.

V roce 1933 Einstein, aby unikl nacistickému pronásledování, opustil profesuru v Berlíně a usadil se ve Spojených státech v nově vytvořeném Institutu pro pokročilá studia v Princetonu. Zůstal tam až do své smrti v roce 1955, psal, přednášel a zastával různé intelektuální a politické příčiny. Například souhlasil s podepsáním dopisu Leo Szilarda a dalších vědců z roku 1939, který prezidenta Roosevelta varoval před nebezpečím, že by nacistické Německo mohlo nejprve vyvinout atomovou bombu. A v roce 1952 bylo Einsteinovi nabídnuto druhé prezidentství Izraele. Když odmítal pozici, řekl: „Vím něco málo o přírodě a stěží něco o mužích.“ # 8221

Obrázek 1. Albert Einstein (1879–1955): Tento portrét Einsteina byl pořízen v roce 1912. (zápočet: úprava díla J. F. Langhanse)


Obsah

Hlavní reakce jsou: [5]

12
6 C
+ 12
6 C
20
10 Ne
+ 4
2 On
+ 4,617 MeV
12
6 C
+ 12
6 C
23
11 Na
+ 1
1 H
+ 2,241 MeV
12
6 C
+ 12
6 C
23
12 Mg
+ 1 n 2 599 MeV
Alternativně:
12
6 C
+ 12
6 C
24
12 Mg
+
y
+ 13,933 MeV
12
6 C
+ 12
6 C
16
8 Ó
+ 2 4
2 On
- 0,113 MeV

Tuto sekvenci reakcí lze chápat tak, že dvě vzájemně se ovlivňující uhlíková jádra se spojí a vytvoří vzrušený stav jádra 24 Mg, které se pak rozpadne jedním z pěti výše uvedených způsobů. [6] První dvě reakce jsou silně exotermické, jak naznačují uvolněné velké pozitivní energie, a jsou nejčastějšími výsledky interakce. Třetí reakce je silně endotermická, což naznačuje velká negativní energie, která naznačuje, že energie je spíše absorbována než emitována. Díky tomu je ve vysokoenergetickém prostředí spalování uhlíku mnohem méně pravděpodobné, přesto je to stále možné. [5] Produkce několika neutronů touto reakcí je však důležitá, protože tyto neutrony se mohou kombinovat s těžkými jádry, která jsou ve většině hvězd přítomna v malém množství, za vzniku ještě těžších izotopů v s-procesu. [7]

Lze očekávat, že čtvrtá reakce bude nejběžnější z jejího velkého uvolňování energie, ale ve skutečnosti je extrémně nepravděpodobná, protože probíhá elektromagnetickou interakcí [5], protože produkuje foton gama záření, spíše než s využitím silné síly mezi nukleony stejně jako první dvě reakce. Nukleony vypadají navzájem mnohem větší než fotony této energie. 24 Mg produkovaný při této reakci je však jediným hořčíkem, který v jádru zbyl, když proces spalování uhlíku skončí, protože 23 Mg je radioaktivní.

Poslední reakce je také velmi nepravděpodobná, protože zahrnuje tři reakční produkty [5] a je také endotermická - pomyslete na opačnou reakci reakce, vyžadovalo by to, aby všechny tři produkty konvergovaly současně, což je méně pravděpodobné než interakce dvou těl.

Protony produkované druhou reakcí se mohou účastnit řetězové reakce proton-proton nebo cyklu CNO, ale mohou být také zachyceny 23 Na za vzniku 20 Ne plus 4 He jádra. [5] Ve skutečnosti se tak značná část 23 Na produkovaných druhou reakcí zvykne. [6] Ve hvězdách mezi 9 a 11 slunečními hmotami dokáže kyslík (O-16), který již byl vyroben fúzí hélia v předchozí fázi hvězdné evoluce, docela dobře přežít proces spalování uhlíku, přestože některé z nich spotřebovává zachycující jádra He-4. [1] [8] Konečným výsledkem spalování uhlíku je tedy směs hlavně kyslíku, neonu, sodíku a hořčíku. [3] [5]

Skutečnost, že součet hmotnostní energie dvou uhlíkových jader je podobný součtu excitovaného stavu jádra hořčíku, je známá jako „rezonance“. Bez této rezonance by ke spalování uhlíku došlo pouze při teplotách stokrát vyšších. Experimentální a teoretické zkoumání těchto rezonancí je stále předmětem výzkumu. [9] Podobná rezonance zvyšuje pravděpodobnost trojitého alfa procesu, který je zodpovědný za původní produkci uhlíku.

