Являются ли фотосферы звёзд-гигантов однородными сферами?

[Константин ВАРБ]

Являются ли фотосферы звёзд-гигантов однородными сферами?

Если являются то какими физическими принципами обеспечиваются их сферичность и оптическая однородность, а также циклическое изменение их светимости?

[Monstr]

Являются ли фотосферы звёзд-гигантов однородными сферами?

Я бы разбил на 2 вопроса:

1) Являются ли фотосферы звёзд-гигантов сферами?
В каком-то приближении, да. Но реально из-за вращения они могут быть слегка сплюснутыми. Это для одиночных гигантов. В двойных системах могут быть эллипсоидальными.

2) Являются ли фотосферы звёзд-гигантов однородными?
Что понимать под однородностью? Химсостав? Плотность? Температуру?
Если химсостав, то в каком-то приближении, да. Гиганты имеют протяженную конвективную оболочку, которая хорошо размешивает вещество до хорошей степени однородности, если не будут мешать иные силы, например, магнитные поля.
Также следует помнить, что фотосфера для звезды - это как кожурка у яблока, она очень тонкая по сравнению с самой звездой. Для гигантов толщина фотосферы всего несколько сотен или тысяч километров при радиусе, например, около 5 млн км. Поэтому однородность по глубине обеспечивается легко.

Если являются то какими физическими принципами обеспечиваются их сферичность и оптическая однородность, а также циклическое изменение их светимости?

Тут тоже куча вопросов:

1) какими физическими принципами обеспечиваются их сферичность?
Газостатическим равновесием звезды. Сила притяжения уравновешивается градиентом давления. И эти силы не зависят от широты и долготы, поэтому звезда превращается в шар. Это как капля в невесомости всегда будет стремиться принять форму шара.

2) какими физическими принципами обеспечиваются их оптическая однородность?
Распределением температуры, давления и содержанием химических элементов, не зависящим от угловых координат на звезде. Поэтому излучение фотонов на разных длинах волн будет равномерно  по всей поверхности звезды, если мы не рассматриваем пятна или иные проявления звездной активности

3) какими физическими принципами обеспечиваются циклическое изменение их светимости?
Строго говоря, обычные однородные одиночные не активные гиганты не должны изменять свою светимость на коротком отрезке времени (а вообще гигантам свойственно раздуваться и увеличивать свою светимость, но это уже не годы и не века), за исключением цефеид. У них есть своего рода пружина, на которой они качаются. Этой пружиной является слой частично ионизованного гелия. Когда гелий не ионизован, он не пропускает ультрафиолет. Это приводит к нагреву и расширению звезды. Нагрев ионизует гелий и он выпускает внутреннее тепло через излучение, все это вместе с расширением приводит к охлаждению звезды и ее сжатию.

[Константин ВАРБ]

Огромное спасибо, если Вас не затруднит, то разъяснить и дальнейшее.

Являются ли фотосферы звёзд-гигантов однородными сферами?

Я бы разбил на 2 вопроса:

1) Являются ли фотосферы звёзд-гигантов сферами?
В каком-то приближении, да. Но реально из-за вращения они могут быть слегка сплюснутыми.

А насколько? Вообще сколь велика скорость вращения оболочек таких звёзд?

 

Это для одиночных гигантов. В двойных системах могут быть эллипсоидальными.

2) Являются ли фотосферы звёзд-гигантов однородными?
Что понимать под однородностью?

Однородность по спектру излучения и яркости.  Как если я правильно понял, то в тесных двойных системах - это принципиально исключено!?  Цвет и яркость звезды будет неоднородной. -?

Гиганты имеют протяженную конвективную оболочку, которая хорошо размешивает вещество до хорошей степени однородности, если не будут мешать иные силы, например, магнитные поля.

Однако конвекция предполагает и турбулентность?

Также следует помнить, что фотосфера для звезды - это как кожурка у яблока, --------
Поэтому однородность по глубине обеспечивается легко.

Однако при серьёзном движении вещества и легко проницаема? Области более высокого и низкого давления наверное должны распределяться аналогично планетным газовым гигантам ?

На вторую часть ответа, вопросы в следующем сообщении, в цитировании запутаюсь.

