АСТРОновости
Новости о самых интересных астрономических исследованиях и открытиях
Новая модель Солнца лучше показывает его работу в целом
Новое моделирование Солнца показывает процессы больших и малых масштабов.
Группа исследователей из США, Китая и Японии разработала компьютерную симуляцию которая способна показывать крупномасштабные и мелкомасштабные процессы на Солнце. В своей статье, опубликованной в Science, команда описывает, как работает их моделирование и почему они считают, что это поможет решить один из главных вопросов исследования нашего светила.
За много лет ученые разработали различные инструменты, помогающие понять, как работает Солнце. В последние годы, были созданы модели, которые способны продемонстрировать процессы, происходящие на Солнце. Например, 11-летний цикл (Швабе) разворота магнитного поля. Но такие модели преимущественно подразделялись на две категории: имитирующие большие и относительно небольшие процессы.
Радиальное магнитное поле при г = 0.92R, где R — радиус Солнца
Фото: Hideyuki Hotta, Университет Чиба
Целью новой симуляции было их объединение для создания лучшего представления о работе нашей центральной звезды в целом, и ответа на вопрос, как ему удается поддерживать устойчивое крупномасштабное магнитное поле, хотя, при небольших масштабах там не заметно ничего, кроме хаоса. В этом новом исследовании ученые разработали новый тип имитации Солнца, чем вплотную приблизились к пониманию проходящих на нем больших и малых процессов.
При создании новой симуляции исследователи использовали для снижения коэффициентов диффузии (параметров, которые используются для описания того, как Солнце работает в целом) математику. Небольшое уменьшение температуропроводности позволило свести к минимуму воздействие на средства, с помощью которых светило генерирует электромагнитное поле. Это дало возможность создать целый ряд новых изображений.
Радиальное магнитное поле при г = 0.92R, где R — радиус Солнца
Фото: Hideyuki Hotta, Университет Чиба
До сих пор моделирование Солнца не ответило на вопрос, каким образом ему удается сохранять свое крупномасштабное магнитное поле, но исследователи предполагают, что это связано с небольшими, но сильными магнитными полями с низкой вязкостью, подавляющими хаос, в результате чего становится возможным поддержка большого общего поля. Они надеются использовать новый метод симулирования для лучшего понимания 11-летнего цикла, играющего важную роль при выбросе на Землю частиц, которые создают проблемы спутникам и другому электронному оборудованию.
Источник
Искусственное Солнце: плюсы и минусы проектов
Наступила осень, и скоро нас всех ждут короткие дни и длинные темные ночи. А в некоторых регионах планеты бывают и полярные ночи, когда Солнце утром вовсе не появляется из-за горизонта или восходит лишь на короткое время, иногда менее получаса. К сожалению, уличные фонари никогда не заменят солнечного света. Но можно ли найти другое решение? Могут ли современные технологии обеспечить нам искусственное Солнце?
Звучит, конечно, грандиозно, но на самом деле кое-что мы уже способны сделать. Речь идет о космических зеркалах, которые могли бы отражать солнечный свет и освещать определенные регионы Земли в темное время суток. Подобные космические «солнечные зайчики» пригодятся не только для освещения городов, автострад и других повседневных нужд, но и, например, для экстренного освещения зоны стихийных бедствий или боевых действий.
Светлое «знамя» над миром
Первые опыты в области разработки «космического прожектора» осуществила Россия. Это закономерно, учитывая огромные пространства и большое количество северных городов. Проект «Знамя» был многообещающим и начался вполне успешно.
Космический корабль «Прогресс» стал первым управляемым космическим зеркалом, которое осветило Землю
Российские ученые планировали вывести на орбиту 20-метровое зеркало, которое должно было осветить Землю ночью. Поскольку монолитное металлическое зеркало такого диаметра на орбиту вывести невозможно, было решено использовать зеркало из тонкой светоотражающей пленки. Разворачивание столь большого полотнища из тончайшего непрочного материала само по себе является сложнейшей инженерной задачей. В итоге была выбрана довольно «мудреная» конструкция: на борту грузового космического корабля «Прогресс М-15» устанавливалось восемь катушек с полосами светоотражающей полиэтилентерефталатной пленки толщиной всего 5 мкм. Данная пленка сегодня широко используется практически повсеместно: от упаковки продуктов до создания металлизированных солнечных парусов.