Ztráty neutrin se začínají stávat hlavním faktorem ve fúzních procesech hvězd při teplotách a hustotách spalování uhlíku. Ačkoli hlavní reakce nezahrnují neutrina, vedlejší reakce, jako je proton-protonová řetězová reakce, ano. Ale hlavní zdroj neutrin při těchto vysokých teplotách zahrnuje proces v kvantové teorii známý jako výroba párů. Vysokoenergetický gama paprsek, který má větší energii než zbytková hmotnost dvou elektronů (ekvivalence hmotnostní energie), může interagovat s elektromagnetickými poli atomových jader ve hvězdě a stát se dvojicí částic a anti-částice elektronu a pozitronu .

Za normálních okolností pozitron rychle zničí jiným elektronem, čímž vzniknou dva fotony, a tento proces lze bezpečně ignorovat při nižších teplotách. Ale asi 1 z 10 19 párových produkcí [2] končí slabou interakcí elektronu a pozitronu, která je nahrazuje neutrinovým a anti-neutrinovým párem. Jelikož se tyto neutrinové částice pohybují prakticky rychlostí světla a velmi slabě interagují s hmotou, obvykle unikají z hvězdy bez interakce a odnášejí svou hmotnou energii. Tato ztráta energie je srovnatelná s produkcí energie z fúze uhlíku.

Ztráty neutrina tímto a podobnými procesy hrají stále důležitější roli ve vývoji nejhmotnějších hvězd. Nutí hvězdu spalovat palivo při vyšší teplotě, aby je vyrovnala. [2] Fúzní procesy jsou velmi citlivé na teplotu, takže hvězda může produkovat více energie k udržení hydrostatické rovnováhy, za cenu stále rychlejšího spalování následných jaderných paliv. Fúze produkuje méně energie na jednotku hmotnosti, protože jádra paliva jsou těžší a jádro hvězdy se smršťuje a zahřívá při přechodu z jednoho paliva na druhé, takže oba tyto procesy také významně snižují životnost každého následného paliva spalujícího fúzi.

Až do stupně spalování hélia jsou ztráty neutrin zanedbatelné. Ale od fáze spalování uhlíku se zkrácení životnosti hvězd v důsledku ztráty energie ve formě neutrin zhruba shoduje se zvýšenou produkcí energie v důsledku výměny paliva a kontrakce jádra. Při postupných změnách paliva u nejhmotnějších hvězd dominuje zkrácení životnosti ztráty neutrin. Například hvězda 25 solárních hmot spaluje vodík v jádru po dobu 10 7 let, helium po dobu 10 6 let a uhlík pouze 10 3 roky. [10]

Během fúze hélia si hvězdy vytvářejí inertní jádro bohaté na uhlík a kyslík. Inertní jádro nakonec dosáhne dostatečné hmotnosti, aby se zhroutilo v důsledku gravitace, zatímco hořící helium se pohybuje postupně ven. Toto snížení objemu inertního jádra zvyšuje teplotu na teplotu vznícení uhlíku. To zvýší teplotu kolem jádra a umožní hoření helia ve skořápce kolem jádra. [11] Mimo to je další skořápka spalující vodík. Výsledné spalování uhlíku poskytuje energii z jádra k obnovení mechanické rovnováhy hvězdy. Rovnováha je však jen krátkodobá ve hvězdě 25 slunečních hmot, proces spotřebuje většinu uhlíku v jádru za pouhých 600 let. Doba trvání tohoto procesu se významně liší v závislosti na hmotnosti hvězdy. [12]

Hvězdy s hmotností nižší než 8–9 solárních hmot nikdy nedosahují dostatečně vysoké teploty jádra na spalování uhlíku, místo toho končí svůj život jako bílí trpaslíci uhlík-kyslík poté, co záblesky helia v plášti jemně vytlačí vnější obal v planetární mlhovině. [3] [13]

Ve hvězdách s hmotností mezi 8 a 12 slunečními hmotami je jádro uhlík-kyslík za degenerovaných podmínek a vznícení uhlíku probíhá v uhlíkový záblesk, který trvá jen milisekundy a naruší hvězdné jádro. [14] V pozdních stádiích tohoto jaderného spalování vyvinou mohutný hvězdný vítr, který rychle vysune vnější obal planetární mlhoviny a zanechá za sebou bílé trpasličí jádro O-Ne-Na-Mg o hmotnosti asi 1,1 sluneční hmoty. [3] Jádro nikdy nedosáhne dostatečně vysoké teploty pro další fúzní spalování těžších prvků než uhlík. [13]

Hvězdy více než 12 hmotností Slunce začínají spalovat uhlík v nedegenerovaném jádru [14] a po vyčerpání uhlíku pokračují procesem spalování neonů, jakmile kontrakce inertního (O, Ne, Na, Mg) jádra dostatečně zvýší teplotu . [13]


Jupiter má dalších 12 měsíců & # 33

Úžasný objev. Dva z měsíců byly dříve oznámeny, takže letos je opravdu deset nových a Jupiter přechází z 69 známých měsíců na 79 známých měsíců.

