Este é um trecho do capítulo de astrofísica do meu livro:
Hidrogênio átomos se fundem para formar hélio. Ao mesmo tempo, muitos fótons gama e neutrinos são produzidos. Os fótons levam milhares de anos para “lutar” até chegar à superfície do Sol, mas depois escapam para o espaço como fótons visíveis ou próximos à visibilidade na velocidade da luz.
Estou realmente confuso sobre como o sol produz luz. Eu entendo que através da fusão nuclear, a energia é formada, mas não é esta energia na forma de fótons térmicos e gama? Eu não entendo como a luz visível é emitida, que é a razão pela qual vemos o sol. Alguém poderia explicar o parágrafo do meu livro.
Comentários
- Radiação do corpo negro. O sol é quente e, portanto, irradia com o espectro que faz. en.wikipedia.org/wiki/Black-body_radiation
- Esteja ciente de que a linguagem usada nessa passagem é evocativa, mas tecnicamente descuidada. energia dos fótons eventualmente emergirá do sol como luz (ou seja, fótons), mas eles ganharam ‘ t ser ” o ” fótons em qualquer sentido útil.
Resposta
Hidrogênio átomos se fundem para formar hélio através da cadeia próton-próton que funde quatro prótons em uma partícula alfa (núcleo de $ {} ^ {4} He $) um d libera dois neutrinos, dois pósitrons e energia na forma de fótons gama. Embora os fótons viajem na velocidade da luz, os movimentos aleatórios que eles experimentaram dentro do sol levam milhares de anos para deixar o centro do Sol. Este movimento aleatório é devido ao plasma denso no interior do Sol, uma vez que cada fóton colide permanentemente com um elétron e é desviada de seu caminho original. A energia liberada pela fusão se move para fora até o topo da zona de radiação, onde a temperatura cai para cerca de 2 milhões de K, então os fótons são absorvidos pelo plasma mais facilmente e isso cria as condições necessárias para a convecção. Isso cria a zona de convecção da zona. Então, o plasma sobe e os fótons são transportados para a fotosfera, onde a densidade do gás é baixa o suficiente para que eles possam escapar. Eles escapam principalmente como fótons visíveis, pois sua energia inicial é perdida pelo movimento aleatório na zona radiativa e pela absorção na zona convectiva.
Comentários
- então, fótons gama devido à perda de energia são emitidos como fótons visíveis … Só mais uma coisa, são os fótons que são absorvidos pelos elementos da superfície do sol e então reemitidos … ou seja, Radiação de corpo negro. Estou tendo dificuldades para vincular o conceito da fonte de luz do sol e a radiação do corpo negro
- @eliza Pense nisso como uma superfície sólida de corpo negro emitindo fótons térmicos em torno de 6000K. Com essa superfície sendo aquecida por dentro por uma fonte de raios gama K de 2 milhões
- Essa é uma resposta muito enganosa. Não há sentido em que os fótons sejam transportados do centro para a superfície.
Resposta
Os fótons vemos que são o resultado da radiação de corpo negro . A luz do Sol é emitida basicamente pelo mesmo processo que emite luz de uma lâmpada incandescente.
A energia liberada pela fusão no núcleo é rapidamente randomizada conforme os fótons interagem com as partículas carregadas no plasma, e você acaba com apenas um plasma quente. O calor é gradualmente transferido para o exterior e termina em uma temperatura de superfície de cerca de 5800K. Não vou entrar no mecanismo da radiação do corpo negro porque isso é abordado nas respostas à pergunta Quais são os vários mecanismos físicos de transferência de energia para o fóton durante a emissão do corpo negro? . Basta dizer que o movimento térmico de partículas carregadas no plasma causa dipolos elétricos oscilantes aleatórios, e estes então emitem radiação eletromagnética correspondente à energia dessas oscilações. Como as oscilações são aleatórias, o resultado é a emissão de um ampla distribuição de comprimentos de onda com um pico em cerca de 500 nm .
Comentários
- Blackbody radiação não é ‘ um mecanismo.
