가장 가까운 항성, 태양

기본자료 거리: 1.0 AU (1.02 – 0.98) 각크기 : 0.52도=32분 회전주기 : 25.38일(적도) 밀도:1.4 g/cm3 표면탈출속도 : 617.7 km/s 표면온도 : 5800도 중심온도: 15*106도 K 분광형 :G2V 겉보기등급 : -26.74 절대 등급 : 4.83

5. 태양-하나의 핵 발전소 태양의 에너지 태양은 스스로 빛을 내는 거대한 고온의 기체구이다. 태양이 1초 동안에 방출하는 에너지 = 4  1026 W. 태양의 나이는 46억년.

태양 에너지의 근원? 1800년대 중반: Darwin: 진화를 설명하려면 적어도 > 108 years old Lyell: 지질학적 변화를 설명하려면 > 108 years Kelvin: 중력 포턴셜에서는 단지 천만년 유지 ! 당시는 태양 에너지 근원을 설명할 물리적 과정이 없음! Charles Darwin Charles Lyell William Thomson, Lord Kelvin

5.1. 태양에너지의 근원 산화 에너지 중력 에너지 (위치에너지의 반이 에너지로 방출, 반은 운동에너지로) 질량 에너지 태양에너지의 근원이 산화에 의한 열에너지라면, 태양은 수 천년이상 지속될 수 없다. 중력 에너지 (위치에너지의 반이 에너지로 방출, 반은 운동에너지로) 태양은 매년 40m 씩 수축해야 한다. 태양은 최대로 1억년 정도 지속된다. 질량 에너지 Einstein의 상대성이론 E = m c2 태양의 질량 손실: 4  1012 g/yr

물질의 상태 고체 , 액체 . 가스, 프라즈마 ;물질 입자(분자, 원자, 이온) 의 에너지가 다르다. 즉 열에너지를 얻거나 잃으므로 상태가 달라진다. Water : 고체(어름, 눈), 액체(물), 기체(증기) 4 가지의 힘 전자기력(EM force) : binding atoms in solids, liquids, and holds electrons within atoms 강한힘(Strong force) : holds together proton, netrinos, and atomic nuclei. 약한힘(Weak force) : controls a variety of nuclear interactions including radioactive decay. 중력

전자기력

Strong force

Weak force

5.2. 소립자 반입자 각각의 입자에 대응하는 반입자가 존재한다. 입자와 반입자는 서로 접촉하면서 소멸된다. 반 양성자 반 중성자 양전자 반입자 각각의 입자에 대응하는 반입자가 존재한다. 입자와 반입자는 서로 접촉하면서 소멸된다.  에너지가 생긴다.

Chemical elements

5.3. 핵 융합 반응 핵 인력과 전기적 반발력 핵융합 (턴넬링에의한 쿨롬장벽을 뚤음 :양자역학) 양성자와 양성자는 서로 전기적 반발력 (~ 1 Mev)을 가지고 있다. 양성자와 중성자는 강한 핵력에 의해서 결합되어 있다. 양성자와 양성자가 핵력에 의해서 결합되려면 큰 운동 에너지 (열 에너지)가 필요하다. 핵융합 (턴넬링에의한 쿨롬장벽을 뚤음 :양자역학) 4개의 수소 원자가 1개의 헬륨 원자를 만든다. 입자들이 강한 핵력으로 뭉쳐 하나의 원자핵을 형성할 때 핵 에너지가 방출된다. (질량이 약간 줄어든다.)