# 3 goodricke1

Kdy se tedy hrudka stane měsícem. zní to jako případ pro IAU.

# 4 ColoHank

Pokud by Měsíční koláč obíhal Jupiter, byl by považován za měsíc nebo jen za jiný nepoživatelný kus neurčitého složení?

# 5 Nicole Sharp

Kdy se tedy hrudka stane měsícem. zní to jako případ pro IAU.

Vskutku. Technicky může mít satelit libovolnou velikost. Dá se říci, že Saturn má miliony nebo více pravděpodobné miliardy satelitů. Naše vlastní planeta má tisíce. IAU by se pravděpodobně měla podívat na některé lepší definice.

Upraveno Nicole Sharp, 17. července 2018 - 11:34.

# 6 Nicole Sharp

Navrhoval bych, aby byl měsíc objektem na stabilní oběžné dráze. Většina satelitů obíhajících kolem naší planety je na pomalu se rozpadajících drahách. To platí i pro Phobos, který je zachyceným asteroidem, u kterého se očekává, že se za několik milionů let zřítí na Mars.

Další možnou definicí by mohl být věk satelitu, pokud obíhá od doby, kdy se formovala sluneční soustava, nebo jde o novější zachycení.

Upraveno Nicole Sharp, 17. července 2018 - 11:41.

# 7 russell23

# 8 Dave Mitsky

Na nově objevených satelitech Jovian je na těchto adresách URL více:

# 9 ILikePluto

Aktuální počet známých měsíců kolem každé planety:

# 10 Nicole Sharp

Aktuální počet známých měsíců kolem každé planety:

Rtuť: 0

Venuše: 0

Země: 1

Mars: 2

Jupiter: 79

Saturn: 62

Uran: 27

Neptun: 14

Pluto: 5

Eris: 1

Celkem: 191

Pluto a Eris jsou menší planety, stejně jako Ceres.

Ganymede i Titan jsou však větší než Merkur. V mnoha ohledech je zejména Joviánský systém jako miniaturní sluneční soustava. Samotná planeta Jupiter není tak daleko od toho, aby byla hnědou trpasličí hvězdou, pokud by měla jen trochu více hmoty k zapálení fúze (myslím, že k tomu mělo dojít v roce 2010: -o). Samotný Jupiter je natolik masivní, že naši sluneční soustavu lze místo toho snadno nazvat sluneční-joviánskou.

Upraveno Nicole Sharp, 18. července 2018 - 14:19.

# 11 russell23

Pluto a Eris jsou menší planety, stejně jako Ceres.

Ganymede i Titan jsou však větší než Merkur. V mnoha ohledech je zejména Joviánský systém jako miniaturní sluneční soustava. Samotná planeta Jupiter není tak daleko od toho, aby byla hnědou trpasličí hvězdou, pokud by měla jen trochu více hmoty k zapálení fúze (myslím, že k tomu mělo dojít v roce 2010: -o). Samotný Jupiter je natolik masivní, že naši sluneční soustavu lze místo toho snadno nazvat sluneční-joviánskou.

Ve skutečnosti je Jupiter docela daleko, než být hnědým trpaslíkem. Limit hoření deuteria je 13 hmot Jupitera. Jupiter by tedy musel být třináctkrát hmotnější, než by byl hnědý trpaslík, jak jej definuje IAU.

Definice hnědého trpaslíka (BD) IAU je však stejně nesmysl. Důvodem je to, že hnědí trpaslíci, jak je původně definoval Kumar v šedesátých letech, byla těla vytvořená hvězdnými mechanismy zhroucení plynu, která nezískala dostatečnou hmotnost k zahájení fúze vodíku v jádře.

Jupiter se netvořil jako hvězdný kolaps plynu. Místo toho se vytvořil „akumulací jádra“ na proto-planetárním disku kolem formujícího se Slunce. Při nárůstu jádra plynný gigant nejprve vytvoří jádro skály / ledu

10 hmot Země a poté začne zametat známou obálku H / He, která z ní dělá plynového obra.

Jedná se o dva různé formační mechanismy a ukázalo se, že tyto dva mechanismy mají překrývající se masový režim. Mechanismy kolapsu plynů vytvářejících hvězdy mohou tvořit BD tak malé jako 4 Jupiterovy hmoty, zatímco narůstání jádra může tvořit tělesa, která překračují limit hoření deuteria (13 Jupiterových hmot).

