научная статья по теме ПРОБЛЕМЫ АСТРОФИЗИКИ Науковедение

Текст научной статьи на тему «ПРОБЛЕМЫ АСТРОФИЗИКИ»

Астрономия

Астрофизика, .и. зведная .астрономия,

Смирнов О.Г., кандидат технических наук

ПРОБЛЕМЫ АСТРОФИЗИКИ

Рассматривается возможность определения плотности вещества Вселенной, расстояний между звездами, молекулами и атомами простыми методами. Автор вновь возвращается к проблеме зависимости постоянных Планка, Стефана-Больцмана и Вина от температуры.

1. Астрономы широко используют «чернотельный» закон Стефана-Больцмана для интегральной излучательной способности £Т

£Т = б Т4 ,(1)

Где б - постоянная (?) Стефана-Больцмана (справочное значение

б = 5,6704-10"8Вт-м2-К"4); Т - абсолютная температура в кельвинах.

Закон (1) позволяет определить температуру (ее называют «эффективной») фотосферы звезд, зная их светимость Ь

4 ЕТ *1 Г~

Т = V р = \ ^ *гр (2)

Где Ь - светимость звезды; Я - ее радиус.

Температуру можно определить и с помощью закона смещения Вина, который показывает смещение положения максимума функции £^Т (ей соответствует длина волны Хщах), по мере возрастания температуры, в область коротких волн.

Т = Ъ / Хтах, (3)

Где Ъ - постоянная (?) Вина (справочное значение Ъ = 2,8977686-10-3мК).

Формулы (2) и (3) должны давать одну температуру, но это не так. Например, для фотосферы Солнца, светимость которой хорошо измерена (Ь©=3,84-1026Вт, а радиус

Яо= 0,696-109м)

£т. о = = 6,308-107Вт/м2 , (4)

Подставляя (4) в (2), получим Tq= 5775К

Для Солнца в [1] было принято Xmax= 4,3-10-7м. По формуле (3) Tq= 6739К. Такая большая разница неприемлема.

В [2], [3] мы объединили (1) и (3), разделив одно на другое, возведя (3) в третью степень и получив

Т = , (5)

В [4] приводятся измерения, согласно которым Хшахнаходится в пределах 4,3-10-7^- 4,9-10-7м. В тоже время для модели Солнца, наиболее согласующейся с данными Гелиосейсмологии

, Т©= 4560К (см.[1]стр.243). Подставив эту величину в (5), найдем Хщах= 4,637-10-7м. Это хорошо согласуется с наблюдением за Солнцем. Можно утверждать, что температура фотосферы Солнца не 5775К и не 6739К, а 4560К согласно формуле (5).

Теперь понятно, почему формулы (2) и (3) дают разные значения Т.

При температуре 4560К значения постоянных б и в не равны справочным значениям (постоянно только произведение бЬ3) и формулы (1), (3) должны иметь вид

Е1=а~1* (6)

¿шиЕ Т=Ь*(7)

Для Солнца, при То=456ОК, будем иметь б*= б©= 14,59-10-8Вт-м2-К-4 и Ь*=Ь©=

3 * 1 *

2,114472-10" м-К. Это означает, что с увеличением температуры б увеличивается, а Ь уменьшается, но

б*® = a* (iT)3 = Const. (8)

Появляется необходимость введения новой постоянной

S6,b = бЬ3= 5,6704-10-8- (2,8977686-10-3)3 = 1,379764-10-15Вт-м-К-1. (9)

; I = 8б,ь(10)

В [2], [3] предполагается, что справочные значения б и Ь соответствуют лабораторным условиям (Т= 293К или 20 С)

2. Формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости (излуча-тельной способности) «черного» тела позволяет получить законы Стефана-Больцмана и Вина, в которых

НГ

б= , Ь=4ьМ№ , (11)

Где k - постоянная Больцмана (справочное значение k= 1,3806503-10"23Дж-К"1); с- скорость света в вакууме;

h- постоянная (?) Планка (справочное значение h= 6,62606876-10"34Дж-с).Из (11) следует, что

6h3 = 6*(h*)3 = Const (12)

h tr

И!) =Ь* = Const (13)

Можно ввести еще две постоянные

SSh = б^=1,64961087-10"110Дж4м2К"4с2 (14)

Sia = Ь = 2,28661073-10"31 Дж-cV-K"1 (15)

Постоянную (?) Планка можно определить по формуле

h*= Sh,b' TXmax(16)

Например, для Солнца, при Т©= 4560К и Xmax= 4,637-10"7м

= 4,834863-10"34Дж-с (17)

Это означает, что с увеличением температуры И* уменьшается.

