Неувязки солнечного возраста

[Альт]

Пишут везде  Солнце полжизни прожило. Но сожгло ведь всего четверть водорода. Противоречие, однако.

[xd]

Изучайте матчасть. Противоречия нет. Читайте книги по звёздной эволюции.

[Arton]

Солнце полжизни прожило. Но сожгло ведь всего четверть водорода

Современный химический состав Солнца:
Водород   73,46 %
Гелий   24,85 %
Проблема в том, что за половину своей жизни на главной последовательности, Солнце сожгло гораздо меньше водорода (сколько – вопрос отдельный), поскольку часть этого вещества досталась Солнцу изначально.

[Крупин]

Солнце полжизни прожило. Но сожгло ведь всего четверть водорода

Современный химический состав Солнца:
Водород   73,46 %
Гелий   24,85 %
Проблема в том, что за половину своей жизни на главной последовательности, Солнце сожгло гораздо меньше водорода (сколько – вопрос отдельный), поскольку часть этого вещества досталась Солнцу изначально.

      Именно этот состав и достался Солнцу по наследству, ибо это состав внешних, незатронутых ядерными реакциями солнечных слоёв. Ядерные реакции протекают на большой глубине, куда не простирается конвективная зона. Из-за этого, к примеру, стала возможной операция "Генезис" по установлению первичного состава солнечной системы:

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,85020.0/all.html

     Впрочем, "незначительное" изменение состава внешних слоёв всё-таки есть. Наиболее легкоразрушаемые дейтерий и литий расщеплялись даже на дне конвективной зоны. С этим связана некоторая интрижка - малая концентрация солнечного лития. Дело в том, что по расчётам литий всё-таки не должен был столь сильно сгореть. в некоторых звёздах, вроде бы аналогов Солнца по всем прочим позициям нормальное содержание лития, а в других аналогах - низкое, как и на Солнце. Причина до конца не ясна.

[Arton]

http://www.astronet.ru/db/msg/1171220/mashonkina.html

В самых старых звездах Галактики содержание металлов на три-четыре порядка ниже современного, но не нулевое! В квазарах, которые считаются зародышами галактик и которые образовались вскоре после начала расширения Вселенной, уже есть углерод, азот и другие элементы, и их содержания близки к современным в нашей Галактике! Существовала ли эпоха первичного звездного нуклеосинтеза, который привел к обогащению вещества металлами еще до формирования галактик, или космологические модели требуют доработки? Это серьезные вопросы для теории формирования звезд и галактик и космологии.

Из всего сказанного меня больше всего интересует как, без «оседания» тяжелых элементов в центральные зоны звезд, куда, якобы,

не простирается конвективная зона

этот факт логически объяснить.

[Dem]

этот факт логически объяснить.

для конвенции нужно, чтобы более горячий газ был легче менее горячего.
Но при том давлении - никакой разницы.

[Arton]

Горячая плазма всегда легче холодной на одной глубине, где давление одно.

[L_Pt]

Для конвекции нужно, чтобы изменение температур с глубиной было более интенсивным, чем при адиабатическом сжатии/расширении.

[Arton]

Много чего еще нужно.
Только вопрос о том, куда исчезают металлы в процессе старения звезд, так и остается открытым.

[L_Pt]

Достаточной разницы температур вполне хватит.

А вопрос не понятен, ибо металлы (в астрофизике это элементы от углерода и тяжелее) никуда не исчезают.

[Крупин]

Для конвекции нужно, чтобы изменение температур с глубиной было более интенсивным, чем при адиабатическом сжатии/расширении.

     Это в общем правильно. Но почему и в какой области Солнца создаются условия для конвекции?

     В маломассивных звёздах конвективная зона охватывает всю звезду, так что всё её вещество перемешивается. Поэтому из наблюдений (которым доступен лишь наружный слой - фотосфера, мы узнаём состав всей звезды. Но для звёзд солнечного типа это не так. Солнце устроено следующим образом:



     Ядерные превращения (водорода в гелий) идут лишь в самом центре Солнца. Поскольку Солнце стационарно, выделяющаяся энергия должна уносится наружу. Имеются два конкурирующих механизма: лучистый перенос (э-м излучение, кванты) и конвекция. В центральной зоне лучистый перенос эффективнее и конвекции нет. Снаружи лучистый перенос не справляется и происходит конвекция. Поскольку конвективная зона не перекрывается с реактивной, химсостав конвективной зоны, а следовательно фотосферы остаётся стабильным (до поры до времени - стадии Красного Гиганта).

[L_Pt]

Но почему и в какой области Солнца создаются условия для конвекции?

     В маломассивных звёздах конвективная зона охватывает всю звезду

Там где температура плазмы не слишком высока и металлы уже не полностью ионизированы. Соответственно, начинают активно поглощать рентген и ультрафиолет и плазма становится не слишком прозрачной.

Маломассивные звезды имеют существенно более низкие температуры недр.

[Крупин]

Но почему и в какой области Солнца создаются условия для конвекции?

     В маломассивных звёздах конвективная зона охватывает всю звезду

Там где температура плазмы не слишком высока и металлы уже не полностью ионизированы. Соответственно, начинают активно поглощать рентген и ультрафиолет и плазма становится не слишком прозрачной.

