Avremmo più di 8 minuti di luce se il sole "uscisse"?

La teoria comune è che se il Sole "si spegnesse", vedremmo la luce per altri otto minuti (il tempo impiegato dai fotoni per raggiungere la Terra).

Tuttavia, recentemente ho letto che i fotoni hanno bisogno di circa 100.000 anni per raggiungere la Terra, poiché le reazioni si verificano nel nucleo del Sole e i raggi gamma non possono lasciare il Sole senza interagire con altre particelle, a differenza dei neutrini per esempio.

Questa teoria è corretta? Se il nucleo del Sole si "spegnesse", continueremmo a ricevere fotoni (luce) per altri 100000 anni, con la scomparsa immediata dei soli neutrini?

the-sun photons

— pečoler urbano
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Sarebbe meglio chiedere solo se (e perché) la luce si suppone di prendere così tanto tempo per raggiungere la superficie del Sole dal nucleo. Chiedere di usare l'approccio "che cosa succede se accadesse qualcosa di impossibile" tende a scoraggiare le persone su siti scientifici come questo.

— StephenG,

D'altra parte, le persone con una mentalità scientifica tendono ad apprezzare l'apprendimento della verità su qualcosa (e spesso anche l'educazione degli altri).

— Ryan,

"i fotoni hanno bisogno di circa 100000 anni per raggiungere la Terra" . È un po 'fuorviante. Sì, ci vuole molto tempo affinché l'energia viaggi dal nucleo solare alla fotosfera, ma nessun singolo fotone trascorre 100.000 anni viaggiando attraverso il Sole. Vedi astronomy.stackexchange.com/a/33447/16685

— PM 2Ring

Anche nella "teoria" il comportamento atteso è che il Sole non esiste più all'istante, quindi presumibilmente anche i fotoni al suo interno che stavano cercando di scappare non esistono più. Se questo è il caso, semplicemente diventerebbe buio, 8 minuti dopo sulla terra. (ignorando il fatto che i fotoni non esistono esattamente quando sono "intrappolati")

— djsmiley2k - CoW

Si prega di definire "uscito" e "spegnere". Se il sole stesso fosse stato cancellato dall'esistenza, allora sì, avremmo ancora 8 minuti di luce. Se il nucleo del Sole "semplicemente" si spegnesse, ci vorrebbe molto tempo prima che questo si propaghi in superficie.

— MonkeyZeus,

Risposte:

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Se la fusione nucleare si fermasse improvvisamente nel centro del Sole, l'unica chiara firma che avremmo di questo è la mancanza di neutrini rilevabili ricevuti sulla Terra, a partire da circa 8 minuti dopo la cessazione delle reazioni. Il Sole tuttavia continuerebbe a brillare per decine di milioni di anni a circa la sua attuale luminosità.

La fonte di alimentazione non è fotoni "memorizzati". Il Sole stesso riprenderebbe semplicemente la lenta contrazione gravitazionale che si è fermata circa 4,5 miliardi di anni fa, quando i tassi di reazione nucleare al centro erano in grado di aumentare sufficientemente per fornire le perdite radiative dalla superficie del Sole.

τ_{K H} = \frac{G M^{2}}{R L},

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

Mentre ciò accade, il Sole manterrà approssimativamente la sua attuale luminosità, ma diminuirà nel raggio, il che significa che la sua temperatura superficiale aumenterebbe.

Una volta che il Sole si fosse contratto per un paio di volte le dimensioni di Giove (quindi circa il 30% del suo raggio attuale), la contrazione avrebbe iniziato a rallentare, perché gli elettroni nel nucleo si degeneravano e la pressione aumenta con la densità di più del previsto per un gas perfetto. La contrazione rallentata riduce il tasso di potenziale rilascio di energia e quindi la luminosità solare. La contrazione continua a bassa velocità fino a quando il Sole diventa un "nano bianco d'idrogeno" caldo alcune volte più grande della Terra, che poi si raffredda in una cenere incandescente, senza ulteriore contrazione, per miliardi di anni (vedi Cosa sarebbe il Sole essere come se le reazioni nucleari non potessero procedere attraverso il tunneling quantistico? per qualche dettaglio in più).

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} =

$\tau_{\rm therm}=$

D'altra parte, se il tuo scenario è solo che la luce del Sole smette di essere emessa, ovviamente si oscura sulla Terra circa 8 minuti dopo.

— Rob Jeffries
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Anche se dovessi in qualche modo riuscire a fermare anche la contrazione gravitazionale, il Sole è piuttosto caldo - ~ 5800 K in "superficie" fino a! 15 milioni di K al centro. Ci vorrebbe un po 'di tempo per raffreddarsi.

— jamesqf

@ nick012000 la tua domanda è mal definita e i tempi sono approssimativi. non ho detto che il Sole impiegherebbe 40 milioni di anni per smettere di brillare. Ho detto che ci sarebbero voluti 40 milioni di anni per irradiare la sua attuale energia termica alla sua attuale luminosità. Se il Sole si raffreddasse a raggio costante, quella scala temporale aumenterebbe, perché la luminosità diminuirebbe notevolmente. Il Sole splenderebbe in qualche modo per miliardi di anni. Possiamo usare nani bianchi come modello qui. I nani bianchi più vecchi sono ancora più caldi di 3000 K.

— Rob Jeffries,

Questa è una lettura affascinante!

— Hanky Panky,

@stripybadger È come avere un serbatoio molto grande di acqua calda e quindi non doversi preoccupare della fornitura di combustibile per riscaldamento.

— Rob Jeffries,

@ PeterA.Schneider non può verificarsi un "collasso" perché l'energia termica non può essere ignorata, deve essere irradiata dalla superficie. Il "collasso del nucleo", che avvia una supernova, può avvenire solo perché (I) c'è un enorme assorbimento di energia termica (disintegrazione dei nuclei di ferro e neutronizzazione) e (II) la maggior parte dell'energia può sfuggire attraverso l'emissione di neutrini. Nessuno di questi è importante al sole.

— Rob Jeffries,

La "teoria comune" che stai leggendo non riguarda i processi che producono luce nelle stelle, è solo intesa come una dimostrazione della velocità della luce attraverso lo spazio. Quando parla del "spegnimento" del Sole, non sta parlando dell'arresto dei processi di fusione nucleare, significa che il Sole nel suo insieme smette di brillare. Non sono un fisico, ma non credo che ci sia qualcosa che potrebbe effettivamente causare questo in un momento improvviso, in modo tale da poter misurare la differenza di tempo di 8 minuti per gli ultimi fotoni che raggiungono la Terra.

È solo un esperimento mentale, che utilizza una descrizione semplificata di un evento impossibile, per chiarire alcuni altri processi. In questo modello, il Sole emette luce o no, e stiamo misurando il tempo da quando ha cambiato quello stato; non ci preoccupiamo di ciò che fanno i fotoni prima che vengano emessi dal Sole (non più che misurare il tempo che la luce viaggia da una lampadina si preoccupa di come è stata prodotta l'elettricità che ha alimentato la lampadina - potremmo misurare che tutti i ritorno ai dinosauri che muoiono e alla fine si trasformano in combustibili fossili che sono stati utilizzati nella centrale elettrica, o anche più indietro per l'energia solare che ha alimentato la vita sulla terra).

— Barmar
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