На орбите космический корабль должен был начать вращаться, а катушки постепенно разматывать пленку. Под действием центробежной силы зеркало разворачивалось, а специальное гибкое кольцо обеспечивало круглую форму зеркала.
Проект «Знамя» доказал эффективность космического зеркала в деле освещения больших участков земной поверхности
4 февраля 1993 года эксперимент «Знамя-2» был успешно осуществлен. Двадцатиметровое зеркало из тончайшей алюминизированной пленки развернулось в штатном режиме и осветило Землю. Поскольку «Прогресс М-15» мчался по орбите с огромной скоростью, «солнечный зайчик» диаметром около 5 км проносился по поверхности Земли так же быстро – со скоростью 8 км/с. Поэтому «волшебного восхода» посреди ночи жители Европы не наблюдали – лишь яркую вспышку в небе. Пятно света от «Знамени-2» пробежало от Франции до Беларуси, где его застал восход Солнца. Несмотря на то, что над Европой была сплошная облачность, многие люди видели вспышку света. Немецкие метеорологи даже зафиксировали освещенность от светового пятна «Знамени-2», она составила приблизительно 1 люкс (1 люмен на квадратный метр). Для сравнения, яркость 60-Вт лампочки накаливания составляет 700-800 люмен. На первый взгляд, космическое зеркало светило совсем тускло, но следует помнить, что оно имело не такую уж и большую площадь отражающей поверхности, да, к тому же, освещало не комнату в 10 кв. м, а круг диаметром 5000 м. В целом ученые сравнили свет от «Знамени-2» со светом полной Луны, что для 20-м зеркала очень неплохо.
Эксперимент «Знамя-2» привлек внимание мировой общественности и доказал возможность освещения Земли с помощью космического зеркала. Поэтому российские ученые подготовили следующий эксперимент этой серии – «Знамя-2,5». Это был переходный этап перед созданием «полнофункционального» 200-м зеркала, которое могло бы освещать на порядок большие регионы.
В «Знамени-2,5» использовались те же технологии, что и в первом эксперименте, только зеркало было на 5 м больше – диаметром 25 м. Оно должно было дать световое пятно размером около 8 км. 4 февраля 1999 года зеркало, установленное на борту транспортного космического корабля «Прогресс М40», начало разворачиваться, но зацепилось за антенну и запуталось в ней. Эксперимент не удался, и корабль затопили в океане.
Третий проект, «Знамя-3» так и не состоялся.
Будущее космических зеркал
В июне 2012 года в Италии прошла 25-я международная конференция ECOS 2012, посвященная перспективным путям развития экологически чистой энергетики. На этом мероприятии также обсуждались и преимущества космических зеркал, освещающих Землю.
Дело в том, что наша планета получает от Солнца 2×1014 КВт энергии, а на расстоянии геостационарной орбиты (35 786 км) – в 45 раз больше. Вынос коллекторов, собирающих энергию Солнца, в космос решает многие проблемы. Прежде всего, это экономит полезное пространство, поскольку огромные поля солнечных панелей на Земле будут занимать слишком много места, потребуют мощных опорных конструкций, силовых приводов для слежения за Солнцем и т.д. Но, к сожалению, КПД современных солнечных панелей очень низок, и они за свой срок службы в космосе попросту не окупятся. Другое дело зеркало: относительно дешевая и простая конструкция без сложной электроники может направлять дополнительный солнечный свет на небольшие наземные коллекторы, а также освещать города и сельскохозяйственные угодья.