5.4. 태양내부의 핵 융합: P-P 연쇄 반응 1 단계 1H + 1H  2H + e+ +  (1.44Mev) e+ + e-  -ray 2 단계 2H + 1H  3He + -ray (5.49 Mev) 3 단계 3He + 3He  4He + 21H (12.9 Mev) 질량손실은 수소 질량의 0.7%. X 4 = 0.0286 (원자량)

원자핵 Positively Charged 강한 핵력으로 결합 Helium Neutrally Charged

핵합성에 의한 에너지 방출 원인? 핵합성 : 질양 : 4m(p) > m(4He) ! 4개의 양성자 질량 < 하나의 헬륨질량 Einstein says E = mc2: 질량은 에너지의 한 형태! each 4He liberates energy:

태양의 주계열 수명 E=mc2 한번 의 융합 반응에서 나오는 에너지 =0.0286(1.66x10-27)(9x1016)=4.3x10-12J 태양에서 얻을 수 있는 열핵반응 총에너지 E total = m(4 H –He) C2 (0.1Mo) /m(4H) = 0.0071x(9x1016)(0.2x1030)=1.28x1044J 현재 태양광도 : 3.9x1026 J/s  100억년 지속

The CNO Cycle

5.5. 태양내부 이론-(1) 안정된 태양 태양은 팽창하거나 수축하지 않는다. 태양 내부의 온도는 1500만도. 압력이 매우 높다. 압력은 외각 층의 무게와 평형을 이룬다. “정 유체 역학적 평형”  태양 내부의 압력과 온도를 계산할 수 있다.

5.5. 태양내부 이론-(2) 태양 내부에서의 열 전달 전도 복사 대류 거의 일어나지 않는다. 아주 느리게 진행된다. 중심부의 광자가 태양 표면까지 수 백만년이 걸린다. (참고) 중성 미자는 빛의 속도로 태양을 통과한다. 대류 태양의 중심부와 표면근방에서 중요.

5.6. 태양내부관측: 태양 지진학 태양 진동 관측 방법 태양 진동의 근원은 태양 내부 깊숙한 영역에서 발생되어 파동운동에 의해 나타난다. 관측 방법 태양의 진동에 의한 표면의 시선 속도 (<100 m/s) 를 측정한다. “범 세계 진동 관측 망군” 태양 표면의 대류 층은 태양 반지름의 30%까지 확장되어 있다.

5.6. 태양내부관측: 태양에서 온 중성 미자 중성 미자의 성질 중성 미자의 검출 질량이 없고 광속도로 진행한다. (태양에너지의 약 3%) 다른 물질과 거의 상호 작용을 하지 않고 그냥 통과한다. 중성 미자의 검출 염소 원자핵과 반응 Cl +   Ar 1.5 km 떨어진 지하 갱도에서 40만 l 의 염소 탱크를 설치해서 측정한다. 측정 결과와 이론이 일치하지 않는다. 중성 미자가 질량을 가지고 있는 것이 아닐까? 여러 종류의 중성미자로 설명

2002년 노벨 물리학상–Raymond Davis 의 south Dakoda Homestake 금광갱도 의 지하 1 2002년 노벨 물리학상–Raymond Davis 의 south Dakoda Homestake 금광갱도 의 지하 1.6km : 중성미자 검출을 위한 40만 리터 C2 CL4 저장고                                   

Masatoshi Kosiba – 2002 년 노벨 물리학상 Kamiokande 중성미자 검출기                                                  

Riccardo Giacconi – 2002 Nobel 물리학 상 Einstein X-ray Observatory NASA- Uhuru Father of X-Ray Astronomy : 1962 ;cosmic x-ray source detected

Lower-energy neutrino GALLEX & SAGE : in gallium GALLEX : 77.5 +-10.7 SNU SAGE : 75.4 +-10.1 SNU Model : 130 SNU  discrepancy in properties of the neutrino (electron neutrino + muon & tau neutrinos), if neutrinos have finite mass , these three types may couple.

중성미자의 문제 3종류의 중성미자 ; 3 flavors Davis : one flavor, electron-neutrino 관측 Oscillate among 3 flavors  some of electron –neutrino transform into tau- and muon-neutrinos  neutrino cannot oscillate unless they have mass (암흑물질 후보)

생각해 보기 태양에서 핵 융합 반응이 갑자기 멈출 경우 어떤 영향을 예측할 수 있을까? 태양의 활동이 지구에 미치는 영향? 왜 현대에는 우주 예보가 필요할까?