Thumbnail play icon

Proč se Slunce zpomaluje?Veritasium

Přidat do sledovaných sérií 81
94 %
Tvoje hodnocení
Počet hodnocení:146
Počet zobrazení:7 992

Jaká záhadná síla brzdí vnější vrstvy Slunce? Může se Slunce zastavit úplně?

Přepis titulků

Naše Slunce se otočí okolo své osy přibližně jednou za měsíc. To víme už od roku 1611, kdy Johannes Fabricius pomocí svého teleskopu sledoval pohyb slunečních skvrn po povrchu Slunce. V roce 1996 ale mezinárodní tým vědců učinil překvapivý objev. Vnější vrstva Slunce se otáčí pomaleji než hlubší vrstvy. A nejen to. Zdá se, že se ještě neustále zpomaluje. Jak je to možné?

O co by se ve vesmírné prázdnotě mohlo Slunce brzdit? Nejdřív si ale vysvětlíme, jak zjišťujeme, co se odehrává uvnitř Slunce, té zářící koule plazmatu vzdálené 150 milionů kilometrů. Vděčíme za to slunečním otřesům. Turbulence v konvekční zóně vytváří obrovské vibrace. Díky vnitřní struktuře a složení Slunce se některé frekvence interferencí zesilují. Slunce se tak rozezní jako zvon.

Tyto seismické vlny se odráží od fotosféry, což je pozorovatelný povrch Slunce. Můžeme tak pozorovat vibrace uvnitř naší hvězdy. Jejich sledováním vědci dokázali odvodit vnitřní strukturu Slunce. Stejně jako funguje ultrazvuk. Tím přišli na to, že vnější vrstva Slunce se pohybuje pomaleji než vnitřní vrstvy. Nedokázali ale vysvětlit proč. Teď vědci možná konečně našli odpověď.

Napověděly jim částečky prachu obíhající kolem Slunce. Asi byste čekali, že budou obíhat stále stejně, tak jako planety. Tak to ale není. Průběžně totiž ztrácejí energii a stáčejí se směrem ke Slunci. Tyto částice nezpomaluje žádné tření. Ztrácejí energii, přestože se s ničím nesrážejí. Tedy kromě světla ze Slunce. Z pohledu Slunce jsou fotony vyzařovány kolmo z povrchu, ale z pohledu obíhajících částic fotony přilétají částečně zepředu.

Jako kapky padající na přední sklo jedoucího auta. Auto se brzdí o každou dopadající kapku kvůli jejich hybnosti. Stejně tak ztrácejí setrvačnost částice u Slunce kvůli dopadajícím fotonům. Fotony sice nemají žádnou hmotnost, ale podle Einsteinovy speciální teorie relativity mají svou hybnost. Každý den na Zemi dopadne 60 tun vesmírného prachu. Většina toho byla dříve dál od Slunce, ale dopadajícím zářením se přiblížila.

Světlo je tedy důvodem, proč vesmírný prach padá do Slunce. Tento Poyntingův-Robertsonův jev se jmenuje po fyzicích, kteří na to přišli roku 1937. Jak to ale pomáhá s vysvětlením zpomalujícího se povrchu Slunce? Tým vědců z univerzit na Havaji, v Brazílii a ze Stanfordu sledoval tenkou vrstvu plynu na okraji Slunce. Pozorovali ji nepřetržitě tři a půl roku a zjistili, že vnější vrstva Slunce se pohybuje ještě pomaleji než fotosféra pod ní.

To znamená, že se Slunce zpomaluje směrem z povrchu dovnitř. Přišli tedy se zajímavou hypotézou. Co když je Slunce zpomalováno svým vlastním světlem? Při Poyntingově-Robertsonově jevu částice ztrácí svou hybnost při srážce s fotonem. Ale hybnost vždy zůstává zachována, takže se ty fotony musí odrazit s vyšší hybností ve směru, kterým se původně pohybovala částice.

Fotony kradou hybnost prachovým částečkám a zdá se, že ji kradou i vnějším vrstvám Slunce. Fotony si proráží cestu z hloubky Slunce desetitisíce let přes jádro a konvekční zónu. Na povrchu je plazma pro světlo propustnější. Takže když se foton odrazí od sluneční částice naposledy, zpomalí tuto částici a odnese si s sebou část jejího momentu hybnosti. Vědci spočítali tuto sílu, kterou fotony zpomalují Slunce, a spočítali, jak moc by se měla vnější vrstva zpomalit od vzniku Slunce.