Limit deuteria je tedy užitečný pouze v tom, že jde o hmotnostní limit, který lze snadno identifikovat. Ale to nemá smysl, pokud jde o proces formování a fyzikální vlastnosti. Tělo větší než 13 hmot Jupitera se ve skutečnosti mohlo vytvořit na proto-planetárním disku, zatímco tělesa o velikosti 4 hmot Jupitera se mohla vytvořit jako hvězda.

To je problém v planetární taxonomii, který není diskutován zdaleka tak často jako celá debata o Plutu. Ale je to významné.

IAU tvrdohlavě odmítá použít formační mechanismus k definování rozdílu mezi BD a obří planetou, protože tvrdí, že je příliš těžké určit s jistotou, jakým mechanismem by se mohlo vytvořit konkrétní hmotné těleso 4–60 Jupiteru. A přesto, jak bylo původně koncipováno, nemůžete diskutovat o tom, co představuje BD, bez zahrnutí mechanismu formace.

A mezi těmito dvěma typy objektů by měly být fyzické rozdíly. Zejména tvorba na proto-planetárním disku povede k tomu, že plynný obr bude mít obohacení těžkých prvků ve srovnání s mateřskou hvězdou (těžký prvek zde znamená něco těžšího než prvky helia nebo Z & gt2, kde „Z“ představuje atomové číslo), kde jako hnědá trpaslík by měl mít obsah těžkých prvků podobný hvězdě společníka.

Další otázka - jak nazýváme těla obíhající kolem hnědých trpaslíků? Jsou to planety nebo měsíce? Mechanismus formování studny nás poučuje, zatímco limit hoření deuteria ne. Pokud definujeme hnědé trpaslíky jako ta subhvězdná tělesa, která se vytvořila z kolapsu plynu, pak by tělo obíhající kolem hnědého trpaslíka, které se vytvořilo v proto-planetárním disku kolem BD (toto bylo pozorováno), by byla planeta - ne měsíc.

Myslím, že to je podle mého názoru nejzásadnější při řešení dilematu taxonomie hnědého trpaslíka - obří planety. Vzhledem k tomu, že dolní hmotnostní limit pro tělesa vytvořená z kolapsu plynu je 4 hmotnosti Jupitera, pak by to měl být také spodní hmotnostní limit pro hnědé trpaslíky. Všechna sférická tělesa menší než 4 Jupitery jsou planety. Těla mezi 4 a 60 hmotami Jupiteru mohou být hnědí trpaslíci nebo plynné obří planety v závislosti na mechanismu formování. IAU chce jediný limit čisté hmotnosti, který by rozdělil obří planety od hnědých trpaslíků, ale překrývající se masový režim pro kolaps plynu a mechanismy tvorby akrečního jádra zaručuje, že to není možné. Mechanismus formování je příliš důležitým konceptem, než aby byl ignorován. Jelikož pozorování v budoucnu umožňují jistější přiřazení formačního mechanismu, mohou astronomové vložit 4–60 těles Jupitera do správného „koše“.

Navrhl jsem hmotnostní stupnici k oddělení těles na základě vztahů hmotnostní poloměr a hmotnostní hustota a charakteristik těles sluneční soustavy. Stupnice zahrnuje 5 hmotnostních tříd:

P1 -> 4–60 hmotností Jupitera. Tato třída zahrnuje těla, která jsou plynovými obry nebo hnědými trpaslíky v závislosti na mechanismu formování.

P2 -> 0,2-4 hmotnosti Jupiteru. Tato třída je většinou plynovými obry, ale může zahrnovat několik supermasivních ledových gigantů. Dolní hmotnostní limit je založen na posunu sklonu vztahů hmotnostní poloměr a hmotnostní hustota.

P3 -> 6–60 hmotností Země. Tato třída zahrnuje směs ledových gigantů, mini-plynných gigantů, superzemských a dalších neobvyklých tříd složení, které mohou být směsí horniny, ledu a plynu.

P4 -> 0,05 - 6 hmot Země. Tato třída je místem, kde lze nalézt většinu pozemských planet s čistou horninou, ale bude také zahrnovat některé planety s horninami / ledy. Horní hmotnostní limit je zde opět identifikován ze vztahu hmotnostního poloměru. Většina planet s poloměrem Země <1,5

6 hmot Země) jsou pozemské a postrádají obálku H / He. Dolní hmotnostní limit je těsně pod hmotou Merkuru. Většina (ne všechna) tělesa ve sluneční soustavě nejsou čistá hornina, ale směs rock / led.

P5 -> 3,7 x 10 19 kg na 0,05 hmotností Země. Tato třída je většinou tělesa, která mají směs rock / led, včetně sférických ledových měsíců a trpasličích planet.