Плотность солнечной энергии в обычный погожий летний день на нашей планете в среднем равна 1,36 КВт/м 2 . Таким образом, заменить солнечный свет солнечным же «зайчиком», в общем-то, не так уж и сложно. Создание больших зеркал размером с небольшую страну до недавнего времени было фантастикой. Однако с появлением современных компьютерных технологий создание массива отдельных автономных аппаратов, работающих в единой сети, является технологически решаемой задачей.
По этой формуле каждый может рассчитать диаметр зеркала и высоту орбиты, необходимые для освещения его родного населенного пункта
Ключевым вопросом остается лишь вывод большой массы грузов на орбиту. Стоимость вывода тонкопленочного зеркала сегодня составляет несколько тысяч долларов за килограмм. Если брать далеко не самое современное зеркало проекта «Знамя» с плотностью 22 г/см 2, то получается весьма «грустная» сумма, которая большинству стран не по карману. Но современные технологии позволяют создать зеркала с вдвое меньшей массой. К тому же, в настоящее время разрабатываются проекты тяжелых ракет-носителей, вроде американской SLS, способной выводить на низкую околоземную орбиту 140 тонн груза.
По расчетам специалистов НАСА, вывод зеркала диаметром 1 км стоит 80,3 млн долл. или 102,3 долл. за 1 кв.м*. Для реализации масштабных проектов требуется радикальное снижение стоимости вывода грузов на орбиту: приблизительно до 200 долл. за килограмм груза.
Есть и другой нюанс. Дело в том, что чем выше орбита, тем больше по размеру солнечный «зайчик» и меньше энергии направляется на квадратный метр поверхности. Например, при орбите высотой 800 км для передачи солнечного света с плотностью энергии 1 КВт на 1 м 2 земной поверхности и непрерывного освещения выбранного участка Земли достаточно лишь нескольких десятков зеркал площадью 1 кв. км (для сравнения, площадь основания пирамиды Хеопса равна 0.05 кв. км, т.е. в 50 раз меньше). На геостационарной орбите высотой 35,8 тыс. км для достижения того же уровня освещенности придется сооружать зеркало площадью 150 тыс. кв. км – это меньше площади Беларуси (207 тыс. кв. км) и составляет примерно половину площади Польши. Это, безусловно, гигантское зеркало, но оно смогло бы непрерывно освещать огромный регион: в круге диаметром 3329 км — это территория от Смоленска до Новосибирска и от северной морской границы России до китайской границы с Киргизией, попутно свет накрыл бы весь Кавказ и Казахстан. При этом данная территория за год получала бы дополнительных 41200 ЭДж энергии, при нынешнем общепланетном потреблении в 500 ЭДж.
Современные технологии позволяют разворачивать в космосе намного более легкие и крупные зеркала, чем 20-м «Знамя»
Правда, создание такого зеркала является делом очень неблизкого будущего, поскольку при современных ракетных технологиях вывести на орбиту такой комплекс можно будет минимум за несколько сотен лет, да и то усилиями всей планеты. Также довольно трудно спрогнозировать, насколько радикально изменит климат и функционирование биосистем такое зеркало, создающее «вечный летний день». А ведь цикл дня и ночи очень важен для всего живого, к тому же дополнительная тепловая энергия создаст совершенно новый климатический фактор.
Человечеству уже по силам собрать в космосе зеркало, которое будет светить в десятки раз ярче, чем полная Луна. Выгода налицо: для освещения используется «бесплатная» энергия Солнца; осветить можно сразу крупный регион или город; в несколько раз повысить отдачу энергии наземных солнечных электростанций; космическая система освещения не боится никаких земных катаклизмов вроде землетрясений и ураганов. Также подобное зеркало могло бы продлить вегетационный период полезных растений.