[Константин ВАРБ]

Если являются то какими физическими принципами обеспечиваются их сферичность и оптическая однородность, а также циклическое изменение их светимости?

Тут тоже куча вопросов:
1) Газостатическим равновесием звезды.

Но звезда всё же вращается?  А размеры их велики и следовательно приплюснутость должна быть и вероятнее спектр и яркость полярных и экваториальных участков будет различна?

2)  Поэтому излучение фотонов на разных длинах волн будет равномерно  по всей поверхности звезды, если мы не рассматриваем пятна или иные проявления звездной активности

Но ведь фаза гиганта длится для звезды недолго? Возможно ли длительное пребывание такой звезды в равновесии? 

3) какими физическими принципами обеспечиваются циклическое изменение их светимости?
Строго говоря, обычные однородные одиночные не активные гиганты не должны изменять свою светимость на коротком отрезке времени (а вообще гигантам свойственно раздуваться и увеличивать свою светимость, но это уже не годы и не века),

Так и инерция процессов в таком объёме должна быть значительной.
Тем более что сейчас предполагается многократный переход от состояния красного до голубого сверхгиганта и обратно. -

за исключением цефеид. У них есть своего рода пружина, на которой они качаются. Этой пружиной является слой частично ионизованного гелия. Когда гелий не ионизован, он не пропускает ультрафиолет. Это приводит к нагреву и расширению звезды. Нагрев ионизует гелий и он выпускает внутреннее тепло через излучение, все это вместе с расширением приводит к охлаждению звезды и ее сжатию.

То есть цефеиды не ведут себя как "чёрное тело"?

[Maxim Barkov]

Вы про какие звезды гиганты говорите?
красные или голубы?
уточните вопрос, это поможет вам ответить более определленно.

[Змей Петров]

Также следует помнить, что фотосфера для звезды - это как кожурка у яблока, она очень тонкая по сравнению с самой звездой. Для гигантов толщина фотосферы всего несколько сотен или тысяч километров

Толщина фотосферы сотни км у Солнца.
У КГ она должна быть во много раз толще - плотность на порядки меньше, температура вдвое ниже.

[Константин ВАРБ]

Вы про какие звезды гиганты говорите?
красные или голубые?
уточните вопрос, это поможет вам ответить более определенно.

В принципе про любые. Если где-то существуют зелёные или серо-буро-малиновые то и про них тоже. Вроде развёрнутый ответ специалиста, и мои дилетантские просьбы об уточнении, что вопрос можно было сформулировать и по-детски: "Как выглядят звёзды?"

. Для гигантов толщина фотосферы всего несколько сотен или тысяч километров

Толщина фотосферы сотни км у Солнца.
У КГ она должна быть во много раз толще

А вот не факт что толще!
Другое дело, что над фотосферой может лежать ещё и атмосфера с переменной оптической плотностью?

[-Юрий-]

А если посмотреть по аналогии с Солнцем? Солнечные пятна и протуберанцы наверняка вызывают какие-то возмущения в фотосфере. На фоне солнечного света эти неоднородности не видно. А вот на Юпитере, который не светится, очень хорошо видны все завихрения. Так же и на всех звёздах, наверно.

[Константин ВАРБ]

А если посмотреть по аналогии с Солнцем? Солнечные пятна и протуберанцы наверняка вызывают какие-то возмущения в фотосфере. На фоне солнечного света эти неоднородности не видно. А вот на Юпитере, который не светится, очень хорошо видны все завихрения. Так же и на всех звёздах, наверно.

Ну вот очень интересный ответ https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,116241.msg2884142.html#msg2884142

Следовательно для гигантов можно представить модель люминесцентной ртутной лампы, если свет их действительно "ровный".

[Змей Петров]

А вот не факт что толще! Другое дело, что над фотосферой может лежать ещё и атмосфера с переменной оптической плотностью?