Hmotnostní třídy jsou založeny na fyzikálních kritériích a mají tendenci shlukovat planety do skupin s menším rozsahem typů složení, ale nevyžadují, aby planeta v hmotné třídě měla jediné konkrétní složení.

# 12 Nicole Sharp

Ve skutečnosti je Jupiter docela daleko, než být hnědým trpaslíkem. Limit hoření deuteria je 13 hmot Jupitera. Jupiter by tedy musel být třináctkrát hmotnější, než by byl hnědý trpaslík, jak jej definuje IAU.

Definice hnědého trpaslíka (BD) IAU je však stejně nesmysl. Důvodem je to, že hnědí trpaslíci, jak je původně definoval Kumar v šedesátých letech, byla těla vytvořená hvězdnými mechanismy zhroucení plynu, která nezískala dostatečnou hmotnost k zahájení fúze vodíku v jádře.

Jupiter se netvořil jako hvězdný kolaps plynu. Místo toho se vytvořil „akumulací jádra“ na proto-planetárním disku kolem formujícího se Slunce. Při nárůstu jádra plynný gigant nejprve vytvoří jádro skály / ledu

10 hmot Země a poté začne zametat známou obálku H / He, která z ní dělá plynového obra.

Jedná se o dva různé formační mechanismy a ukázalo se, že tyto dva mechanismy mají překrývající se masový režim. Mechanismy kolapsu plynů vytvářejících hvězdy mohou tvořit BD tak malé jako 4 Jupiterovy hmoty, zatímco narůstání jádra může tvořit tělesa, která překračují limit hoření deuteria (13 Jupiterových hmot).

Limit deuteria je tedy užitečný pouze v tom, že jde o hmotnostní limit, který lze snadno identifikovat. Ale to nemá smysl, pokud jde o proces formování a fyzikální vlastnosti. Tělo větší než 13 hmot Jupitera se ve skutečnosti mohlo vytvořit na proto-planetárním disku, zatímco tělesa o velikosti 4 hmot Jupitera se mohla vytvořit jako hvězda.

To je problém v planetární taxonomii, který není diskutován zdaleka tak často jako celá debata o Plutu. Ale je to významné.

IAU tvrdohlavě odmítá použít formační mechanismus k definování rozdílu mezi BD a obří planetou, protože tvrdí, že je příliš těžké určit s jistotou, jakým mechanismem by se mohlo vytvořit konkrétní hmotné těleso 4–60 Jupiterů. A přesto, jak bylo původně koncipováno, nemůžete diskutovat o tom, co představuje BD, bez zahrnutí mechanismu formace.

A mezi těmito dvěma typy objektů by měly být fyzické rozdíly. Zejména tvorba na proto-planetárním disku povede k tomu, že plynný obr bude mít obohacení těžkých prvků vzhledem k mateřské hvězdě (těžký prvek zde znamená něco těžšího než prvky helia nebo Z & gt2, kde „Z“ představuje atomové číslo), kde jako hnědá trpaslík by měl mít obsah těžkých prvků podobný hvězdě společníka.

Další otázka - jak nazýváme těla obíhající kolem hnědých trpaslíků? Jsou to planety nebo měsíce? Mechanismus tvorby studny nás poučuje, zatímco limit hoření deuteria ne. Pokud definujeme hnědé trpaslíky jako ta subhvězdná tělesa, která se vytvořila z kolapsu plynu, pak tělo obíhající kolem hnědého trpaslíka, které se vytvořilo v proto-planetárním disku kolem BD (toto bylo pozorováno), by byla planeta - ne měsíc.

Myslím, že to je podle mého názoru nejzásadnější při řešení dilematu taxonomie hnědého trpaslíka - obří planety. Vzhledem k tomu, že spodní hmotnostní limit pro tělesa vytvořená kolapsem plynu je 4 hmotnosti Jupitera, pak by to měl být také spodní hmotnostní limit pro hnědé trpaslíky. Všechna sférická tělesa menší než 4 Jupitery jsou planety. Těla mezi 4 a 60 hmotami Jupitera mohou být hnědí trpaslíci nebo plynné obří planety v závislosti na mechanismu formování. IAU chce jediný limit čisté hmotnosti, který by rozdělil obří planety od hnědých trpaslíků, ale překrývající se masový režim pro kolaps plynu a mechanismy tvorby akrečního jádra zaručuje, že to není možné. Mechanismus formování je příliš důležitým konceptem, než aby byl ignorován. Jelikož pozorování v budoucnu umožňují jistější přiřazení formačního mechanismu, mohou astronomové vložit 4–60 těles Jupitera do správného „koše“.

