붉은 거인은 어떻게 그렇게 커질 수 있습니까?

아마도 태양이 붉은 거인이되면 지구를 삼키기에 충분히 커질 것입니다.

그러나 이것은 태양의 반지름이 약 215 배 증가 할 것을 요구합니다. 즉, 부피는 10,000,000 배가되어야합니다.

어쩌면 그것은 단지 나이지만, 이것에 대해 뭔가는 직관적이지 않습니다 :-) 특히 태양이 많은 질량을 얻지 못한다는 것을 감안할 때. 정확히 수소보다 무거운 요소를 융합하는 것은 반응물 및 / 또는 생성물이 10,000,000 배 많은 양을 차지한다는 것을 의미합니까? 별의 생애를 설명 할 때 아무도 이것을 설명하지 않으며, 왜 그런지 이해하지 못합니다. (실제로 핵융합을 고려할 때 핵융합으로 부피가 줄어들 것으로 예상했을 것이다.)

편집하다:

수소 융합 동안 발생하는 일부, 헬륨과 같은 두 가지 유형의 적색 거인이있는 것 같습니다.
이 두 가지 유형에 대한 대답이 다르면 적어도 헬륨 유형에 대한 답을 알고 싶습니다 (물론 더 나아가서 두 가지를 모두 다루는 것에 감사합니다).

내 생각에, 이러한 설명 중 어느 것도 실제로 붉은 거인이 팽창하는 실제 이유를 다루지 않습니다. 실제로,이 주제는 사람들이 그럴듯하게 들리는 것을 구성하는 영역처럼 보이지만, 종종 틀린 것입니다. 쉘의 부피는 코어와 크게 다르지 않으며, 이는 태양의 코어 보다 훨씬 작 습니다). 이야기를 바로 잡자.

대부분의 설명에는 비활성 축퇴 헬륨 코어 위에 수소 핵융합 껍질이 있다는 사실을 포함하여 주요 요소 중 일부가 포함되어 있습니다. 그러나 확장의 주요 이유는이 껍질이 핵융합 속도를 자체 조절하는 방식이 현재 태양의 핵이 핵융합을 자체 조절하는 방식과는 약간 다르다는 것입니다.

이제 태양의 핵심은 빛의 형태로 에너지가 태양의 질량을 통해 확산되는 속도와 일치하도록 융합 속도를 자체 조절합니다. 이것이 수행되는 방식은 모든 주 계열성 별에서 본질적으로 동일합니다. 핵심 온도를 조절하므로 더 빛나는 주 계열성 별의 코어 온도가 약간 더 높습니다. 그러나 이것은 붉은 거인의 핵융합이 핵융합 속도를 자체적으로 조절하는 방식은 아닙니다. 온도가 조절되는 열화 코어의 중력에 의해 온도가 전달되기 때문에 온도를 조절할 수 없습니다. (이것은 virial theorem을 통해 온도를 설정하는데, 그것은 퇴화 코어가 쉘에 영향을 미치는 주요 방법입니다-온도를 설정합니다.) 쉘이 자체 온도를 조절하지 않기 때문에 온도가 상당히 높아지는 경향이 있습니다. 특히 코어의 질량이 증가함에 따라 (시간이 지남에 따라 광도가 증가하는 이유). 융합은 온도에 매우 민감하므로 온도가 매우 높으면 융합 률이 높아집니다.맹렬한 . 나머지 별은이 환상적인 융합 속도를 지원할 수 없으므로 다른 일이 발생합니다.

별이 퍼프를 내며, 그렇게하면 껍질이 자체 핵융합 속도를 조절하는 방식을 찾습니다 . 껍질에서 무게를 들어 올리는 것 입니다. 이렇게하면 껍질의 압력이 감소하여 고온을 보상하고 나머지 별이 관리 할 수있는 수준 (융합 속도가 껍질을 통해 확산 될 수있는 속도)으로 융합 률을 낮 춥니 다. 진짜 이유가 있습니다. 별은 핵융합 속도를 유지하기 위해 미친 고온 껍질에서 무게를 들어 올리는 방법을 찾아야하지만, 결론은 여전히 ​​융합 속도가 여전히 높고 코어의 질량이 상승하여 쉘 온도가 더욱 높아지고 별이 더 많이 퍼져 나옵니다.

