
1L2_radtrans_2013.ppt
- Количество слайдов: 58
Часть 2. Основные понятия теории переноса излучения. Взаимодействие излучения и вещества 16. 02. 2018 Л 2
16. 02. 2018 Л 2
ПРИМЕРЫ СПЕКТРОВ Видимый спектр Солнца (NOAO) 16. 02. 2018 Л 2
16. 02. 2018 Л 2
Сверхгигант О 4 ζ Puppis (Pauldrach et al. 1994) 16. 02. 2018 Л 2
Основные элементарные процессы взаимодействия излучения и вещества 16. 02. 2018 Л 2
Длина свободного пробега фотона 16. 02. 2018 Л 2
Сечения 16. 02. 2018 Л 2
Локальное ТД равновесие Столкновения: 1. f(v)dv~v 2 exp(-mv 2/k. T(r)) (Максвелл с локальной Т) 2. Больцманн ni/n 1=gi/g 1 exp(-hν 1 i/k. T) 3. Саха npne/n 1~T 3/2 exp(-hν 1/k. T) Справедливо, когда поле излучения мало и не сильно искажает заселенности уровней (или равновесное) 16. 02. 2018 Л 2
1. Максвелловское распределение по скоростям (быстро устанавливается при столкновении частиц). Практически всегда выполняется для тепловой космической плазмы! 16. 02. 2018 Л 2
2. Больцмановское распределение по возбужденным уровням. Выполняется только в условиях ТД равновесия (локально) 16. 02. 2018 Л 2
Не-ЛТР • f(v) остается Максв. • Больцман-Саха стат. равновесие dni/dt=0 i (темп переходов на i = темп переходов c i) i 16. 02. 2018 Л 2
Особенно сложно для многоэлектронных атомов 16. 02. 2018 Л 2
Основные уравнения Параметры Гидродинамика Статистическое равновесие для заселенности уровней Перенос излучения Энергетический баланс Нелинейная система уравнений! Л 2 16. 02. 2018
Современные Не-ЛТР модели астрофизических спектров • Около 30 элементов • ~150 состояний ионизации • Свыше 5000 уровней (+100000 в разных степенях ионизации) • 20000 переходов диэлектронной рек. • 4 млн. bb-переходов (линии) • Ионизация Оже 16. 02. 2018 Л 2
16. 02. 2018 Л 2
Самосогласованное рассмотрение расширяющейся атмосферы + моделирование спектра определение параметров звезды и ветра и химического состава 16. 02. 2018 Л 2
16. 02. 2018 Л 2
Другие примеры Спектры Сверхновых на фотосферной стадии Широкие линии поглощения свидетельствуют о скоростях ~10000 км/с 16. 02. 2018 Л 2
Сводный спектр квазара ( в собственной СО) Широкие разрешенные и узкие запрещенные эмиссионные линии на фоне нетеплового (степенного) континуума 16. 02. 2018 Л 2
Спектры активных ядер галактик (аккреционный диск вокруг сверхмассивной черной дыры) 16. 02. 2018 Л 2
Спектр областей ионизованного водорода. Узкие эмиссионные линии на фоне теплового континуума 16. 02. 2018 Л 2
Планетарные туманности – сброшенные оболочки красных гигантов 16. 02. 2018 Л 2
Доминируют узкие запрещенные эмиссии многоэлектронных ионов С, S, O, N, Fe 16. 02. 2018 Л 2
Спектр рентгеновского источника с черной дырой Видны линии поглощения высокоионизованных ионов металлов (обсерватория Chandra) Miller et al. 2008 16. 02. 2018 Л 2
Основные понятия переноса излучения. 1. Удельная интенсивность Зависит от положения в пространстве, направления и частоты поле излучения 16. 02. 2018 Л 2
В отсутствие источников излучения и поглощения интенсивность сохраняется вдоль луча 16. 02. 2018 Л 2
2. Поток излучения: Полная энергия через площадку Поток Fv = [ эрг/(см 2 с Гц) ] В сферически-симм. случае поток ~ 1/r 2 16. 02. 2018 Л 2