В [2], [3] для практических расчетов нами были предложены следующие зависимости.

* т-293 /1 0Ч

б = б-х (18)

b (19)

* >:я

h = 3 (20)

Имеем неизвестные x и Т и для уравнения

с ^ т-4 т-293 ¡п, л

ст = б-Т • x (21)

лтахТ = *™ (22)

Их решение дает, полученную раннее, зависимость (5). Теперь из (21), с учетом (4) и Т= 4560К, найдем

Х= 1,00022 (23)

Из (18), (19) и (20) можно вычислить (см.рис.1):

Т=0К, 6*= 0,93786, Ь*= 1,021Ь, И*= 1,021Ь;

Т=37К, 6*= 0,956, Ь*= 1,0193Ь, И*= 1,0193Ь;

Т=165К, 6*= 0,9726, Ь*= 1,0094Ь, И*= 1,0094И;

Т=229К, 6*= 0,9866, Ь*= 1,00472Ь, И*= 1,00472И;

Т=293К, 6*= 6, Ь*= Ь, И*= И;

Т=357К, 6*= 1,014186, Ь*= 0,9953Ь, И*= 0,9953И;

Т=421К, 6*= 1,028566, Ь*= 0,9906Ь, И*= 0,9906И;

Т=549К, 6*= 1,057936, Ь*= 0,98135Ь, И*= 0,98135И;

Т=805К, 6*= 1,11926, Ь*= 0,9634Ь, И*= 0,9634И;

Т=1317К, 6*= 1,25266, Ь*= 0,92764Ь, И*= 0,92764И;

Т=2341К, 6*= 1,56916, Ь*= 0,8606Ь, И*= 0,8606И;

Т=3365К, 6*= 1,96556, Ь*= 0,7981Ь, И*= 0,7981И;

Т=3877К, 6*= 2,1996, Ь*= 0,7692Ь, И*= 0,7692И;

Т=4389К, 6*= 2,26856, Ь*= 0,761035Ь, И*= 0,761035И;

Т=4549К, 6*= 2,55036, Ь*= 0,7321Ь, И*= 0,7321И;

Т=5413К, 6*= 3,08426, Ь*= 0,6873Ь, И*= 0,6873И;

Т=6437К, 6*= 3,86336, Ь*= 0,637Ь, И*= 0,637И;

Т=8485К, 6*= 6,0626, Ь*= 0,5484Ь, И*= 0,5484И;

Т=16677К, 6*= 36,7486, Ь*= 0,30075Ь, И*= 0,30075И;

Т=33061К, 6*= 1350,4186, Ь*= 0,0905Ь, И*= 0,0905И;

Т=65829К, 6*= 1,82363-1066, Ь*= 0,08185Ь, И*= 0,08185И;

Т=131365К, 6*= 3,3256-10126, Ь*= 0,6698-10-4Ь, И*= 0,6698-10-4И;

Т=262437К, 6*= 11,06-10246, Ь*= 0,4488-10-8Ь, И*= 0,4488-10-8И;

Т=524581К, 6*= 122,32-10486, Ь*= 0,2014-10-16Ь, И*= 0,2014-10-16И;

Т=1048869К, 6*= 14,962-10996, Ь*= 0,4065-10-33Ь, И*= 0,4065-10-33И;

Т=2097445К, 6*= 223,855-101986, Ь*= 0,1647-10-66Ь, И*= 0,1647-10-66И;

Экспериментальные исследования позволят несколько уточнить значение х и соответ-

* * *

ственно значения 6 , Ь и И .

3. Остановимся на законе всемирного отталкивания (излучением). Математически он может быть выражен так [2], [3], [5]

Ро = [ (1+1Ъ) и + (1+Пд) и ] (24)

Здесь Б0- сила отталкивания тепловым излучением; Я1, - радиусы взаимодействующих тел, а Я - расстояние между ними.

Отметим, что коэффициент 1^, например, для Земли равен 0,33 (Земля поглощает две трети излучения, приходящего от Солнца). Солнце хорошо поглощает любое излучение. Для

него 1\=0. При полном отражении излучения 1\=1.