Атмосфера уже прозрачна(тем и отличается от фотосферы).
Вот факты с т.з Вики -
Протяжённость фотосферы зависит от её прозрачности и, следовательно, плотности. Так, типичная протяжённость фотосферы по глубине составляет для Солнца ~300 км, для белых звёзд главной последовательности спектрального класса A0V — ~1000 км, для гигантов класса G — ~104—105 км, (C)

[Monstr]

А насколько? Вообще сколь велика скорость вращения оболочек таких звёзд?

Линейная скорость вращения на экваторе красных гигантов в среднем составляет около 3-7 км/с. Есть аномальные КГ, у которых скорость может превышать 10 и даже 20 км/с.

Однородность по спектру излучения и яркости.  Как если я правильно понял, то в тесных двойных системах - это принципиально исключено!?  Цвет и яркость звезды будет неоднородной. -?

Могу сильно разочаровать. Яркость для звезд не определяема. Под яркостью я понимаю классическую формулировку как интенсивность излучения с единичной площадки под заданным углом. Поскольку диск звезды мы не различаем, то и о яркости отдельных частей звезды говорить не приходится. Астрономы наблюдают поток, то есть интеграл интенсивностей по диску звезды. Правда есть иногда возможность косвенно посмотреть распределение яркости по диску звезды с помощью метода доплеровской томографии, который основан на анализе изменений профилей спектральных линий. Однако для большинства нормальных гигантов переменности спектральных линий не наблюдается. А вот в тесных двойных системах и у активных звезд уверенно наблюдаются большие пятна. http://star-www.st-and.ac.uk/~acc4/coolpages/movies.html

Однако конвекция предполагает и турбулентность?

Не всегда. Но очень часто. Турбулентность возникает как развитие неустойчивости течения, если течение устойчиво, то турбулентности не будет.  На Солнце часто говорят о восходящих и нисходящих потоках, которые мы видим как грануляцию, которую при близком рассмотрении нужно считать за неоднородность, но легко усредняется при "более далеком" рассмотрении.

Однако при серьёзном движении вещества и легко проницаема?

Она всегда проницаема, это не забор. Само понятие "фотосфера" очень условно, она неосязаема. Это как граница между областями (Московской и Тверской, например), вроде есть на карте, но на земле ее не видно. Фотосфера - это место, где формируется непрерывный спектр видимого диапазона. Скорости вещества сквозь фотосферу гигантов в среднем составляют единицы км/с.

Области более высокого и низкого давления наверное должны распределяться аналогично планетным газовым гигантам ?

Нет. У звезд своя погода. Давление, температура плавно увеличиваются с глубиной и более или менее равномерны по поверхности.

Но звезда всё же вращается?  А размеры их велики и следовательно приплюснутость должна быть и вероятнее спектр и яркость полярных и экваториальных участков будет различна?

У гигантов вращение относительно медленное. И не наблюдается различие экваториальной части и полюсов. Вот у A,B,O звезд скорости могут доходит до сотен км/с, и там действительно есть наблюдаемая разница.

Но ведь фаза гиганта длится для звезды недолго? Возможно ли длительное пребывание такой звезды в равновесии? 

Любое тело в природе стремится к равновесию. Звезда, пока есть топливо, остается звездой. При крупных изменениях ее состояния она будет искать свою точку равновесия, перестраивая свою структуру. Так происходит при выгорании водорода, гелиевой вспышке и т.д.

Так и инерция процессов в таком объёме должна быть значительной. Тем более что сейчас предполагается многократный переход от состояния красного до голубого сверхгиганта и обратно

Это для массивных звезд при поджоге следующего вида топлива в ядре.

То есть цефеиды не ведут себя как "чёрное тело"?

Вообще все звезды не ведут себя как ЧТ. Планковский спектр возможен только при больших оптических толщинах, а они меняются по спектру. Яркий пример - бальмеровский скачок. Но если рассматривать те области спектра, которые описываются как ЧТ, то цефеиду можно описать как ЧТ с переменной температурой.

А вот не факт что толще!

Толще, толще. Просто гиганты очень разные бывают, но их фотосфера гораздо толще.

Другое дело, что над фотосферой может лежать ещё и атмосфера с переменной оптической плотностью?

