Зонд Паркера (Parker Solar Probe) - уникальная миссия к Солнцу

[T^Im]

На графиках у всех металлов наличествует минимум. Какая его физика? Фотоэффект?

Не уверен, но могу предположить, что на малых частотах определяющим для отражения (и поглощения) будет увеличение электронной проводимости -> Джоулево тепло. С увеличением частоты будут задействованы резонансы атомов, а ещё дальше в СВЧ и эффект Оже подключится. Реальные графики - результат суперпозиции многих функций (механизмов) описывающих отражение/поглощение эм волны. В целом для металлов должно быть уменьшение отражения с увеличением частоты эм волны (действует больше явлений переводящих энергию волны в тепло).
Но вот чем вызваны такие локальные минимумы как у серебра я ответить затрудняюсь. Погуглив нашёл таблицу - ещё больше вопросов: http://tehtab.ru/Guide/GuidePhysics/LightAndColor/ReflectionOfTheMetals/

Возбуждение плазмонов. Из-за их легкого возбуждения в синем-УФ участках спектра, медь и золото окрашены.
На ярко выраженном поверхностном плазмонном резонансе частиц/пленок серебра и золота построена заметная часть современных нанотехнологий. Заголовки типа "британские ученые в очередной раз диагностировали и победили рак с помощью золота/серебра" обычно про его применение.

[VAKT]

Золото, медь и цезий - вот конечный список отчётливо окрашенных металлов. Но никакие плазмоны не виновны в окраске - это вызвано некоторыми особенностями в укладке электронов на орбитали и их переходу, а именно:

1. заполнение электронной оболочки идёт от низшего к высшему уровню
2. согласно запрета Паули электрону выгодней подняться на следующую орбиталь в пределах оболочки
3. более того, порядок заполнения орбиталей подоболочки (на p-орбиталь помещается 6 электронов, по паре на 3-х подоболочках) таков, что сумма спина электронов должна бать наибольшей.

Напомню, что на s-орбитали помещается 2 электрона, на p - 6, на d - 10 и т.д.

Беру для примера медь (29): полностью заполнены 3 оболочки (2 + 2+6 + 2+6+10 = 28) и последний 29-й электрон уже на 4-й оболочке (4s1). Этот недостаток электронов (всего один) на s-орбитале приводит к тому, что возможен переход с 3d на 4s орбиталь. Собственно ничего странного в этом нет, но есть ньюанс: этот переход происходит в видимом диапазоне.

Для цезия (55) заполнены: 1s2 -> 2 (s2 p6) -> 3 (s2 p6 d10) -> 4 (s2 p6 d10) -> 5 (s2 p6) -> 6s1 - вот тут есть особенность: ещё не заполнена полностью 5-я оболочка (полностью пустая 5d) но единственный электрон уже есть на 6s и опять переход с 5p -> 6s осуществляется в видимом диапазоне.

Для золота (79) всё аналогично: полностью заполнена 5d (и пустая 5p) и единственный электрон опять на 6s. И опять переход 5d -> 6s происходит в видимом диапазоне.

Теоретически окрашенным должен быть и франций (переход 6p -> 7s при наличии на 7s всего одного электрона), но этот металл не был получен в чистом виде в достаточном для оптического исследования количестве.

Отсюда вытекает вопрос: понятен процесс но непонятно почему переход в видимой области ? Тут вопрос сложнее и связан с существенным изменением скорости электрона (упрощая: на 5p электроны движутся значимо медленнее чем на 6s).


Второй вопрос по графикам - все они имеют спад в левой части - т.е. с увеличением частоты выше пороговой начинается быстрое падение отражательной способности. Это напрямую связано с проводимостью металла: чем выше проводимость - тем до более высокой частоты металл отражает излучение вследствие уже упомянутой электронной проводимости.


Третий вопрос: почему же тогда алюминий имеет такую высокую отражательную способность ?
Тут я не в курсе почему алюминий, при отсутствии электронов на d-орбитале, имеет такую высокую отражательную способность. Если кто-то расскажет почему - я буду этому рад.

[T^Im]

Но никакие плазмоны не виновны в окраске - это вызвано некоторыми особенностями в укладке электронов на орбитали и их переходу,

Попытки объяснить окраску металлов с точки зрения периодической таблицы не лишены основания, но выглядят наивно без знания о существовании ФТТ. Ибо вся эта логика, хорошо применимая к единичному атому, может и не работать для упорядоченной решетки из атомов, где уже нет ядер-электронов-орбиталей, а есть решетка и электронный газ. Простой пример: казалось бы, окраска должна усиливаться в ряду медь-серебро-золото, но серебро ВНЕЗАПНО не окрашено.
Вот грамотное физическое объяснение:

Reflectivity of a metal in the visible-UV range is related to the plasmon dispersion of that metal (rather than to the single electron states). A plasmon is a vibrational mode of the entire free-electron gas living in the background of a periodic, positively charged lattice. This electron gas has a natural frequency of oscillation, known as the plasma frequency. For most metals, the plasma frequency lies somewhere in the far UV region.