Сложности реализации крупных проектов космических зеркал по-прежнему заключаются лишь в несовершенстве технологий вывода грузов в космос. На геостационарной орбите (оптимальной для зеркала) нужно сооружать космическое зеркало огромной площади. В свою очередь, на более низких круговых орбитах для непрерывного освещения участка Земли придется использовать множество отдельных зеркал, что также отнюдь не удешевляет проект и к тому же упирается в проблему космического мусора. Но, так или иначе, у человечества есть интересная возможность повысить комфортность своего обитания не в рамках отдельно взятого помещения, а крупного города или целого региона. В ближайшем будущем, возможно, появятся новые технологии доставки грузов в космос, будут созданы технологии изготовления космических зеркал с помощью, например, наночастиц на основе метаматериалов. И тогда, наконец, человечество сможет реализовать давнюю мечту и создать свое искусственное Солнце в ночном небе.
Источник
Стандартная солнечная модель — Standard solar model
Стандартная солнечная модель ( SSM ) является математическим лечением Солнца как сферический шар газа (в различных состояниях ионизации , с водородом в недрах будучи полностью ионизированную плазму ). Эта модель , технически сферически-симметричная квазистатическая модель звезды , имеет звездную структуру, описываемую несколькими дифференциальными уравнениями, выведенными из основных физических принципов. Модель ограничена граничными условиями , а именно светимостью, радиусом, возрастом и составом Солнца, которые хорошо определены. Возраст Солнца нельзя измерить напрямую; один из способов оценить это — по возрасту самых старых метеоритов и по моделям эволюции Солнечной системы. Состав фотосферы современного Солнца по массе состоит из 74,9% водорода и 23,8% гелия. Все более тяжелые элементы, называемые в астрономии металлами , составляют менее 2 процентов массы. SSM используется для проверки справедливости теории звездной эволюции. Фактически, единственный способ определить два свободных параметра модели звездной эволюции, содержание гелия и параметр длины смешения (используемый для моделирования конвекции на Солнце), — это настроить SSM так, чтобы он «соответствовал» наблюдаемому Солнцу.
СОДЕРЖАНИЕ
Калиброванная модель Солнца
Считается, что звезда находится в нулевом возрасте (протозвездная), когда предполагается, что она имеет однородный состав и только начинает получать большую часть своей светимости от ядерных реакций (таким образом, пренебрегая периодом сжатия из облака газа и пыли). . Для получения SSM, один солнечная масса ( М ☉ ) звездная модель при нулевом возрасте развивалась численно с возрастом Солнца Содержание элементов в модели Солнца нулевого возраста оценивается по первичным метеоритам. Наряду с этой информацией об изобилии, разумное предположение о светимости нулевого возраста (например, светимость современного Солнца) затем преобразуется с помощью итерационной процедуры в правильное значение для модели, а также температуру, давление и плотность по всей модели. рассчитывается путем численного решения уравнений структуры звезды в предположении, что звезда находится в стационарном состоянии . Затем модель численно эволюционирует до возраста Солнца. Любое расхождение с измеренными значениями яркости Солнца, содержания на поверхности и т. Д. Затем может быть использовано для уточнения модели. Например, с момента образования Солнца некоторые гелий и тяжелые элементы осели из фотосферы путем диффузии. В результате в фотосфере Солнца сейчас содержится примерно на 87% больше гелия и тяжелых элементов, чем в протозвездной фотосфере; Протозвездная фотосфера Солнца состояла на 71,1% из водорода, на 27,4% из гелия и на 1,5% из металлов. Для более точной модели требуется мера осаждения тяжелых элементов за счет диффузии.
Численное моделирование уравнений структуры звезды
Дифференциальные уравнения звездной структуры, такие как уравнение гидростатического равновесия, интегрируются численно. Дифференциальные уравнения аппроксимируются разностными уравнениями . Предполагается, что звезда состоит из сферически-симметричных оболочек, и численное интегрирование выполняется за конечные этапы с использованием уравнений состояния , дающих соотношения для давления, непрозрачности и скорости генерации энергии с точки зрения плотности, температуры и состав.