Zjistili že je to víc, než bylo třeba na úbytek úhlového momentu ve vnějších 35 000 kilometrů. Fotonové brzdění je zatím jediným vysvětlením, které odpovídá našim pozorováním. Fotony byly až doteď přehlíženy nejspíš proto, že hybnost jednotlivého fotonu je tak směšně zanedbatelná v porovnání se samotnou hvězdou.

Ale když se sečte působení všech fotonů v průběhu několika miliard let, je to síla, se kterou je třeba počítat. Toto brzdění nedokáže zastavit Slunce úplně. Nižší rychlost na povrchu se nepřenáší moc dobře do nitra kvůli zvyšující se hustotě a tlaku v hlubších vrstvách. Vědci spočítali, že by zastavení Slunce tímto mechanismem trvalo déle než celá existence vesmíru. Nicméně na výkonnější a rychleji rotující hvězdy bude mít tento jev mnohem větší vliv díky vyššímu počtu uvolněných fotonů a vyššímu momentu hybnosti.

Dokonce by to mohlo mít vliv na životní cyklus těchto hvězd. Vědci teď zjišťují, jaké to má dopady na magnetické pole Slunce a sluneční vítr, které mají přímý vliv na naši Zemi. Já si jen říkám, jak je úžasné, že něco tak nepatrného jako foton dokáže změnit pohyb celé hvězdy.

Překlad: Zarwan www.videacesky.cz

Komentáře (23)

Zrušit a napsat nový komentář

Odpovědět

Ehm Ehm, fotony (pohybující) mají hmotnost. Nevím proč říká že ne. Jinak by na ně nemohla působit gravitace a stejně tak by ani ony neměly vlastní gravitaci. :)

42

Odpovědět

A k tomu, že se diví, že něco jako foton může něco zpomalit? No nevím, těch fotonů je docela dost a každý z nás se učil jak malá část dopadne na povrch Země. A taky si myslím, že každý z nás slyšel o fotonovém pohonu a pokud měl štěstí, tak i zkoušel různé pokusy, kdy samotné fotony rozpohybují malinké těleso. :)

30

Odpovědět

A nedalo by mi to, abych nezmínil svůj názor na samotné zpomalování. Ono samotné rozložení částic může změnit rotaci. Pokud se tedy Slunce rozpíná (a tím že vystřeluje "částice"-fotony, tak se opravdu rozpíná), tak se rotace celého tělesa zpomalí. Každá částice která zvětší svou vzdálenost od středu sníží samotnou rotaci předmětu.
Pro ty, co nemají rádi vzorečky, vzpomeňte si na hry na kolotočích, kdy přiblížením se ke středu jste se točili rychleji, zatímco oddálením na kraj kolotoče se rotace zpomalila. ;)

Nevím, proč "vědci" nezmínili tohle, ale je to známá a logická věc a počítám s tím, že běžný astrofyzik to bere úvahu...

25

Odpovědět

+MikeMůžu poprosit o vysvětlení naznačeného vztahu "vystřeluje částice -> čili se rozpíná" ? Vždycky jsem si myslel, že se Slunce rozpínat teprve začne a to bude teprve ve chvíli, kdy mu dojde palivo. Neboli Slunce je velká koule stlačeného vodíku, kterou gravitace stlačuje takovou silou, že uvnitř jádra probíhá termonukleární fáze, měnící vodík na těžší helium a spoustu energie (záření) které mimochodem naráží na vnitřní vrstvy slunce, takže k povrchu se foton prodere třeba až za 100tisíc let !!! takže pokud by to mělo ovlivňovat rychlost rotace, tak si myslím, že se tyto síly vzájemně vyruší. Nehledě na fakt, že mluvíme o stálém jevu - ty fotony si neřekly, pojď zrychlíme (zpomalíme) Slunce a vystřelíme teď společně tímto směrem.... ty fotony vystřelují nonstop. Proto si myslím (a nechám si to rád vysvětlit), že to s dostředivou ani odstředivou silou nemá nic společného.