 When the frequency of the incident light is smaller than the plasma frequency, the electron gas responds to the oscillating E-field and screens it out. So, for frequencies below the plasma frequency, the light can not be transmitted through the metal and hence, is almost entirely reflected back. When light has a frequency higher than the plasma frequency, the electron gas can not respond fast enough to screen out the oscillating E-field inside the metal. As a result, such high frequencies are almost entirely transmitted through the metal (and hence, most metals are transparent to UV).

 Now, for most metals, the plasma frequency is far into the UV regime, making the metal reflact all visible wavelengths almost equally. This is why most metals look a lustrous silvery-white. Some metals, like gold and copper, have a lower plasma frequency (closer to violet/near UV regime), making them better reflectors of lower frequency light than of high frequency light. As a result, the reflection spectrum of such metals is weighted more at the lower frequencies, giving them a reddish or yellowish color.

почему же тогда алюминий имеет такую высокую отражательную способность ?

Алюминий покрывается тончайшей пленкой прозрачного оксида, в то время как оксиды многих металлов окрашены, возможно по этой причине он лучше отражает свет.

[VAKT]

Вот грамотное физическое объяснение:

Это объяснение для УФ-области частот. Я уже говорил, что действуют разные механизмы на разных частотах, правильней даже из суперпозиция где доминирующим является конкретный механизм. Возможно экранировка электронным газом и электронная проводимость - это суть одно явление с разных сторон зрения.
Кстати, а как правильно перевести

visible-UV range

буквально "диапазон видимого ультрафиолета". Или имеется ввиду ближний (мягкий) ультрафиолет ?

вся эта логика, хорошо применимая к единичному атому, может и не работать для упорядоченной решетки из атомов, где уже нет ядер-электронов-орбиталей

металлы при н.у. не имеют упорядоченной решётки, а кроме того есть аналог атомных орбиталей - молекулярные орбитали. Ещё есть квазичастицы (например как в случае с нулевым сопротивлением) и так далее. В общем для конкретной частоты наибольший вклад дают один-два конкретных механизма отражения/поглощения (в том числе и электронный газ).

казалось бы, окраска должна усиливаться в ряду медь-серебро-золото

У серебра тоже есть переход 4d -> 5s с одним электроном на 5s, но тут переход не в видимой области.

Алюминий покрывается тончайшей пленкой прозрачного оксида, в то время как оксиды многих металлов окрашены, возможно по этой причине он лучше отражает свет.

Это объяснение ненаучно так как нет описания механизма отражения (посмотрите на кривую - она отличается от других металлов с высокой проводимостью - что-то не даёт происходить спаду). Нержавейка та вообще без оксида на поверхности, а поди ж - тусклая (ну там ещё её зерна мешают, но в целом тусклая). Платина не имеет окисной плёнки но при этом не годится для зеркал - плохо отражает, хотя палладий и родий хорошо.

Возвращаясь к Паркеру и его зеркалу: Солнце имеет конкретный спектр (я его приводил на предыдущей странице) и основная доля энергии приходится на видимый диапазон и ближний инфракрасный и  ближний ультрафиолетовый, что приводит к постановке задачи в стиле - "как защититься от видимого излучения, а заодно и в остальных диапазонах НЕ в ущерб видимому". Всё равно загораживаться от волн короче 200 нм и длиннее 2000 нм смысла особого и нет.

[Amadeus]

Алюминий покрывается тончайшей пленкой прозрачного оксида, в то время как оксиды многих металлов окрашены, возможно по этой причине он лучше отражает свет.

Лучшими отражающими свойствами обладает серебро. Но оно постепенно темнеет из за реакции с соединениями серы, неизбежно присутствующими в обычном воздухе. Видимо поэтому и остановились на более стабильном (из за пассивации оксидной плёнкой) алюминии.

[VAKT]

Лучшими отражающими свойствами обладает серебро.

В видимой области излучения, для волн короче 400нм серебро резко теряет отражательную способность, а алюминий нет, в этом и вопрос - почему ?