Эволюция Солнца
Ядерные реакции в ядре Солнца изменить свой состав, путем преобразования водорода ядра в гелиевых ядер в протон-протонной цепи и (в меньшей степени на Солнце , чем в более массивных звездах) в цикл CNO . Это увеличивает средний молекулярный вес в ядре Солнца, что должно привести к снижению давления. Этого не происходит, поскольку вместо этого сжимается ядро. По теореме вириала половина гравитационной потенциальной энергии, выделяемой этим сжатием, идет на повышение температуры ядра, а другая половина излучается. Это повышение температуры также увеличивает давление и восстанавливает баланс гидростатического равновесия . Яркость Солнца увеличивается с повышением температуры, что увеличивает скорость ядерных реакций. Наружные слои расширяются, чтобы компенсировать повышенные градиенты температуры и давления, поэтому радиус также увеличивается.
Ни одна звезда не является полностью статичной, но звезды остаются на главной последовательности (сжигая водород в ядре) в течение длительного времени. Что касается Солнца, то оно находится на главной последовательности примерно 4,6 миллиарда лет и станет красным гигантом примерно через 6,5 миллиарда лет, а общее время жизни на главной последовательности составит примерно 11 миллиардов (10 10 ) лет. Таким образом, предположение об установившемся состоянии — очень хорошее приближение. Для простоты уравнения структуры звезды записаны без явной зависимости от времени, за исключением уравнения градиента светимости:
d L d р знак равно 4 π р 2 ρ ( ϵ — ϵ ν ) <\ displaystyle <\ frac
- он обеспечивает оценки содержания гелия и параметра длины смешения, заставляя звездную модель иметь правильную светимость и радиус в зависимости от возраста Солнца,
- он позволяет оценивать более сложные модели с дополнительной физикой, например вращение, магнитные поля и диффузию, или улучшения в обработке конвекции, такие как моделирование турбулентности и конвективный прорыв.
Здесь L — светимость, ε — скорость генерации ядерной энергии на единицу массы, а ε ν — светимость, обусловленная испусканием нейтрино ( другие величины см. Ниже ). Затем медленная эволюция Солнца на главной последовательности определяется изменением ядерной составляющей (в основном потребляется водород и производится гелий). Скорости различных ядерных реакций оцениваются на основе экспериментов по физике элементарных частиц при высоких энергиях, которые экстраполируются обратно на более низкие энергии недр звезд (Солнце сжигает водород довольно медленно). Исторически ошибки в скоростях ядерных реакций были одним из самых больших источников ошибок в звездном моделировании. Компьютеры используются для расчета различной численности (обычно по массовой доле) ядерных частиц. У конкретного вида будет скорость воспроизводства и скорость разрушения, поэтому оба необходимы для расчета его численности с течением времени при различных условиях температуры и плотности. Поскольку существует много ядерных видов, необходима компьютеризированная реакционная сеть, чтобы отслеживать, как все содержания изменяются вместе.
Согласно теореме Фогта-Рассела , масса и структура состава звезды однозначно определяют ее радиус, светимость и внутреннюю структуру, а также ее последующую эволюцию (хотя эта «теорема» предназначалась только для применения к медленным, стабильным фаз звездной эволюции и, конечно же, не относится к переходам между стадиями и стадиями быстрой эволюции). Информации об изменении распространенности ядерных частиц с течением времени, наряду с уравнениями состояния, достаточно для численного решения путем принятия достаточно малых временных приращений и использования итераций для нахождения уникальной внутренней структуры звезды на каждой стадии.
Назначение стандартной солнечной модели
SSM служит двум целям:
Как стандартной модели в физике элементарных частиц и стандартной космологической модели SSM изменяется с течением времени в ответ на соответствующие новые теоретические и экспериментальные физические открытия.