10

Odpovědět

+yakubJinak ještě k té stabilitě Slunce... teď je prozatím stabilní, protože se vyrušily síly rozpínání jaderné fůze vs gravitace. Až vodík v jádru dojde, zbude jen helium, přestane fůze, zvítězí gravitace, začne smršťování, tedy zvýšení teploty, které zažehne další fůzi zbylého vodíku na okraji hvězdy, kde díky větším teplotám fúzuje mnohem rychleji, což má za následek rozpínání a ztrátu teploty, neboli přejde do červeného trpaslíka. Zatímco dále pracuje gravitace, která naše heliové jádro donutí ve fúzi uhlíku a tzv heliovy zablesk, odhození venjších vrstev a vznik bílého trpaslíka. Pletu se ?

00

Odpovědět

+yakubTak odpovím asi všem najednou. :)
Rozpínání jsme myslel tak, že částice opouštějící Slunce je stále "součástí Slunce" a tedy tím, že míří od středu, zvětšuje objem Slunce. Ne té žhavé koule co zbyde, ale pokud bychom sečetli průměrnou vzdálenost všech částic dnes a za deset let, poloměr bude větší, protože fotony opustily Slunce, ale byly součástí Slunce. Tím jsem myslel rozpínání, asi jsem byl nepochopen a určitě jsem nemyslel červeného obra atd, to nemá nic společného s emitujícími fotony, ale jak už tu padlo s pokročilou fůzí v jádře.
K tomu, že aby byl "součástí" Slunce a platil zákon co jsem popsal, musí být na něj fotony "napojené" (druhý koment), to není nutně pravda. Stejně jako je to s tou pistolí (třetí koment). Je to sice nepřsné, protože pistole vystřelí jedním směrem a tedy by Slunce posunula i do strany, ale kdyby se sz pistole střelilo do 4 stran třeba, jako když Slunce emituje fotony do všech stran, opravdu tento úbytek hmoty, který se vzdálí, zpomalí zbylou hmotu.
Minimálně se tak stane tím, když bude kulka/foton procházet hlavní/Sluncem. Tam jsou spojené. Pokud se foton dere směrem ven, pak se vlastně hmota (i když minimum) přesunuje z jádra na okraj, tedy zvětšuje svůj poloměr od středu, a tím zpomaluje celé těleso.

Jedná se jen o jednoduchý princip zákonu zachování energie u rotujícího tělesa, nic víc. :)

00

Odpovědět

+MikeZajímavá myšlenka, ale když se budu otáčet a vystřelím přitom z pistole, nemyslím si, že mě to zpomalí, řekl bych že ta věc se mnou bude muset být spojená, jako např. ruce.

00

Odpovědět

+MikeJako mnozí ostatní, nejsem expert, ale mám pocit, že se tady pletou koše s baňama. Foton ve Slunci je energie vzniklá úbytkem hmotnosti při termonukleární fúzi. Jakým způsobem jeho vyzáření ovlivní hybnost původních atomů/vzniklého atomu nevím, stejně tak nevím, jakou výslednou hybnost má fúzí vzniklý atom. Protože kromě fotonů jsou tam i další částice, plus pravděpodobně, v rámci kvantové mechaniky, ty směry vyzářených částic budou náhodné. Čili tot není newtonovská mechanika.
Dále, tento vyzářený foton je pohlcen jiným atomem a znovu vyzářen, tím postupně ztrácí energii, kterou si ponechává tento atom, který až se v něm nahromadí dostatek zbytkové energie z pohlcených fotonů, tak vyzáří další foton. Tím se jakoby menšího počtu vysokoenergetických fotonů stává větší počet fotonů energií blízkých viditelnému spektru. Další, nevím na kolik podstatný jev, je ztráta energie fotonu z důvodu zisku potenciální energie (nevím, jak to přesně popsat, ale jde prostě o typ rudého posuvu). A jak tohle ovlivňuje samotnou hvězdu taky nevím, ty rovnice na obecnou teorii relativity nejsou moc oddychovka na nedělní odpoledne.
Já osobně tedy, abych mohl něco tvrdit o zachování nebo nezachování rotační kinetické energie Slunce, či některé z jejich vtstev, bych musel teda setsakra dobře rozumět těm rovnicím kvantové mechaniky a obecné relativity, jak pracují s hybnostmi částic, jak funguje tepelné vyzařování, rudý gravitační posuv atd. atd. A potom si to celé spočítat, což se obávám, že bude tak masivní soustava rovnic, nejspíše diferenciálních, řešitelných jenom pomocí počítačů, neboť analytické řešení nejspíše ani nebude existovat, že od toho raději dám ruce pryč. Ale tak, nejsem expert, jenom nadšenec astrofyziky a kvantové fyziky, čili chybné závěry či znalosti se mohly vloudit do mého textu :) .