Resposta
A essência de sua pergunta parece ser:
“… não é esta energia na forma de fótons térmicos e gama? Não entendo quão visível a luz é emitida, razão pela qual w e ver o sol. “.
O Sol é uma grande bola de matéria que está passando por uma reação termonuclear – como um frasco de substâncias químicas reagindo umas com as outras para criar novos produtos químicos e luz, exceto não é uma reação química, é uma reação nuclear (como olhar para um grande reator nuclear sem paredes e uma série de reações muito mais complicadas; muitos tipos diferentes de combustível).
Aqui está a série de reações que ocorrem:
4 (1H) ——> 4 He + 2 e + + 2 neutrinos + energia
3 (4He) ——> 12C + energia
12C + 12C ——> 24Mg + energia
12C + 4 He – —–> 16O + energia
16O + 16O ——> 32S + energia
16O + 4 He —–> 20Ne + energia
28Si + 7 (4 He) ——> energia 56Ni +
56Ni ——> 56Co + e + (decadência beta positiva)
56Co ——> 56Fe + e + (decaimento beta positivo)
56Fe + n ——> 57Fe
57Fe + n — —> 58Fe
58Fe + n ——> 59Fe
Isso ” s o que faz o Sol queimar ou fundir, essas são as fórmulas das reações nucleares que ocorrem no Sol.
Fonte: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/lessons/xray_spectra/activity-fusion.html .
Isso é chamado de Nucleossíntese estelar , o processo pelo qual as abundâncias naturais dos elementos químicos dentro das estrelas muda devido a reações de fusão nuclear nos núcleos e seus mantos sobrejacentes.
Seção transversal de uma supergigante mostrando a nucleossíntese e os elementos formados. 
Agora que temos o “motor da luz” funcionando, descrevemos como a luz visível é produzida (do Sol).
Nota lateral: Sua pergunta sugere que o Sol (nosso Sol) deve produzir luz para que possamos vê-lo, claro que isso não é verdade, luz de outras estrelas poderiam refletir em uma bola escura e poderíamos ver o Sol (nosso Sol) após sua extinção (embora seja improvável que nós (a humanidade) estejamos vivos e habitando esta área) – mas agora nos afastamos da questão .
De volta à sua pergunta: “Não entendo como a luz visível é emitida … “.
Fonte para esta resposta: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/gammaraybursts/imagine/page7.html .
Luz é a palavra familiar para o que os físicos chamam de radiação eletromagnética ou ondas eletromagnéticas. A luz é uma forma de energia; ele pode viajar através do espaço vazio e está na forma de pacotes de ondas individuais chamados fótons. As ondas em pacotes de luz visível são minúsculas ondulações com menos de um milionésimo de metro de comprimento.
Quando a luz visível é dividida em seus diferentes comprimentos de onda, o resultado é chamado de espectro. A luz violeta tem o comprimento de onda mais curto e a luz vermelha tem o mais longo – cerca de duas vezes mais que a violeta. A luz visível não é a única forma de radiação eletromagnética, entretanto. O espectro eletromagnético se estende além das cores do arco-íris em ambas as direções – para comprimentos de onda muito mais curtos do que o violeta e para comprimentos de onda muito mais longos do que o vermelho. Nos comprimentos de onda mais longos estão as ondas de rádio, microondas e radiação infravermelha. Nos comprimentos de onda mais curtos estão a radiação ultravioleta, os raios X e os raios gama.
É importante saber que o Sol não é um radiador lambertiano (um disco circular de luz emitida uniformemente). O Sol não é esférico, mas, em vez disso, é descrito de várias maneiras como um disco achatado, um quadrupolo ou uma forma hexadecapolar. Por ser principalmente gasoso e líquido, com um núcleo sólido, cada camada de anel de cebola gira em uma velocidade diferente, assim como cada latitude; isso significa que diferentes intensidades de diferentes comprimentos de onda são emitidas de diferentes porções em momentos diferentes, em variações de curto período (minutos) e ciclos de 11 anos – também as manchas solares e proeminências alteram a intensidade da luz em vários comprimentos de onda (manchas solares pretas são mais frias e emitem X -raios e partículas de alta energia).