Перенос энергии в Солнце
Как описано в статье о Солнце , Солнце имеет радиационное ядро и конвективную внешнюю оболочку. В активной зоне светимость, обусловленная ядерными реакциями, передается на внешние слои в основном за счет излучения. Однако во внешних слоях градиент температуры настолько велик, что излучение не может передавать достаточно энергии. В результате происходит тепловая конвекция, поскольку тепловые столбы переносят горячий материал к поверхности (фотосфере) Солнца. Когда материал остывает на поверхности, он погружается обратно вниз к основанию конвективной зоны, чтобы получить больше тепла от вершины радиационной зоны.
В модели Солнца, как описано в структуре звезды , учитываются плотность , температура T (r), полное давление (материя плюс излучение) P (r), светимость l (r) и скорость генерации энергии на единицу массы ε (r). в сферической оболочке толщиной dr на расстоянии r от центра звезды. ρ ( р ) <\ displaystyle \ scriptstyle \ rho (r)>
Радиационный перенос энергии описывается уравнением радиационного градиента температуры:
d Т d р знак равно — 3 κ ρ л 16 π р 2 σ Т 3 , <\ displaystyle <<\ mbox
Конвекция описывается с использованием теории длины смешения, а соответствующее уравнение градиента температуры (для адиабатической конвекции) имеет следующий вид:
d Т d р знак равно ( 1 — 1 γ ) Т п d п d р , <\ displaystyle <<\ mbox
где γ = c p / c v — показатель адиабаты , отношение удельных теплоемкостей в газе. (Для полностью ионизированного идеального газа γ = 5/3.)
Возле основания солнечной зоны конвекции конвекция адиабатическая, но вблизи поверхности Солнца конвекция не адиабатическая.
Моделирование приповерхностной конвекции
Более реалистичное описание самой верхней части зоны конвекции возможно с помощью подробных трехмерных и зависящих от времени гидродинамических расчетов с учетом переноса излучения в атмосфере. Такое моделирование успешно воспроизводит наблюдаемую структуру поверхности солнечной грануляции , а также подробные профили линий в спектре солнечного излучения без использования параметризованных моделей турбулентности . Моделирование охватывает лишь очень небольшую часть радиуса Солнца и, очевидно, требует слишком много времени, чтобы включать их в общее моделирование Солнца. Экстраполяция усредненного моделирования через адиабатическую часть зоны конвекции с помощью модели, основанной на описании длины смешения, показала, что адиабата, предсказанная моделированием, по существу согласуется с глубиной зоны солнечной конвекции, определенной с помощью гелиосейсмологии . Было разработано расширение теории длины смешения, включая эффекты турбулентного давления и кинетической энергии , основанное на численном моделировании приповерхностной конвекции.
Этот раздел адаптирован из главы IV обзора гелиосейсмологии Кристенсена-Далсгаарда .
Уравнения состояния
Для численного решения дифференциальных уравнений структуры звезды требуются уравнения состояния для давления, непрозрачности и скорости генерации энергии, как описано в разделе «Структура звезды» , которые связывают эти переменные с плотностью, температурой и составом.
Гелиосейсмология
Гелиосейсмология — это изучение волновых колебаний Солнца. Изменения в распространении этих волн через Солнце выявляют внутренние структуры и позволяют астрофизикам разработать чрезвычайно подробные профили внутренних условий Солнца. В частности, местоположение конвективной зоны во внешних слоях Солнца может быть измерено, а информация о ядре Солнца обеспечивает метод, использующий SSM, для вычисления возраста Солнца, независимо от метода вывода возраст Солнца от возраста самых старых метеоритов. Это еще один пример того, как можно улучшить SSM.
Производство нейтрино
Водород превращается в гелий в результате нескольких различных взаимодействий на Солнце. Подавляющее большинство нейтрино производится через pp-цепочку , процесс, в котором четыре протона объединяются, чтобы произвести два протона , два нейтрона , два позитрона и два электронных нейтрино. Нейтрино также производятся циклом CNO , но этот процесс значительно менее важен на Солнце, чем в других звездах.