00

Odpovědět

+TStancekEnergie fotonu se někde musí vzít. Opět zákon zachování energie. A tato energie pak chybí hmotě, která provedla fůzi. Myslím, že to popisuje fotoelektrický jev (Einstein za to dostal Nobelovku).
Navíc Slunce neemituje jenom fotony, ale i jiné částice, což je pak ten "sluneční vítr". Ono těch částic je dost, když vlastně existují i návrhy lodí (teoreticky) poháněné slunečním větrem. A když se to sečte z celého povrchu Země, tak to klidně může zpomalit i celou vrstvu Slunce (vzhledem k tomu že to jsou plyny, tak po sobě vrstvy jednoduše kloužou a jádra se to nemusí vůbec dotknout. Naše atmosféra je tenká a přitom větry 10 km nad zemí jsou úplně jiné než u povrchu.)

Což mi i trchu vadí na videu taky, že mluví jen o fotonech a zapomíná na částice (protony, elektrony, atd...) co mají o spoustu řádů větší hmotnost než fotony.

00

Odpovědět

+MikeNení to fotoelektrický jev, ten popisuje energii potřebnou pro excitaci či vyzáření elektronu z jeho orbitalu. Nicméně tohle všechno je mi dobře známo. Já se spíše snažil říct, že vzhledem ke korpuskulárně-vlnové dualitě tady těžko říct, jak se na to záření dívat. Z pohledu vlny, která se rovnoměrně šíří od Slunce, by nemělo docházet ke změně vektoru hybnosti, ačkoli vzhledem k ztrátě energie dochází k úbytku hmotnosti, a tím pádem hybnosti, ale vektor, ten by měl zůstat nezměněný. Z hlediska částice pak tady asi nějaká možnost podobnosti s proudovým pohonem je. Ale jako, člověk musí být fakt expert a znát ty rovnice, a očividně ani pak nutně nemusí vědět, který jev zde převažuje.

To je to, co jsem se tak nějak snažil naznačit, neúspěšně. Ono foton se nechová jako by to byl pingpongáč, jeho chování je mnohem záludnější a lidské představě do velké míry unikající, nicméně někdy jeho chování připomíná částici a jindy vlnu, a kdy připomíná co, je potřeba změřit. A pokud to nemůžeš změřit, musíš to spočítat, a to, jak jsem již říkal, není sranda!! Teď už víme, že při tomto jevu se na to dá pohlížet jako na míček a je to naráz velice jasné, nicméně pokud nevíš, jak na to pohlížet, tak už se tak snadno nemachruje. Mimochodem, snad neurážím tykáním :).

00

Odpovědět

+TStancekJe to už pár let, co jsem byl na Matfyzu a fakt už si tyhle věci nepamatuju. :) S fotoelektrickým jevem máš pravdu, tam se uvlnují elektrony v důsledku dopadu fotonů, nicméně to funguje i obráceně, kdy se pak uvolňují fotony. No to je jedno, každopádně zachování energie a hmoty platit musí a fotony nevznikají "odnikud", jak jsem pochopil, že tu někdo psal...

Ale stále si stojím za tím, že pokud foton/elektron/proton ( a i další částice, zapomeňme na fotony, počítejme s nejtěžšími částicemi a to jsou protony, které jsou také součástí slunečního větru) prochází od jádra (nebo zkrátka místa kde proběhla fůze) k povrchu (a je jedno, jestli je to ta samá částice, nebo se několikrát předá energie a hmota - princi je stejný), tak se vlastně přesunuje malinká částečka hvězdy ze středu k povrchu, což zákonitě musí snižovat rychlost rotace. Čím blíže k povrchu, tím více částic/hmoty mění svou polohu, což bych právě viděl jako důvod, proč okrajové vrstvy se zpomalují více než středové.