Forma do Sol: 
Mais informações: Usando medições precisas da forma do membro solar para estudar o ciclo solar – Por: JR Kuhn, LE Floyd, Claus Fröhlich, et. al. – Janeiro de 2000 .
Além disso, o brilho é afetado de uma maneira mais facilmente visível pelo que é chamado de escurecimento dos membros (simplificado demais, significa que as bordas do Sol são finas e não podem “emitir” tanto a luz visível quanto a parte central). Uma explicação um pouco mais complicada vem do artigo “s Escurecimento de membros da Wikipedia ou para Doutorado em Astrofísica, consulte H. H.Escurecimento de membros de Plaskett e rotação solar ou este artigo mais recente (e legível) Artigo do Instituto Max Planck sobre variação solar .
É assim que a intensidade varia com base nas latitudes: 
Observe que a medição é para uma faixa específica de luz visível e não se aplica longitudinalmente. O que constitui lateral e longitudinal no Sol é determinado pelo Eixo do Sol, que é determinado por seu Campo Magnético, que varia com o fluxo das correntes subterrâneas das várias camadas.
Em geral, a luz é emitida de forma semelhante ao que uma câmera registra durante um Eclipse Solar, esta é uma explicação bastante simplificada: 
Isso explica como a luz é criada (incluindo luz, ondas de energia, que não são visíveis ao olho humano) e como sua intensidade varia com base na localização, ângulo, tempo, etc. em que é visualizado. A cor real de um Sol é determinada por sua temperatura, veja aqui para obter mais informações sobre espectro e cor vs. temperatura (por que não há sóis verdes): https://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight .
Este é o espectro da luz visível: 
Aqui é onde a luz visível ocorre dentro de todo o Espectro (de Energia): 
Para entender o Universo, os astrônomos observam todos os comprimentos de onda; o céu cósmico tem uma aparência totalmente diferente em diferentes comprimentos de onda de luz.
Em comprimentos de onda de rádio, os astrônomos veem quasares distantes e gás quente em nossa Via Láctea. O céu infravermelho mostra principalmente pequenas partículas de poeira espalhadas por nossa galáxia e outras galáxias. Visível e ultravioleta mostram principalmente a luz de estrelas comuns. Os raios X revelam gás aquecido a milhões de graus entre as galáxias ou f tudo em objetos compactos como estrelas de nêutrons e buracos negros. Os raios gama podem ser produzidos apenas por fenômenos extremamente energéticos, e vemos vários tipos de emissão de raios gama no céu.
Os raios gama vistos ao longo do plano da Via Láctea não são de estrelas comuns, mas de reações nucleares geradas por prótons aceleradas até quase a velocidade da luz se chocando com o gás que fica entre as estrelas. Os raios gama também são vistos de blazares – feixes intensos de luz e partículas apontadas diretamente para a Terra, produzidos por buracos negros maciços em galáxias distantes. Os raios gama podem ser detectados nas explosões magnéticas na superfície do nosso Sol e pela decadência radioativa de núcleos atômicos de vida curta produzidos por explosões de supernova na Galáxia.
Todos os objetos em nosso Universo emitem, refletem e absorvem a radiação eletromagnética em suas próprias maneiras distintas. A maneira como um objeto faz isso fornece características especiais que os cientistas podem usar para sondar a composição, temperatura, densidade, idade, movimento, distância e outras quantidades químicas e físicas de um objeto.