Navrhl jsem hmotnostní stupnici k oddělení těles na základě vztahů hmotnostní poloměr a hmotnostní hustota a charakteristik těles sluneční soustavy. Stupnice zahrnuje 5 hmotnostních tříd:

P1 -> 4–60 hmotností Jupitera. Tato třída zahrnuje těla, která jsou plynovými obry nebo hnědými trpaslíky v závislosti na mechanismu formování.

P2 -> 0,2-4 hmotnosti Jupiteru. Tato třída je většinou plynových gigantů, ale může zahrnovat několik supermasivních ledových gigantů. Dolní hmotnostní limit je založen na posunu sklonu vztahů hmotnostní poloměr a hmotnostní hustota.

P3 -> 6–60 hmotností Země. Tato třída zahrnuje směs ledových gigantů, mini-plynných gigantů, superzemských a dalších neobvyklých tříd složení, které mohou být směsí horniny, ledu a plynu.

P4 -> 0,05 - 6 hmot Země. Tato třída je místem, kde lze nalézt většinu pozemských planet s čistou horninou, ale bude zahrnovat i některé planety z hornin / ledů. Horní hmotnostní limit je zde opět identifikován na základě vztahu hmotnost-poloměr. Většina planet s poloměrem Země <1,5

6 hmot Země) jsou pozemské a postrádají obálku H / He. Dolní hmotnostní limit je těsně pod hmotou Merkuru. Většina (ne všechna) tělesa ve sluneční soustavě nejsou čistá hornina, ale směs rock / led.

P5 -> 3,7 x 10 19 kg na 0,05 hmotností Země. Tato třída je většinou tělesa, která mají směs rock / led, včetně sférických ledových měsíců a trpasličích planet.

Hmotnostní třídy jsou založeny na fyzikálních kritériích a mají tendenci shlukovat planety do skupin s menším rozsahem typů složení, ale nevyžadují, aby planeta v hmotné třídě měla jediné konkrétní složení.

Po přečtení na Wikipedii zjevně existuje celá třída objektů zvaných „subhnědí trpaslíci“ s hmotami tak malými jako jedna hmota Jupitera, které astronomové nedokážou zjistit, jestli jsou to hvězdy nebo planety.

Ale 13 Joviánských hmot k zapálení fúze je pouze 0,01 hmotností Slunce, což je velmi malé dodatečné množství hmoty potřebné k tomu, aby se naše sluneční soustava vytvořila se dvěma hvězdami místo jedné.

Určování toho, jak vytvořený objekt nemusí být dokonalým kvalifikátorem. Nedávno jsem četl článek, že řada objektů v naší sluneční soustavě se v naší sluneční soustavě možná vůbec nevytvořila. Vesmír může být docela špinavý a mezi hvězdnými systémy existuje více interakcí, než by si člověk myslel.


Kombinace nebo fúze tří alfa částic (heliová jádra 4 He) za vzniku uhlíkového jádra (12 C) je známá jako trojitý alfa proces.

  • Proces fúze není vůbec jednoduchý, protože neexistuje stabilní konfigurace s atomovou hmotou 8 (8 Be), která by vznikla fúzí dvou 4 He jader. Životnost 8 Be je velmi krátká 3 & # 215 10 - 16 sekund.
  • Pokud je však toto nestabilní jádro 8 Be zasaženo dalšími 4 He jádry, je možné vytvořit 12 C (a paprsek gama). K tomu může dojít, protože životnost 8 Be je ve skutečnosti delší než průměrná doba kolize nebo rozptylu jader helia při teplotách kolem 108 K, které jsou potřebné k tomu, aby tento fúzní proces pokračoval. V roce 1952 Edwin Salpeter navrhl tento proces jako způsob vytvoření 12 ° C.
  • Not long afterwards Fred Hoyle suggested that the fusion of 8 Be and 4 He would be greatly enhanced if the 12 C nucleus possessed an energy level near to the combined energies of the two nuclei involved. The subsequent reaction would then be a resonant reaction. This resonant energy level was found by experiments at the Kellogg Radiation Laboratory at CalTech.

The triple alpha process will occur in red giant stars that have left the main sequence (and have consumed their core hydrogen) and have core temperatures of 10 8 K and higher. Once 12 C has been formed it is possible with temperatures around 6 × 10 8 K to continue forming heavier nuclei by the combination of two 12 C nuclei to make 16 O , 20 Ne, 24 Mg and with temperatures around 10 9 K the combination of two 16 O nuclei can make 28 Si, 31 P, 31 S and 32 S.

Study Astronomy Online at Swinburne University
All material is © Swinburne University of Technology except where indicated.