[библиограф]

но выглядят наивно без знания о существовании ФТТ. Ибо вся эта логика, хорошо применимая к единичному атому, может и не работать для упорядоченной решетки из атомов, где уже нет ядер-электронов-орбиталей, а есть решетка и электронный газ. Простой пример: казалось бы, окраска должна усиливаться в ряду медь-серебро-золото, но серебро ВНЕЗАПНО не окрашено.

http://femto.com.ua/articles/part_1/2239.html
По предмету есть специальная книжка;
Соколов А. В., Оптические свойства металлов
http://download1.libgen.io/ads.php?md5=840CDE61025271D6F86E395BB228BA56

Если кто-то расскажет почему - я буду этому рад.

Надеюсь, всё понятно?

[T^Im]

В видимой области излучения, для волн короче 400нм серебро резко теряет отражательную способность, а алюминий нет, в этом и вопрос - почему ?

На этот вопрос фактически дан ответ в пояснении физика выше: потому, что у серебра плазмоны возбуждаются при меньших частотах (ближе к видимому спектру со стороны УФ), возбуждение плазмонов = поглощение (при больших частотах - пропускание излучения) => уменьшение отражения. Почему плазмоны в серебре возбуждаются легче, чем в алюминии, в принципе понятно (по школьной логике про энергии орбиталей и валентных электронов).


visible-UV range  = диапазон спектра от УФ до видимого.

Нержавейка та вообще без оксида на поверхности

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов

https://ru.wikipedia.org/wiki/Нержавеющая_сталь
Но скорее всего да, для большинства металлов отражение будет определяться гораздо более сложными квантово-механическими эффектами, которые вряд ли можно будет объяснить на пальцах.

Соколов А. В., Оптические свойства металлов
http://download1.libgen.io/ads.php?md5=840CDE61025271D6F86E395BB228BA56
Надеюсь, всё понятно?

Еще есть книжка того самого Абрикосова, в которой "изложена современная теория нормальных и сверхпроводящих металлов без использования сложных математических методов. " Тоже можно полистать на досуге. 

Но с учетом

металлы при н.у. не имеют упорядоченной решётки, а кроме того есть аналог атомных орбиталей - молекулярные орбитали

начинать лучше с  https://ru.wikipedia.org/wiki/Зонная_теория

[Dem]

Нержавейка та вообще без оксида на поверхности, а поди ж - тусклая (ну там ещё её зерна мешают, но в целом тусклая).

Полированная - реально как зеркало.

[dsmr]

Где сейчас Зонд Паркера...

http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/The-Mission/index.php#Where-Is-PSP

[Goodricke]

Солнечный зонд «Паркер» прислал первые научные данные

https://nplus1.ru/news/2018/09/20/first-light-data-from-parker-solar-probe

[Геральдинка]

Он семь лет будет находится в космосе, подлетать к Солнце, вращаться вокруг Венеры семь раз, чем же зонд будет попутно заниматься все эти годы? Затем, после серии из семи гравитационных маневров вблизи Венеры, аппарат в середине декабря 2024 года сблизится с Солнцем до расстояния около 9–10 солнечных радиусов (около шести миллионов километров).

[Mercury127]

Ровно тем же, чем и потом.

[Геральдинка]

Солнечным ветром? Как долго, однако. 

[Dark Antimatter]

на днях команда отчиталась о том, что полностью активирована уникальная система водяного охлаждения щита и батарей зонда, все идет по плану

[hele]

Говорят, он будет летать в солнечной короне. Там температура миллионы градусов (но это наверное какая-то относительная, или эффективная). И она состоит из очень сильно ионизованных элементов.

" Корональный спектр был полностью дешифрован шведским физиком Бенгтом Эдленом (Bengt Edlén), который показал, что эти линии принадлежат многократно ионизированным атомам металлов (Fe X, Fe XI, Fe XIII, Ca XV, Ni XIII, Ni XV, Ni XVI и др.). Причём, все эти линии являются запрещёнными и для их излучения необходимы экстремально низкие плотности вещества, недостижимые в земных лабораториях. Для излучения большинства линий необходима температура около 2,5 млн град. "

Подумать только, железо без тринадцати электронов во внешней оболочке... Нет, это уже получается не во внешней, а и в предвнешней.

[AlexFromTamala]

Надо было его вдогонку за Муму послать..
 Солнце то никуда не денется.

[Skipper_NORTON]

Надо было его вдогонку за Муму послать..

 
Не Муму, а Оумуамуа.
 

[Skipper_NORTON]

Вроде бы, сегодня 28 сентября, аппарат уже вблизи Венеры.
 

[Geen]

(кликните для показа/скрытия)

Надо было его вдогонку за Муму послать..

 
Не Муму, а Оумуамуа.
 

Именно, в догонку за Муму, на дно Тихого океана, уже и без того многое отправилось...