…
Podemos pensar na radiação eletromagnética de várias maneiras diferentes:
• Do ponto de vista da ciência física, toda radiação eletromagnética pode ser considerada como originando-se dos movimentos das partículas subatômicas. Os raios gama ocorrem quando os núcleos atômicos são divididos ou fundidos. Os raios X ocorrem quando um elétron orbitando perto de um núcleo atômico é empurrado para fora com tal força que escapa do átomo; ultravioleta, quando um elétron é sacudido de uma órbita próxima para outra distante; e visível e infravermelho, quando os elétrons são sacudidos algumas órbitas para fora. Os fótons nessas três faixas de energia (raios-X, UV e ótica) são emitidos quando um dos elétrons da camada externa perde energia suficiente para cair e substituir o elétron que falta na camada interna. As ondas de rádio são geradas por qualquer movimento do elétron; até mesmo o fluxo de elétrons (corrente elétrica) em um fio doméstico comum cria ondas de rádio … embora com comprimentos de onda de milhares de quilômetros e de amplitude muito fraca.
• A radiação eletromagnética pode ser descrita em termos de um fluxo de fótons (pacotes de energia sem massa), cada um viajando em um padrão de onda, movendo-se na velocidade da luz. A única diferença entre as ondas de rádio, luz visível e raios gama é a quantidade de energia nos fótons. As ondas de rádio têm fótons com baixa energia, as microondas têm um pouco mais de energia do que as ondas de rádio, o infravermelho ainda tem mais, do que o visível, o ultravioleta, os raios X e os raios gama. Pela equação E = hf, a energia dita a frequência do fóton e, portanto, o comprimento de onda.
O valor da radiação EM que recebemos do Universo pode ser realizado considerando o seguinte: As temperaturas no Universo variam hoje de 1010 Kelvin a 2,7 Kelvin (nos núcleos das estrelas se transformando em supernova e no espaço intergalático, respectivamente).As densidades variam mais de 45 ordens de magnitude entre os centros das estrelas de nêutrons e o vazio virtual do espaço intergaláctico. As intensidades do campo magnético podem variar dos campos de 1013 Gauss em torno das estrelas de nêutrons aos campos de 1 Gauss de planetas como a Terra e os campos de 10-7 Gauss do espaço intergaláctico. Não é possível reproduzir esses enormes intervalos em um laboratório na Terra e estudar os resultados de experimentos controlados; devemos usar o Universo como nosso laboratório para ver como a matéria e a energia se comportam nessas condições extremas.
…
Como sugerido, consulte: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/gammaraybursts/imagine/page7.html para a versão completa.
O que você chama de luz visível é baseado em algumas coisas, você pode ver a luz por causa dessas três coisas: ela é produzida e viaja em sua direção, ela passa pela atmosfera sem ser bloqueada e seus olhos são sensíveis a essa frequência – algumas pessoas são mais sensíveis à luz UV e IR do que outras tanto quanto algumas pessoas podem ouvir frequências mais altas ou mais baixas.
Observe como a atmosfera cria “janelas” ou filtros que permitem apenas que certos comprimentos de onda penetrem uma certa distância. Apenas a luz visível e uma determinada faixa de radiofrequências podem penetrar todo o caminho até a superfície da Terra.
Sua câmera e instrumentos científicos na Terra e no espaço podem “ver” um espectro mais amplo do que seus olhos podem mas essas frequências podem ser mapeadas por tom (não HDR “ed) em imagens que seus olhos podem ver e seu cérebro pode compreender (como o radar pode fornecer informações para um observador treinado, mas não podemos ver as ondas de rádio).
Consulte: https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/spectra1.html para obter mais informações.
Para obter mais informações sobre o Espectro eletromagnético (luz visível e as frequências adjacentes) consulte: https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/emspectrum1.html .
Informações adicionais sobre a emissão de luz do Sol (é a jornada de abaixo da superfície até os nossos olhos) veja: Como os neutrinos passam pelo sol tão rapidamente .
Então é assim que o Sol cria energia, algumas podemos ver com nossos olhos e a maioria podemos ver detectar com instrumentos (e mapear para uma imagem), como ele viaja e por que alguma energia é bloqueada (evitando queimaduras solares graves). Você não perguntou como seus olhos convertem a energia para que seu cérebro possa ver, então não vou mais longe, mas a resposta está no SE.
Um curso online da PSU voltado para leitores mais jovens está disponível aqui : https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3.html .