دمای ستارگان

برای بدست آوردن دمای یک ستاره ما به طیفی که از آن ستاره به دست می آید نیاز داریم.
البته دمایی که ما می خواهیم بدست بیاوریم مربوط به سطح آن است نه داخل ستاره.
بسیار واضح است که دمای سطح ستاره بسیار کمتر از داخل آن است دلیل آن هم تراکم مواد است هر چه تراکم بیشتر باشد دمای ستاره در آن محل زیادتر است تا جایی که تراکم کمتر است
ابتدا بیایید طیف نمایی را بررسی کنیم و ببینیم اصلا چه سودی دارد که ما طیف ستاره را داشته باشیم.
همان طور که گفته شد دما در سطح هر ستاره را می توان به روش طیف نمایی بدست آورد. حتی می توان مقدار و نوع مواد در سطح هر ستاره را پیش بینی کرد.
خود طیف نمایی یک علم است این علم به بررسی اشعه ای می پردازد که از طرف یک شی نورانی در اینجا ستاره به سمت ما می آید دانشمندان این علم وسیله را برای کار خود در اختیار دارند به نام طیف نما.
● طیف نما چیست؟
ما ۲ تا طیف نمای کلی داریم یکی طیف نمای منشوری و دیگری طیف نما با توری پراش
● طیف چیست؟
اگر شما شکست نور خورشید بعد از گذشتن از منشور را دیده باشید حتما ۷ رنگ مشهور را هم دیده اید به مجموع این ۷ رنگ طیف نور خورشید گفته میشود می دانید چرا شما رنگها را می بینید؟ چرا شما رنگ قرمز را از بنفش یا آبی تشخیص می دهید؟ دلیل آن در طول موج است رنگ سرخ بلند ترین طول موج نور مریی را دارد و بنفش کوتاه ترین طول موج نور مریی را داراست.
● طول موج چیست؟
هنگامی که دریا طوفانی می شود دریا امواجی را موازی می فرستد وقتی کلمه طول موج می آید بیشتر اشخاص یاد نور می افتند ولی در حقیقت هر ۲ موجی طول موج دارند حتی ۲ موج دریا
هر طول موج مسافت بین ۲ قعر یا قله موج است حالا شاید سوال برایتان پیش بیاید که بگویید شاید طول موج ما آنقدر کوچک بود که نتوانستیم آن را با واحد مثلا سانتیمتر اندازه بگیریم یا متر در پاسخ باید گفت که طول موج را با واحدی به نام آنگستروم اندازه می گیرند که چیزی در حدود ۱۰ به توان منفی ۱۰ متر است.
برای مثال طول موج نور سرخ ۷۰۰۰ آنگستروم است برای تبدیل آن به متر باید (۷×۱۰^۳)/(۱۰^۱۰)=۷×۱۰^-۷m .پس تا اینجای کار ما با طیف و وسیله مور د استفاده ی اخترشناسان برای فهمیدن دمای ستارگان آشنا شدیم. دوباره به بحث اصلی می پردازیم داشتیم در مورد دمای ستارگان صحبت می کردیم برای آنکه یک واحد مشخصی برای دما داشته باشیم دما را با واحد کلوین نشان می دهیم.
برای آنکه با مقیاس کلوین بیشتر آشنا شوید
x(k)-۲۷۳=y(cg)
k=کلوین cg=سانتیگراد
معمولا دمای ستارگان بین ۵۰۰۰ تا ۷۰۰۰ کلوین می باشد
برای بیان این گرما یک مثال بچگانه می زنم آیا شما می توانید دست خود را داخل آبی در حال جوش بگذارید؟ اگر نمی توانید باید بدانید که این آب در حدود ۱۰۰ درجه سانتی گراد دما داردبرای مقایسه ۲ کار می توان انجام داد. اینکه دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد را به کلوین تبدیل کنیم:۱
۵۰۰۰ درجه کلوین را به سانتیگراد تبدیل کنیم:۲
ما راه اول را بر می گزینیم یعنی سانتیگراد را به کلوین تبدیل می کنیم
۱۰۰+۲۷۳=۳۷۳(K)
حالا بیایید ۵۰۰۰ را در صورت و ۳۷۳ را در مخرج بگذارید و مقایسه کنید
۵۰۰۰/۳۷۳=۱۳/۴ جواب تقریبی است
می بینید که ۱۳ برابر دمای آب جوش را اگر بالا ببریم تازه به دمای سطح ستاره ای با دمای پایین می رسد. دانشمندان مینیمم دمای ستارگان را ۱۸۰۰ درجه کلوین و ماکزیمم آن را ۵۰۰۰۰ در جه کلوین ثبت کرده اند.