Možná se opravdu mýlím v tom, že při opuštění tělesa k zpomalení nedochází, nechce se mi to hledat, spíš to beru z logiky věci. Každopádně co jsem psal výše platí zákonitě.

Veritasum mám rád, ale tohle se mu fakt nepovedlo, zvlášť že opomíjí právě další částice a mluví pouze o fotonech.

Mohl bych se zeptat kolegy astrofyzika (ten to narozdíl ode mě dotáhl na magistra v oboru), a podle mě tohle budou už dávno vědět a počítat s tím, přestože tady z toho dělají senzaci a přitom započítávají jenom světlo a celej sluneční vítr jako by nebyl. :)

00

Odpovědět

+MikeKdyž už to vezmu do důsledku s tím odvodem energie, tak by právě jádro mělo zpomalovat nejvíc, protože právě v něm vzniká ta energie (přeměňuje se hmota na záření lépe řečeno), která putuje k povrchu. Čili ta energie se vlastně ztrácí z jádra a to by mělo tím pádem zpomalovat a naopak část této energie by se měla promítnou do vyšších vrstev. Ale tam bude asi nějaké proudění hmoty a podobné, které zase budou to nějak kompenzovat. Já právě nevím a proto mi přijde uvěřitelné, že nevěděli oni :D.

00

Odpovědět

Menší uprava k titulkům , 3:24 - praCHovým

00

Odpovědět

Ta plazma - něco s krví
To plazma - vysokoenergeticky stav hmoty

40

Odpovědět

Díky, opraveno.

00

Odpovědět

Co se mi na tom nelíbí je, že ty fotony na ten prach padaly v úhlu jiným než 90 stupňů, což je dost zavádějící. Samozřejmě, že nějaký kapky/fotony budou padat zepředu, ale stejný počet jich bude dopadat i zezadu. Podle téhle teorie bych teda čekal, že ten prach se bude vzdalovat od hvězdy v důsledku nárazu fotonů, než že bude zpomalovat.
A proč slunce zpomaluje na vnějšku víc, by se dalo vysvětlit působením gravitace ostatních těles na slunce. Začne se zpomalovat povrch ale slunce je obří a z plazmy, takže se to nemůže přenést automaticky hned do středu.

11

Odpovědět

Nemělo by tam být spíš sluneční vítr než sluneční větry?

150

Odpovědět

Asi jo, díky :D

21

Odpovědět

"Scientists think that they have an answer"
"Teď vědci konečně našli odpověď"
Věda je plná slov "možná", "nejspíš" a podobně, takže bych to přeložil tak, jak to říká. Pokud se domnívají, ještě to neznamená, že to tak je. Pak se vytváří iluze, že to určitě je takhle a ne jinak, což nemusí být pravda.
:)

141

Odpovědět

Doplnil jsem tam "možná". Spoustu vět nepřekládám doslova a zkracuji je kvůli lepší čitelnosti. Ve vědě ale není jisté nic, i když se za to zaručí všichni vědci světa. Všechna tvrzení je třeba brát s troškou skepticismu nehledě na to, jestli si to vědci myslí, nemyslí nebo ví.

13

Odpovědět

+ZarwanTo by mě zajímalo, proč když se začne mluvit o evoluci, všichni jí berete jako fakt. Ikdyž je z 90% děravá. A nebavím se o náboženství. Tak to sem neplette.

14

Odpovědět

+MasterCattyPtže lepší teorii ještě nikdo nemá?

50

Odpovědět

+MasterCattyNeberu ji jako fakt, beru ji jako nejlepší vysvětlení pozorovaných jevů, které zatím máme. Když někdo přijde s jiným vysvětlením, které bude lépe odpovídat realitě, rád si ho vyslechnu a změním názor.

40
Používáme cookies, abychom mohli provozovat tuto internetovou stránku a zlepšit Vaši uživatelskou spokojenost. Budete-li pokračovat beze změny nastavení, předpokládáme, že souhlasíte s ukládáním souborů cookies z internetových stránek. Více informací o použití cookies.
OK