Nuclear Reactions in the Sun’s Interior

The Sun , then, taps the energy contained in the nuclei of atoms through nuclear fusion . Let’s look at what happens in more detail. Deep inside the Sun, a three-step process takes four hydrogen nuclei and fuses them together to form a single helium nucleus. The helium nucleus is slightly less massive than the four hydrogen nuclei that combine to form it, and that mass is converted into energy.

The initial step required to form one helium nucleus from four hydrogen nuclei is shown in Figure 16.6. At the high temperatures inside the Sun’s core, two protons combine to make a deuterium nucleus, which is an isotope (or version) of hydrogen that contains one proton and one neutron. In effect, one of the original protons has been converted into a neutron in the fusion reaction. Electric charge has to be conserved in nuclear reactions, and it is conserved in this one. A positron (antimatter electron) emerges from the reaction and carries away the positive charge originally associated with one of the protons.

Figure 16.6. This is the first step in the process of fusing hydrogen into helium in the Sun. High temperatures are required because this reaction starts with two hydrogen nuclei, which are protons (shown in blue at left) that must overcome electrical repulsion to combine, forming a hydrogen nucleus with a proton and a neutron (shown in red). Note that hydrogen containing one proton and one neutron is given its own name: deuterium. Also produced in this reaction are a positron, which is an antielectron, and an elusive particle named the neutrino.

Since it is antimatter, this positron will instantly collide with a nearby electron, and both will be annihilated, producing electromagnetic energy in the form of gamma-ray photons. This gamma ray, which has been created in the center of the Sun, finds itself in a world crammed full of fast-moving nuclei and electrons. The gamma ray collides with particles of matter and transfers its energy to one of them. The particle later emits another gamma-ray photon, but often the emitted photon has a bit less energy than the one that was absorbed.

Such interactions happen to gamma rays again and again and again as they make their way slowly toward the outer layers of the Sun, until their energy becomes so reduced that they are no longer gamma rays but X-rays (recall what you learned in The Electromagnetic Spectrum). Later, as the photons lose still more energy through collisions in the crowded center of the Sun, they become ultraviolet photons.

By the time they reach the Sun’s surface, most of the photons have given up enough energy to be ordinary light—and they are the sunlight we see coming from our star. (To be precise, each gamma-ray photon is ultimately converted into many separate lower-energy photons of sunlight.) So, the sunlight given off by the Sun today had its origin as a gamma ray produced by nuclear reactions deep in the Sun’s core. The length of time that photons require to reach the surface depends on how far a photon on average travels between collisions, and the travel time depends on what model of the complicated solar interior we accept. Estimates are somewhat uncertain but indicate that the emission of energy from the surface of the Sun can lag its production in the interior by 100,000 years to as much as 1,000,000 years.

In addition to the positron, the fusion of two hydrogen atoms to form deuterium results in the emission of a neutrino . Because neutrinos interact so little with ordinary matter, those produced by fusion reactions near the center of the Sun travel directly to the Sun’s surface and then out into space, in all directions. Neutrinos move at nearly the speed of light, and they escape the Sun about two seconds after they are created.

Figure 16.7. This is the second step of the proton-proton chain, the fusion reaction that converts hydrogen into helium in the Sun. This step combines one hydrogen nucleus, which is a proton (shown in blue), with the deuterium nucleus from the previous step (shown as a red and blue particle). The product of this is an isotope of helium with two protons (blue) and one neutron (red) and energy in the form of gamma-ray radiation.

The second step in forming helium from hydrogen is to add another proton to the deuterium nucleus to create a helium nucleus that contains two protons and one neutron (Figure 16.7). In the process, some mass is again lost and more gamma radiation is emitted. Such a nucleus is helium because an element is defined by its number of protons any nucleus with two protons is called helium. But this form of helium, which we call helium-3 (and write in shorthand as 3 He) is not the isotope we see in the Sun’s atmosphere or on Earth. That helium has two neutrons and two protons and hence is called helium-4 ( 4 He).

To get to helium-4 in the Sun, helium-3 must combine with another helium-3 in the third step of fusion (illustrated in Figure 16.8). Note that two energetic protons are left over from this step each of them comes out of the reaction ready to collide with other protons and to start step 1 in the chain of reactions all over again.

Figure 16.8. This is the third step in the fusion of hydrogen into helium in the Sun. Note that the two helium-3 nuclei from the second step (see [link]) must combine before the third step becomes possible. The two protons that come out of this step have the energy to collide with other protons in the Sun and start step one again.