Равновесное излучение (АЧТ) Формула Планка, 1900 Iνdv=Iλdλ [эрг/см 2/с/А/стер] 16. 02. 2018 Л 2
Свойства и предельные случаи 16. 02. 2018 Л 2
[эрг/см 3] 16. 02. 2018 Л 2
Поглощение Коэфф. поглощения Оптическая толща 16. 02. 2018 Л 2
Принцип формирования линий поглощения: наблюдатель «видит» до τ~1 В спектральной линии более внешние, холодные слои атмосферы 16. 02. 2018 Л 2
Излучение 16. 02. 2018 Л 2
16. 02. 2018 Л 2
Функция источника имеет размерность интенсивности Уравнение переноса излучения вдоль луча ( s – аффинный пар-р) 16. 02. 2018 Л 2
Оптическая длина (толщина, глубина) Средняя длина свободного пробега фотона 16. 02. 2018 Л 2
(формальное решение!) 16. 02. 2018 Л 2
Пример: перенос излучения в однородной среде (2. 34) 16. 02. 2018 Л 2
1. Оптически толстая среда излучает в непрерывном спектре 2. Линии (излучения или поглощения) возникают только в оптически тонких средах! 16. 02. 2018 Л 2
В важном частном случае ЛТДР 16. 02. 2018 Л 2
Пример: звездные атмосферы Простейший случай – плоско-параллельная атмосфера Опт. толща вдоль нормали: 16. 02. 2018 Л 2
(внутрь) (наружу) 16. 02. 2018 Л 2
Выходящее излучение: Подынтегральное выражение оценивается при тау=1 Для наклонного луча зрения интенсивность оценивается ф. источника при Под наклоном видим более мелкие слои 16. 02. 2018 Л 2
Потемнение к краю диска Солнца 16. 02. 2018 Л 2
К эффекту потемнения к краю. Излучение от лимба (b) идет с меньших глубин, где функция источника имеет меньшее значение ЛТДР Распределение температуры в атмосфере Солнца Не-ЛТДР 16. 02. 2018 Л 2
Хромосфера Солнца в линии Н-альфа. Виден эффект резкого потемнения к краю 16. 02. 2018 Л 2
Солнце в мягком рентгеновском диапазоне. Почему нет эффекта потемнения к краю? 16. 02. 2018 Л 2
Спектры звезд Определяются 1. 2. 3. 4. Тэфф 16. 02. 2018 Л 2 Эффективной температурой Состоянием ионизации эл-тов Хим. составом Ускорением силы тяжести в фотосфере (g~GM 2/R 2)
Эффективная температура 16. 02. 2018 Л 2
Упражнение: оцените (по порядку величины) эфф. температуру черной дыры с массой Солнца, считая (это отличное приближение!) излучение чернотельным (С. Хоукинг, 1974). Ответ: 10 -6 К (М/M )-1 16. 02. 2018 Л 2
Пример: Бальмеровский скачек (граница серии Бальмера 3646 А) Состояние ионизации отражается на поведении непр. спектра. При λ>3646 A нет переходов с n=2 в континуум (b-f) èАтмосфера прозрачнее èПоток выходит из более глубоких горячих слоев èБальм. скачек в непр. сп. 16. 02. 2018 Л 2
Бальмеровский скачек (продолжение) Тэфф При ЛТДР Б. с. должен увеличиваться при уменьшении Т. На самом деле все наоборот! Причина: при Тэфф<7500 K основной вклад в формирование непр. спектра вносит ион Н- (энергия связи ~0. 75 э. В). Фотоны с λ<16500 A поглощаются при b-f переходах иона Н- эффективнее! èБальмеровский скачек наиболее заметен при Тэфф~10000 K (зв. А 0) 16. 02. 2018 Л 2
Яркостная температура 16. 02. 2018 Л 2
Нетепловые спектры 16. 02. 2018 Л 2
Пример: 1. спектры квазаров 16. 02. 2018 Л 2
16. 02. 2018 Л 2
Пример 2: спектр Крабовидной туманности (пульсар – нейтронная звезда в центре остатка вспышки сверхновой 1054 г. ) 16. 02. 2018 Л 2