Это уж навряд ли. Сама фотосфера, как я уже объяснил, это то место, где накапливается оптическая толщина, и далее нее мы уже заглянуть не можем. Выше фотосферы давление и плотность значительно падают и создать там что-то, что хорошо поглощало бы свет очень трудно, разве только в узком спектральном диапазоне, где хромосфера может поглощать, и то не слишком много и далеко не всегда.

[Константин ВАРБ]

Monstr, а что понимают в астрономии под "запрещёнными линиями спектра"?

Над предыдущим ответом думаю, "перевариваю"

[Monstr]

Monstr, а что понимают в астрономии под "запрещёнными линиями спектра"?

То же, что и в физике:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%89%D1%91%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%B8

[Константин ВАРБ]

То же, что и в физике:

Шокирующее!   

А что по этому поводу думают химики химии высоких энергий (плазмохимии) и радикалов?
В смысле модели:
"Эти запрещённые линии наблюдаются благодаря разрежённости газа в космических условиях, так как за время жизни возбуждённого состояния (значительное вследствие малой вероятности запрещённых переходов) возбуждённые атомы не успевают столкнуться с другими частицами и передать им энергию и, переходя на более низкие уровни, испускают фотоны. "

[Monstr]

А что по этому поводу думают химики химии высоких энергий (плазмохимии) и радикалов?
В смысле модели:

А что здесь такого странного? И причем тут плазмохимия и радикалы? Это обыкновенная атомная физика.
Если что, тут поподробнее: http://www.astronet.ru/db/msg/1170612/node22.html  и тут http://pskgu.ru/ebooks/astrof1/astrof1_5_25.pdf или http://ufn.ru/ufn58/ufn58_12/Russian/r5812d.pdf

[Змей Петров]

И причем тут плазмохимия и радикалы?

Отрицательные ионы водорода.

[Константин ВАРБ]

А что здесь такого странного? И причем тут плазмохимия и радикалы?

Для синтеза сложных материалов и их сборки.
Что ж у нас практика-то применения так запаздывает 

[Константин ВАРБ]

Отрицательные ионы водорода.

Это же галоген - вполне нормальное для него состояние.

Но в связи со звёздным ветром интересно другое, он вероятно должен быть отрицательным, и ядро звезды становится положительным.
Или магнитным полям удаётся предотвращать потерю электронов?

[Константин ВАРБ]

Линейная скорость вращения на экваторе красных гигантов в среднем составляет около 3-7 км/с. Есть аномальные КГ, у которых скорость может превышать 10 и даже 20 км/с.

А масса аномальных КГ значительно превышает солнечную?

Но 20 км/с это почти марсианские скорости.

Могу сильно разочаровать. Яркость для звезд не определяема.

А для того чтобы увидеть, надо к ним  лететь или теоретически можно создать такие телескопы которые позволят качественное изображение столь удалённых объектов?

У гигантов вращение относительно медленное. И не наблюдается различие экваториальной части и полюсов. Вот у A,B,O звезд скорости могут доходит до сотен км/с, и там действительно есть наблюдаемая разница.

Но у них же и температура на порядок выше?

. Сама фотосфера, как я уже объяснил, это то место, где накапливается оптическая толщина, и далее нее мы уже заглянуть не можем. Выше фотосферы давление и плотность значительно падают и создать там что-то, что хорошо поглощало бы свет очень трудно, разве только в узком спектральном диапазоне, где хромосфера может поглощать, и то не слишком много и далеко не всегда.

Вижу три аргумента за "пятнистость" гигантов:

1) Выше упомянутый Вами бальмеровский скачок, ведь он свидетельствует о том, что мы видим как бы внутренний и внешний края фотосферы одновременно!?

2) Запрещённые линии спектра свидетельствуют о сильном магнитном поле на границах фотосферы!?

3) Наличие в излучении спектров металлов и их оксидов, что свидетельствует об их выносе в верхние слои!?

Плюс идиотский вопрос, не совсем по теме:
Почему солнечные пятна нам кажутся чёрными, а не белоголубыми, или это эффект применяемых фильтров?

[e+]

Константин, вы лучше скажите что вам надо, может быть ответы лежат совсем в другой области.
Солнечные пятна тёмные потому, что какого бы ни был цвета объект, на фоне значительно более яркого он будет тёмным.