Закон всемирного отталкивания (излучением) впервые сформулирован нами в 2005 г. и получил развитие в [6], [5]: тела, имеющие абсолютную температуру поверхности, отличную от нуля, отталкиваются друг от друга с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению квадратов радиусов тел и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Модуль силы зависит от температуры поверхности тел и поглощения ими энергии излучения.

Светимость можно представить в виде

и = £1, Ь2 = 4тсЯ? £2 . (25)

Где £ - излучательная способность тела (Вт/м2). Формула (24) примет вид

Б0= Я*с [ (1+гь) £1 + (1+ги) £2 ]. (26) В (26) £ можно выразить приближенно с помощью формул (6) и (18)

Б0= еИ* [ (1+1^2) • + (1+ГЦ) ■ ]• (27)

Поскольку всем телам и объектам Вселенной свойственно излучение, которым они воздействуют друг на друга в виде сил отталкивания, наступает момент, кода силы отталкивания (излучением) могут уравновесить ньютоновские или даже кулоновские силы притяжения. Это происходит, например, в ядрах галактик, в «черных дырах» и в космологических масштабах [2], [5].

4. При каких условиях кулоновское взаимодействие теряет силу? Очевидно, это возможно в случае равенства сил притяжения и отталкивания. Рассмотрим атом водорода. Для него сила притяжения электрона к протону

= КЭд1 (28)

Где ЛЭ- коэффициент пропорциональности в законе Кулона (справочное значение ЛЭ = 9-109Нм2 Кл-2; Я - расстояние между электроном и протоном; е - элементарный заряд (справочное значение е= 1,602176462-10"19Кл).

Поскольку

а сила отталкивания

то, приравняв (28) и (30) получим

Где Яр- радиус протона, Яе - радиус электрона.

£р = £е= б*Т4 и 0р= Пр = 1 , (29)

Б0= б*Т4 , (30) не2 = б*Т4 , (31)

Согласно [5] Яр = 1,38-10"15м. Сложнее с радиусом Яе. В справочниках [7] приводится значение классического радиуса электрона Я;= 2,817940285-10"15м. В [5] мы привели расчет этого радиуса. В [8] и [9] сделана попытка обосновать другую величину Яе = 10-13м, что явно сомнительно. Дается в научной литературе [10] и другая оценка -Яе = 10-19м. В статье [11] получено значение Яе = 5,52-10"17м, что наиболее правдоподобно. Подставив эту и другие известные величины в (31)получим

б*Т4= 8,5-1041Вт-м"2, (32)

Если правая часть в (32) будет больше левой, то электрон покинет атом водорода. Согласно нашему расчету это произойдет в области между Т= 262437К и Т= 524581К. В первом случае б Т4= 3-1039Вт-м-2, а во втором б Т4= 2-1064Вт-м"2. В [1] на стр.243 приведены физические параметры в недрах Солнца, согласно которым в конвективной зоне на расстоянии от

центра 0,9 Я© температура Т = 602000К, а на расстоянии 0,98 Я© температура Т = 99600К.

Отмечается, что в этой области газ частично ионизирован. Наш расчет подтверждает это (!).

В [2], [3] и [5] аналогично рассматривается при каких условиях всемирное тяготение теряет силу. Подсчитано, что частицы радиусом меньше 0,6-10"6м выдавливаются из Солнечной системы. Это соответствует современным представлениям. В [1] указано, что частицы радиусом 0,5-10"6м уходят из солнечной системы под действием светового давления.

5. В космическом пространстве движутся протоны, электроны и ядра более тяжелых эле-

ментов. А как образуются атомы? Частицы могут как ускоряться, так и замедляться в своем движении. Могут останавливаться под действием внешних сил и начинать движение в обратном направлении.

Можно предположить, что по аналогии с ядерными силами существуют атомные силы, способные помешать столкновению электрона с ядром атома, обеспечивая неупругое взаимодействие (некоторый аналог - падение в «стог сена»). Электрон останавливается на некотором расстоянии г0 от протона. В [5] мы считали, что пространство между электронной оболочкой и ядром заполнено «ядерной пылью», сгущающейся к ядру. В этом случае при большом давлении электрон может объединиться с протоном, образуя нейтрон (нейтронные звезды).

Становится понятным «рождение» атома [11]. Атомные силы, также как и ядерные силы, могут удерживать электроны на некотором расстоянии от ядра. Протон может удержать только один электрон, образуя атом водорода. В других элементах количество удерживаемых электронов будет равно Е

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком