عنصری مشکل با خورشید

به عنوان ستاره شناسان زل زل نگاه کردن به اعماق فضا آنها این کار را با ناخرسندی: آنها نمی دانند که دقیقا چه جهان ساخته شده است.

آن را نه تنها ماهیت واقعی ماده تاریک کسانی که آنها را; بنابراین آیا جوهر از این ستاره ها که لکه آسمان و جمعیت بسیاری از کهکشان ها در سراسر جهان هستی است. با کمال تعجب هیچ کس نمی داند ستاره’ دقیق ترکیب شیمیایی: که چگونه بسیاری از کربن و نیتروژن و اکسیژن و اتم آنها نسبت به هیدروژن ترین عنصر مشترک است.

این اعداد بسیار مهم هستند چرا که آنها تحت تاثیر قرار چگونه ستاره زندگی و مرگ چه نوع سیارات شکل و حتی چگونه به آسانی زندگی ممکن است بوجود می آیند در دنیاهای دیگر.

بیست سال پیش ستاره شناسان ابراز اعتماد به نفس در تعداد آنها مشغول به کار بود ، در حال حاضر بسیار است. مشکل نهفته است در این گوشه از هستی اما بسیار نزدیک به خانه. به طرز حیرت انگیزی دانشمندان دقیقا نمی دانند که چه خورشید ساخته شده است. به عنوان یک نتیجه, آنها نمی دانند که چه ستاره های دیگر ساخته شده است ،

اگر چه خورشید را دقیق اکسیژن فراوانی بحث برانگیز است, هیچ یک از اختلافات که ستاره های بسیار عظیم تر از خورشید — شبیه به درخشان ترین ستاره در حال حاضر در حال متولد Orion Nebula (نشان داده شده) — جعلی بسیاری از اکسیژن یافت امروز بر روی زمین و در سراسر جهان است. Credit: NASA, ESA, M. Robberto (موسسه علوم تلسکوپ فضایی/ESA) و تلسکوپ فضایی هابل شکارچی خزانه داری تیم پروژه

“خورشید یک معیار اساسی می گوید:” مارتین Asplund یک اخترفیزیکدان در موسسه ماکس پلانک برای فیزیک نجومی در Garching آلمان. “هنگامی که ما تعیین فراوانی از یک عنصر خاص در یک ستاره یا کهکشان یا یک ابر های گاز در هر نقطه از جهان ما با استفاده از خورشید به عنوان یک نقطه مرجع است.”

که حس می کند. خورشید به منزله 99.86 درصد از منظومه شمسی جرم است. هر ناظر انتخابات که مشورت همان درصد از رای دهندگان را بدون مشکل پیش بینی نتیجه انتخابات بعدی.

خورشید محل سکونت در کهکشان راه شیری نیز باعث می شود آن را یک نماینده خوب از کل کهکشان است. فقط به عنوان عقاید سیاسی متفاوت از هسته شهری به حومه بنابراین ستارگان abundances تغییر از مرکز کهکشان به لبه خورشید اتفاق می افتد به در موقعیت مناسب — در مورد نیمه راه از کهکشان راه شیری مرکز به لبه آن دیسک ستاره ها — برای نمونه کل کهکشان است.

بیشتر چه, بسیاری از ستاره ها در جهان اقامت در غول کهکشان مانند کهکشان راه شیری که خورشید یک سنگ محک برای کل هستی است.

به علاوه خورشید روشن است که ستاره شناسان می توانید مطالعه جزئیات آن نور نفیس دقت است. که باید اجازه می دهد آنها را برای تعیین دقیق abundances از خورشید عناصر شیمیایی.

برای نزدیک به یک قرن, ستاره شناسان قضاوت ستاره عادی یا نه با دیدن اینکه آیا آنها ترکیبات شیمیایی گرفتن خورشید. بسیاری از ستاره های نزدیک ما انجام برخی نمی کنند.

دلیل این که این مقاله در خورشید ترکیب شیمیایی با Asplund و همکارانش در سال 2009 سالانه بررسی نجوم و اختر فیزیک را به دست آورد بیش از 4000 علمی تقدیر نامه از دانشمندان همکار: ستاره شناسان به طور مداوم در مقایسه ستارگان و کهکشان ها به خورشید است. این استاندارد جهانی.