Большинство нейтрино, производимых на Солнце, происходит с первой ступени цепочки pp, но их энергия настолько мала ( 7 Be производит нейтрино на обоих примерно 0,862 МэВ (
90%) или 0,384 МэВ (
Обнаружение нейтрино
Слабость взаимодействия нейтрино с другими частицами означает, что большинство нейтрино, произведенных в ядре Солнца, могут пройти через Солнце, не будучи поглощенными . Следовательно, можно наблюдать ядро Солнца напрямую, регистрируя эти нейтрино.
История
Первый эксперимент , чтобы успешно обнаруживать космические нейтрино был Рэй Дэвис хлор экспериментом , в котором были обнаружены нейтрино путем наблюдения за преобразование из хлора ядер для радиоактивного аргона в большом баке из перхлорэтилена . Это был канал реакции, ожидаемый для нейтрино, но поскольку подсчитывалось только количество распадов аргона, он не давал никакой информации о направлении, например, откуда пришли нейтрино. В ходе эксперимента было обнаружено примерно 1/3 нейтрино, предсказываемое стандартной солнечной моделью того времени, и эта проблема стала известна как проблема солнечных нейтрино .
Хотя сейчас известно, что эксперимент с хлором обнаружил нейтрино, некоторые физики в то время с подозрением относились к этому эксперименту, главным образом потому, что они не доверяли таким радиохимическим методам. Однозначное обнаружение солнечных нейтрино было обеспечено экспериментом Камиоканде-II , водяным черенковским детектором с достаточно низким энергетическим порогом для регистрации нейтрино посредством нейтринно-электронного упругого рассеяния . При взаимодействии с упругим рассеянием электроны, выходящие из точки реакции, строго указывают в направлении, в котором движется нейтрино, от Солнца. Эта способность «указывать назад» на Солнце была первым убедительным доказательством того, что Солнце питается от ядерных взаимодействий в ядре. Хотя нейтрино, наблюдаемые в Камиоканде-II, явно исходили от Солнца, скорость нейтринных взаимодействий снова была подавлена по сравнению с теорией того времени. Хуже того, эксперимент Камиоканде-II измерял примерно 1/2 предсказанного потока, а не 1/3 эксперимента с хлором.
Решение проблемы солнечных нейтрино было наконец экспериментально определено Нейтринной обсерваторией Садбери (SNO). Радиохимические эксперименты были чувствительны только к электронным нейтрино, а сигнал в черенковских экспериментах с водой доминировал над сигналом электронного нейтрино. Эксперимент SNO, напротив, имел чувствительность ко всем трем ароматам нейтрино. Путем одновременного измерения электронного нейтрино и полного потока нейтрино эксперимент продемонстрировал, что подавление было связано с эффектом MSW , преобразованием электронных нейтрино из их чистого ароматического состояния во второе собственное состояние массы нейтрино, когда они проходят через резонанс из-за изменения плотности. солнца. Резонанс зависит от энергии и «включается» около 2 МэВ. Водные черенковские детекторы обнаруживают нейтрино только с энергией выше примерно 5 МэВ, в то время как радиохимические эксперименты были чувствительны к более низкой энергии (0,8 МэВ для хлора , 0,2 МэВ для галлия ), и это оказалось источником разницы в наблюдаемых скоростях нейтрино на два типа экспериментов.
Протон-протонная цепочка
Были обнаружены все нейтрино протон-протонной цепной реакции (PP-нейтрино), за исключением геп-нейтрино (следующая точка). Были приняты три метода: радиохимический метод, используемый Homestake , GALLEX , GNO и SAGE, позволил измерить поток нейтрино выше минимальной энергии. Детектор SNO использовал рассеяние на дейтерии, что позволило измерить энергию событий, тем самым идентифицируя отдельные компоненты предсказанного излучения SSM нейтрино. Наконец, Kamiokande , Super-Kamiokande , SNO, Borexino и KamLAND использовали упругое рассеяние на электронах, которое позволяет измерять энергию нейтрино. Нейтрино бора-8 наблюдали Камиоканде, Супер-Камиоканде, СНО, Борексино, КамЛАНД. Бериллий7, пептидные и полипропиленовые нейтрино до сих пор наблюдались только компанией Borexino.