یکای دیگری که دانستن آن بی ضرر نیست فارنهایت است
x(cg)*۹/۵+۳۲=y(f)
cg=سانتیگراد f=فارنهایت
مثالی هم برای این مقیاس می زنیم
برای ستاره ای با دمای ۵۰۰۰۰ کلوین تبدیلات سانتیگراد و فارنهایت را انجام دهید
ابتدا آن را از رابطه قبلی به سانتیگراد تبدیل می کنیم
۵۰۰۰۰-۲۷۳=۴۹۷۲۷(cg)
و از اینجا به فارنهایت تبدیل می کنیم
۴۹۷۲۷×۹/۵+۳۲=۸۹۵۴۰.۶(f)
● چگونه دمای ستارگان را محاسبه کنیم؟
اولین گام برای محاسبه تعیین توزیع انرژی طیف است.
● توزیع انرژی طیف چیست؟
همان طور که از اسمش بر می آید بیان کننده این است که در هر طیف از رنگهای بدست آمده از نور ستارگان چه انرژی نهفته است یا بهتر بگویم انرژی آن طول موج چقدر است؟
ما منحنی ای داریم که بر اساس بلندی و کوتاهی طول موجها طراحی شده است ما در این نمودار می توانیم بفهمیم که هر چقدر که طول موج کوتاه تر باشد انرژی بالاتری دارد و بالعکس
اگر طیف های خورشید را در نمودار بگذاریم می بینیم که بنفش بیشترین انرژی و کمترین طول موج را داراست.
● این منحنی از کجا آمده است؟
اگر خودمان هم دقت کنیم تجربه ی روزانه این مطلب را بارها به ما ثابت کرده است که هرگاه در یا آرام است یعنی طول موج ها زیاد است اثر تخریبی ندارد یعنی انرژی آن کم است ولی وقتی دریا طوفانی می شود یعنی طول موجها به هم پیوسته یا تقریبا خیلی نزدیک می شوند دریا خاصیت ویران کنندگی دارد و انرژی آن زیاد است از این رو به طور تجربی این نمودار درست در می آید ولی اگر بخواهیم دقیقتر بگوییم دانشمندان با تبدیل نور به انرژی و سپس اندازه گیری آن می توانند بسیار دقیق طول موجهای اندازه گرفته شده را ارزیابی کنند و نتایج را در نمودار به ما بدهند.
پس ما می توانیم با داشتن این منحنی به راحتی اولین قدم را برداریم.
گام دوم که بسیار به گام اول مربوط می شود مربوط می شود به جستجو در نموداراین بار ما باید به دنبال کوتاه ترین طول موج برویم یعنی پر انرژی ترینشان از این رو ما باید به دنبال لاندای ماکزیمم باشیم.
لاندا=طول موج
گام سوم را ویلهلم وین برداشته است او با کشف این فرمول بسیار راحت و خطی کار ما را راحت کرده است.
maxدمای ستاره=(۲۸۹×۱۰^۵)لاندا
دما برحسب کلوین و ماکزیمم لاندا بر حسب آنگستروم است همان طور که مشاهده می کنید لاندا ماکزیمم با دما نسبت عکس دارد یعنی هر چه طول موج کمتر باشد دما بیشتر است و بالعکس :
▪ اثبات فرمول
آهنی را ملتهب کرده و نوری را که از آن متصاعد می شود را می گیریم و طیف نمایی می کنیم و لاندای ماکزیمم را بدست می آوریم و سپس با وسیله ای مانند تف سنج نوری دمای آهن را بدست می آوریم و سپس با داشتن این رابطه
دما %۱ماکزیمم لاندا
حالا با داشتن این رابطه می توان تساوی نوشت
دما =x/ماکزیمم لاندا
همان ضریب تساوی است که ما با داشتن آن دو داده می توانیم به راحتی ضریب را که همان ۲۸۹×۵^۱۰ است را بدست بیاوریمx
مثال اینکه لاندای ماکزیمم خورشید برابر با ۴۷۰۰ آنگستروم می باشددمای آن را تعیین کنید
دما =(۲۸۹×۵^۱۰)(۴۷×۲^۱۰)=۶.۱۴×۳^۱۰ تقریبا
جالب است بدانید که دمایی که به این روش محابسه می شود به دمای جسم تاریک موسوم است. روش های دیگری هم برای بدست آوردن دمای ستاره مرسوم است ولی این یکی از همه استاندارد تر است.

منبع : دانشجویان