Poznámky

  • The reactor room contains extremely high levels of radiation.
  • If one chooses to have Allie follow them, she will come equipped with a hooded cleanroom suit and an Institute pistol. She can neither sneak nor leave the Mass Fusion building and is essential for the duration of the quest. This provides fire support in the building, and she will also advise the player character on how to retrieve the agitator.
  • Any active companion will join the player character in the Mass Fusion executive suite during this mission, despite none of them (save for X6-88) having any means of following them into the Institute and from there to the roof of the building. The sole exception is Danse, who will either be hostile at the next encounter as all Brotherhood members will or if Blind Betrayal has been completed, leave for one of the settlements and thereafter be unable to be interacted with except for trading items and assignment to tasks/relocation to other settlements with the workshop menu (like an ordinary settler).
  • Completing this quest on the Institute's side, and thus becoming an enemy of the Brotherhood of Steel, is required to maintain one's cover and successfully complete the Railroad main questline.
  • If one has begun The Nuclear Option (Railroad) after completing Rockets' Red Glare, two Railroad agents will be standing on the roof when the player character relays to the normally inaccessible Mass Fusion executive suite, having been spawned for the sequence where the player character activates the detonator and destroys the Institute. If Allie is accompanying the player character, she will engage and kill them, but they will not engage her. The agents wear Mark I Railroad armor regardless of one's level.
  • As of patch 1.2, it is impossible to inform Proctor Ingram of the Institute's plans while Tactical Thinking is active, thus making it impossible to start Spoils of War before completing Tactical Thinking and destroying the Railroad. If she is spoken to, she will simply direct the player character to Captain Kells.
    • On PC the console can be used to complete Tactical Thinking by entering "setstage 00107a1c 255" and still have friendly relations with the Railroad. After this Proctor Ingram will allow Spoils of War to start normally when spoken to.
    • If Blind Betrayal has not been turned in to Elder Maxson, Tactical Thinking will not start. Thus, it is possible to start Spoils of War without finishing Tactical Thinking as long as that quest has not been added to the journal in the first place. However, Elder Maxson will move into his room then, making Blind Betrayal unable to finish.

    Glosář

    Štěpení

    breaking up of heavier atomic nuclei into lighter ones

    Fúze

    building up of heavier atomic nuclei from lighter ones

    Neutrino

    fundamental particle that has no charge and a mass that is tiny relative to an electron it rarely interacts with ordinary matter and comes in three different types

    Pozitron

    particle with the same mass as an electron, but positively charged

    Proton-proton chain

    series of thermonuclear reactions by which nuclei of hydrogen are built up into nuclei of helium


    Mass required for a certain fusion process - Astronomy

    Fusion is the process that powers the sun and the stars. Jedná se o reakci, při které se dva atomy vodíku spojí dohromady nebo se spojí a vytvoří atom helia. In the process some of the mass of the hydrogen is converted into energy. The easiest fusion reaction to make happen is combining deuterium (or “heavy hydrogen) with tritium (or “heavy-heavy hydrogen”) to make helium and a neutron. Deuterium is plentifully available in ordinary water. Tritium can be produced by combining the fusion neutron with the abundant light metal lithium. Thus fusion has the potential to be an inexhaustible source of energy.

    To make fusion happen, the atoms of hydrogen must be heated to very high temperatures (100 million degrees) so they are ionized (forming a plasma) and have sufficient energy to fuse, and then be held together i.e. confined, long enough for fusion to occur. The sun and stars do this by gravity. More practical approaches on earth are magnetic confinement, where a strong magnetic field holds the ionized atoms together while they are heated by microwaves or other energy sources, and inertial confinement, where a tiny pellet of frozen hydrogen is compressed and heated by an intense energy beam, such as a laser, so quickly that fusion occurs before the atoms can fly apart.

    Koho to zajímá? Scientists have sought to make fusion work on earth for over 40 years. If we are successful, we will have an energy source that is inexhaustible. One out of every 6,500 atoms of hydrogen in ordinary water is deuterium, giving a gallon of water the energy content of 300 gallons of gasoline. In addition, fusion would be environmentally friendly, producing no combustion products or greenhouse gases. While fusion is a nuclear process, the products of the fusion reaction (helium and a neutron) are not radioactive, and with proper design a fusion power plant would be passively safe, and would produce no long-lived radioactive waste. Design studies show that electricity from fusion should be about the same cost as present day sources.

    We’re getting close! While fusion sounds simple, the details are difficult and exacting. Heating, compressing and confining hydrogen plasmas at 100 million degrees is a significant challenge. It has taken a lot of science and engineering research to get fusion developments to where they are today. Both magnetic and inertial fusion programs are conducting experiments to develop a commercial application. If all goes well, commercial application should be possible by about 2020, providing humankind a safe, clean, inexhaustible energy source for the future.