гепатитрино
Нейтрино самых высоких энергий еще не наблюдались из-за их небольшого потока по сравнению с нейтрино из бора-8, поэтому пока на поток были наложены только ограничения. Ни один эксперимент еще не обладал достаточной чувствительностью, чтобы наблюдать поток, предсказанный SSM.
Цикл CNO
Ожидается, что нейтрино из цикла CNO генерации солнечной энергии — то есть CNO-нейтрино — будут обеспечивать наблюдаемые события ниже 1 МэВ. Их пока не наблюдали из-за экспериментального шума (фона). Сверхчистые сцинтилляционные детекторы могут исследовать поток, предсказываемый SSM. Это обнаружение возможно уже в Borexino ; следующие научные возможности будут в SNO +, а в более долгосрочной перспективе — в LENA и JUNO, трех детекторах, которые будут больше, но будут использовать те же принципы Borexino. Коллаборация Borexino подтвердила, что на цикл CNO приходится 1% выработки энергии в ядре Солнца.
Будущие эксперименты
Хотя радиохимические эксперименты в некотором смысле наблюдали нейтрино pp и Be7, они измерили только интегральные потоки. « Святой Грааль » экспериментов с солнечными нейтрино — это обнаружение нейтрино Be7 с помощью детектора, чувствительного к энергии отдельных нейтрино. Этот эксперимент будет проверять гипотезу MSW путем поиска включения эффекта MSW. Некоторые экзотические модели все еще способны объяснить дефицит солнечных нейтрино, поэтому наблюдение за включением МСВ, по сути, окончательно решит проблему солнечных нейтрино.
Прогноз температуры ядра
Поток нейтрино из бора-8 очень чувствителен к температуре ядра Солнца . По этой причине точное измерение нейтринного потока бора-8 можно использовать в рамках стандартной солнечной модели как измерение температуры ядра Солнца. Эта оценка была выполнена Фиорентини и Риччи после того, как были опубликованы первые результаты SNO , и они получили температуру 5,2 · 10 6 / см 2 · с из определенного потока нейтрино . ϕ ( 8 B ) ∝ Т 25 <\ Displaystyle \ phi (^ <8>B) \ propto T ^ <25>> Т солнце знак равно 15,7 × 10 6 K ± 1 % <\ displaystyle T _ <\ text
Истощение лития на поверхности Солнца
Звездные модели эволюции Солнца довольно хорошо предсказывают химическое содержание солнечной поверхности, за исключением лития (Li). Поверхностное содержание Li на Солнце в 140 раз меньше протосолнечного значения (т. Е. Изначального содержания при рождении Солнца), однако температура у основания поверхностной конвективной зоны недостаточно высока, чтобы сжечь — и, следовательно, истощить — Li. . Это известно как проблема солнечного лития. Большой диапазон содержания Li наблюдается у звезд солнечного типа того же возраста, массы и металличности, что и Солнце. Наблюдения за беспристрастной выборкой звезд этого типа с наблюдаемыми планетами ( экзопланетами ) или без них показали, что известные звезды, несущие планеты, имеют менее одного процента изначального содержания Li, а остальная половина — в десять раз больше Li. Предполагается, что присутствие планет может увеличить степень перемешивания и углубить конвективную зону до такой степени, что литий может сгореть. Возможным механизмом для этого является идея о том, что планеты влияют на эволюцию углового момента звезды, таким образом изменяя вращение звезды относительно аналогичных звезд без планет; в случае замедления вращения Солнца. Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, где и когда кроется ошибка в моделировании. Учитывая точность гелиосейсмических зондов недр современного Солнца, вполне вероятно, что моделирование протозвездного Солнца необходимо скорректировать.
Источник