여기 에 좋은 설명이 있습니다 . 별은 가스로 만들어 졌으므로 (잘 선택하고 싶다면 잘 플라즈마), 고정 된 부피가 없습니다. 융합이 시작되면 별은 표면에서 방출되는 양과 융합에 의해 생성되는 에너지의 양과 균형을 이룰 수있는 크기에 도달 할 때까지 팽창합니다. 너무 작 으면 가열되어 (별의 어느 부분이 팽창하고 있는지에 따라) 팽창하여 생성되는 에너지를 줄이고 방출되는 양을 증가시킵니다. 이에 대한 더 자세한 이해를 위해서는 별의 깊이에 따라 온도와 밀도가 어떻게 변하는 지 추적해야합니다.

붉은 거인에서는 에너지가 코어가 아니라 코어를 둘러싸고있는 구형 껍질에서 생산되고있다 (코어에 연료가 거의 또는 전혀 없기 때문에). 이것은 실제로 더 많은 양이므로 더 많은 에너지가 생산되고 있습니다. 별은 모든 에너지를 방출 할 수있을 때까지 확장됩니다.

적당한 양의 수학으로 설명을 찾았 습니다.특히 1132 페이지 정도입니다. 따라서 수소 융합이 바로 바깥에서 진행되는 헬륨 코어가 있습니다. 이는 핵융합 층의 "위"에 질량이 적기 때문에 핵에서 발생했을 때보 다 낮은 압력에서 핵융합이 일어나고 있음을 의미합니다. 이를 위해서는 해당 층에서 더 높은 온도가 필요하며 방정식을 수행 할 때 총 에너지 출력이 훨씬 높아집니다. 복사 또는 대류가 별의 바깥 층에 도달하고 처음에는 열을 가해 팽창을 일으킨다 (별의 중력이 거의 변하지 않아 더 강하게 끌어 당길 수 없기 때문에). 팽창하면 냉각됩니다. 즉, 방사선을 더 많이 가두면 (냉각 가스가 덜 투명 함) 덜 방출되고 다시 가열되고 다시 팽창합니다. 균형점을 찾을 때까지 (또는 이 방법으로 질량을 많이 날려 버릴 수있는 태양보다 훨씬 큰 별의 경우) 숫자를 할 때이 균형에는 매우 큰 별이 필요하다는 것이 밝혀졌습니다. 아마도 그것을 생각하는 한 가지 방법은 태양보다 훨씬 덜 무거운 별이 천천히 나가는 것입니다. 잠수함보다 훨씬 더 큰 별이 폭발합니다. 태양은 둘 사이에 위치하기 때문에 "거의 폭발"하지만 바깥 층이 매우 커지면 멈 춥니 다.

또 다른 언급은 붉은 거인의 윗부분의 밀도가 상당히 낮다는 것입니다. 우리 표준에 따르면 붉은 진공으로 오염 된 알맞은 진공 상태입니다. 그러나 별이 너무 커서 여전히 불투명하기 때문에 별의 일부로 계산합니다.

평형의 별 크기는 힘의 균형, 고온 플라즈마에 의해 생성 된 압력, 중핵의 핵 반응에 의해 가열되고 중력에 의해 균형을 이룹니다.

융합 속도는 온도에 의해 크게 영향을받습니다. 온도를 조금 높이고 당신은 얻을 훨씬 더 많은 에너지가 나오는. 코어에 수소가 떨어지면 붕괴되고 가열되기 시작하여 급속하게 연소되는 수소 껍질로 둘러싸인 비활성 변성 헬륨 코어를 형성합니다. 이 새로운 균형 에서 훨씬 더 많은 에너지가 방출됩니다. 이 긍정적 인 피드백은 작은 변화 (핵에서 껍질로의 불타는 것)가 별의 에너지 출력에 큰 영향을 미친다는 것을 의미합니다.

이제 별이 진화하면 초당 더 많은 에너지를 방출합니다. 알데바란은 약간 더 크지 만 태양보다 초당 500 배 더 많은 에너지를 생산합니다.

이제 이것은 별의 크기를 증가 시키지만 별이 커짐에 따라 바깥 층은 무게 중심에서 멀어지고 역 제곱 법에 따라 별의 중력이 줄어 듭니다. 중력이 적 으면 크기의 성장이 증폭됩니다. 따라서 전력이 크게 증가하면 크기가 크게 증가합니다. 이것이 크기의 성장이 뜨거운 가스의 팽창에 대한 단순한 직관보다 훨씬 큰 이유입니다.