Маломассивные звезды имеют существенно более низкие температуры недр.

    Температура и в конвективной зоне (на дне) уже под миллион. А в Красных Гигантах конвективная зона распространяется до центра, а ведь там горячее, чем в центре Солнца.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%BE%D0%BD%D0%B0_%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B0

Основная статья: Звёздная эволюция
У звёзд главной последовательности, имеющих малую массу — красных карликов, зона конвекции занимает все пространство от ядра до фотосферы (лучистая зона отсутствует), поскольку давление в их недрах не может сжать вещество настолько, чтобы препятствовать его перемешиванию, и привести к возникновению зоны лучистого переноса. Лучистая зона по тем же причинам отсутствует и у молодых звёзд малой массы (до трёх масс Солнца), ещё не завершивших процесс гравитационного сжатия и находящихся на подходе к главной последовательности. У красных гигантов зона конвекции также простирается непосредственно до ядра.
У молодых звёзд промежуточной массы (от 2 до 8 массы Солнца) нет конвективных зон (происходит только лучистый перенос) вплоть до вступления на главную последовательность.
Звёзды типа Солнца и меньше имеют лучистое ядро и конвективную атмосферу, звёзды больше 1,4 массы Солнца имеют конвективное ядро и лучистую атмосферу].

[L_Pt]

Температура и в конвективной зоне (на дне) уже под миллион.

А энергия связи 1s электрона в атоме углерода – 490 эВ. В кислороде еще выше – 870 эВ и т.д.
Там не миллион, а несколько миллионов градусов надо для полной ионизации.

[Крупин]

     Так повторюсь, Красные Гиганты горячее Солнца, однако конвективная зона у них простирается до самого центра.

[Maxim Barkov]

Температура и в конвективной зоне (на дне) уже под миллион.

А энергия связи 1s электрона в атоме углерода – 490 эВ. В кислороде еще выше – 870 эВ и т.д.
Там не миллион, а несколько миллионов градусов надо для полной ионизации.

Вы не правы, Ионизация присходит гораздо раньше вашей оценки. Причем разница раз в 10.
К примеру звезда класса А, температура 10 000 К, но водород ионизован, причем энергия ионизации водорода 13.6 еВ = 150 000 К.

Про конвекцию вы оба правы, но каждый со своей стороны.
Главное: лучистый перенос должен создавать такой градиент (меленький) градиент температуры, чтобы не началось пермешивание.
Этому могут помешать 2 фактора
1) Высокая непрозрачность (маломассивные звезды)
2) Высокая светимость (массивные звезды и красные гиганты)

[L_Pt]

     Так повторюсь, Красные Гиганты горячее Солнца, однако конвективная зона у них простирается до самого центра.

Красные гиганты и светимость имеют в тысячи раз больше. Наверное, такие потоки энергии и создают разницу температур, и, соответственно, конвекцию.

[L_Pt]

Вы не правы, Ионизация присходит гораздо раньше вашей оценки. Причем разница раз в 10.
К примеру звезда класса А, температура 10 000 К, но водород ионизован, причем энергия ионизации водорода 13.6 еВ = 150 000 К.

Давление.

Когда оно меньше десятой доли бара, то водород почти полностью ионизируется и при 10 000К. При высоком давлении в недрах температура нужна на порядок больше.

[Крупин]

     Так повторюсь, Красные Гиганты горячее Солнца, однако конвективная зона у них простирается до самого центра.

Красные гиганты и светимость имеют в тысячи раз больше. Наверное, такие потоки энергии и создают разницу температур, и, соответственно, конвекцию.

    Так в этом и дело. Нельзя учитывать какой-то единственный фактор. Расположение конвективной границы зависит от многого. Ионизация зависит в большей степени от температуры, чем от давления. Разве что при крайне низкой плотности в планетарных туманностях газ многократно ионизуется из-за крайней редкости встречи атомов с электронами, но в звёздах иная ситуация.

     Зависимость есть и от мощности теплового потока и от давления и от степени ионизации. Но всё это загоняется в термин "непрозрачность". И эта непрозрачность очень сильно зависит от малейших примесей "металлов" - того, что тяжелее гелия. С этим связана весьма серьёзная проблема, недавно вскрывшаяся. Данные спектроскопии разошлись с данными гелиосейсмологии.

[Крупин]

     Если бы фотоны (рентгеновские там или гамма-кванты) свободно проходили из центра Солнца наружу, не было бы никакой конвективной зоны. Но реально они многократно переотражаются, переизлучаются, в общем совершают, так сказать, броуновское движение. И если таких переотражений будет очень много - больше некоторого критического значения, лучистый перенос не справится и роль переносчика тепла возьмёт конвекция. Ясно, что чем выше, скажем, давление, тем чаще будут такие блуждания. Но и от состава сильно зависит. Оказывается, тяжёлые элементы, которых набирается всего-то около процента кардинально влияют на непрозрачность.

    статья, например, на эту тему:

http://ru.iszf.irk.ru/images/e/ea/88-93%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%BA%D0%B0%D1%8F_16.pdf