별의 진화의 마지막 단계에서 별의 중력은 별의 바깥 층을 별에 묶는 데 충분하지 않아 별의 크기가 커져 행성의 성운이됩니다.

직관적으로 생각하는 방법은 본질적으로 서로를 증폭시키는 여러 변화가 있음을 이해하는 것입니다. 천문학에서의 증폭이 그렇게 드문 것은 아닙니다. 질량이 작아짐에 따라 물체의 중력과 무게가 기하 급수적으로 증가하기 때문에 중력이 거대한 물체를 작게 만드는 이유를 설명합니다. 어떤 의미에서는 그 반대가 레드 자이언트에서 발생합니다. 표면의 중력은 별의 종류가 런 어웨이 팽창으로 들어갈 정도로 충분히 낮아집니다.

늦게 별의 수명은 기하 급수적입니다. 그렇기 때문에 그렇게 많이 확장 할 수 있습니다.

태양의 크기가 두 배가되었지만 질량은 변하지 않은 채로 남아있었습니다. 이 가설에서 새로운 태양의 표면 중력은 4로 나뉩니다. 이스케이프 속도는 2의 제곱근으로 나뉘어 외부 층의 무게는 훨씬 적지 만, 이스케이프 속도는 여전히 별과 결합합니다. 모든 것이 동일하고 태양을 확장하면 태양이 식을 수 있지만, 온도를 2로 나눈 경우 수소와 헬륨 분자의 속도는 2의 제곱근으로 나눠집니다.

이 이론에서 표면의 수소 원자는 약간 느리게 이동하지만 중력의 1/4로 더 자유롭고 열 속도에 따라 별에서 더 멀리 이동할 수 있습니다.

우리가 계속 태양을 확장하면 외부 수소가 엄청나게 느슨하게 묶이는 지점이 생깁니다. 반경이 1AU 또는 전류 태양 반경이 AU 인 적색 거대 크기에서 중력은 약 46,000 배 낮으며 표면의 수소는 0.006m / s ^ 2 중력 가속도를 경험하지만 적색 거인에서 동일한 수소 분자 온도 (약 3,000도 K)는 약 5.5km / s 이동합니다. 현재 태양 표면에서 약 100km (8km / s 미만)에 비해 열 에너지만으로 백만 km 이상 표면에서 멀리 날아갈 수 있습니다.

두 경우 모두 수소와 헬륨의 외층은 평형 상태에 있습니다. 중력과 적색 거성 크기가 너무 낮아서 적색 거성으로 평형이 매우 느슨하게 묶여있는 매우 뜨거운 가스가 배출됩니다. 그러나 그것은 이유의 일부일뿐입니다.

태양이 자라면서 다른 일을 생각해보십시오.

소스 .

융합이 일어나는 핵심은 중심에서 비교적 작은 영역입니다. 코어 주위에는 복사 영역과 전도성 영역이 있습니다. 태양열에 갇혀있는 열을 막아줍니다. 결과적으로, 시간이 지남에 따라 태양의 내부는 더 뜨거워지고 더 커질수록 코어는 더 커지고 점점 더 많은 복사 영역을 포함합니다.

복사 영역을 태양 내부의 열을 가두는 일종의 담요로 생각하면 코어가 커지고 더 커짐에 따라 복사 영역이 늘어나고 코어에 질량이 없어 지므로 두 가지 방식으로 더 얇아집니다. 코어의 크기가 두 배가되면 코어의 광자는 1/4 배 많은 분자를 통과해야합니다. 태양이 충분히 늙고 핵융합의 대부분이 코어의 바깥 쪽 가장자리에서 발생하기 때문에 열을 가두는 담요가 훨씬 적습니다. 더 많은 에너지가 생성되는 것은 아닙니다. 태양의 외부 영역으로의 쉬운 경로. 따라서 태양이 커질수록 표면 중력은 반지름의 제곱만큼 떨어지고 내부 열은 외부 층에 도달하기 위해 통과 할 재료가 적습니다.

내부 핵심 붕괴도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 내부 코어에 수소가 부족해 퓨즈가 붕괴되기 시작하더라도 붕괴 작용은 상당한 열을 발생시킵니다.

확실하지는 않지만 직관적으로 일어나는 일을 설명하려는 나의 시도입니다.