اما Asplund کار بحث برانگیز است. او و همکارانش با استفاده از مدل های جدید برای تجزیه و تحلیل نور خورشید و متوجه شد به شدت به سطوح پایین تر از رایج ترین عناصر سنگین در آفتاب از جمله کربن و اکسیژن در مقایسه با محاسبات قبلی. (ستاره شناسان تماس بگیرید ترین عناصر سنگین تر از هلیوم “سنگین است.”) Asplund را نتیجه کار نشان میدهد که ستارگان دیگر و در واقع کل هستی یک مقدار کوچکتر مقدار عناصر سنگین تر از آنچه قبلا تصور.

چقدر از چهار رایج ترین عناصر سنگین — اکسیژن و کربن و نئون و نیتروژن — آیا خورشید باشد ؟ این نمودار نشان می دهد نسبت abundances برای ده ها تن از عناصر (نقطه آبی ترین عناصر مشترک با برچسب) بیان شده در یک مقیاس لگاریتمی که در آن تعدادی از اتم هیدروژن است که در مجموعه 12. (یک عنصر با یک فراوانی از 11 توسط یک دهم به عنوان مشترک هیدروژن; اگر 10, آن است که یک صدم به عنوان مشترک و غیره.) در سال 1989 استاندارد اکسیژن فراوانی بود 8.93 که به معنای وجود دارد 1,175 اتم هیدروژن برای هر اتم اکسیژن. در سال 2009 اما مارتین Asplund مورد علاقه اکسیژن فراوانی از تنها 8.69 که به معنای وجود دارد 2,042 فتح کرد گرفته شد اتم هیدروژن برای هر اتم اکسیژن. برآورد abundances از کربن و نیتروژن و نئون نیز سقوط کرد.

گرفتن اکسیژن است. “این است که فراوان ترین عنصر سنگین در جهان می گوید:” مارک Pinsonneault یک ستاره شناس در دانشگاه ایالتی اوهایو. او شده است یک منتقد Asplund تعداد زیرا آنها منجر به درگیری با مشاهدات خورشید داخلی.

“خورشید یکی از تنها راه ما در واقع اندازه گیری چه مقدار اکسیژن وجود دارد. بنابراین اگر Asplund درست است … که معنی وجود دارد 40 درصد کمتر اکسیژن در جهان دوره چون همه ما اندازه گیری دریافت ضرب هر چه ما فرض برای خورشید” Pinsonneault می گوید.

جنجال به تحمل 20 سال; نه طرف را به همراه داشت به طرف دیگر. “ما یافت نشد جواب و در عین حال می گوید:” Katharina Lodders یک cosmochemist در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس که خدا را در خواست abundances از شهاب سنگ ها و تماس های طولانی ایستاده اختلاف خسته کننده است. “من فکر می کنم” چه هستند که ما از دست رفته ؟ ‘ یکی از بزرگترین چالش هایی را برای دانشمندان است. چگونه می شود که که وجود دارد چیزی است که ما نمی توانیم توضیح دهید ؟ وجود دارد باید پاسخ دهد.”

سطوح پایین تر از اکسیژن و دیگر عناصر سنگین که Asplund طرفداران ایجاد می شود نه فقط عدم قطعیت بلکه مشکل. “من مشکوک بسیار زود است که این امر منجر به درگیری,” او می گوید.

در عین حال هر دو Asplund و Pinsonneault می گویند که این بحث یکی از دوستانه. “ما مخالف بسیار به شدت در تفسیر علمی,” Asplund می گوید: “اما ما بسیار خوشحال به بیرون رفتن برای یک آبجو پس از آن.”

خوشبختانه انواع فعلی و آینده آزمایش ممکن است در نهایت حل و فصل این موضوع.

اکسیژن: یک عنصر حیاتی

با وجود اختلاف هر کس موافق در اصول: خورشید شامل عمدتا از هیدروژن و هلیم دو سبک ترین عنصر است. آن را تولید انرژی در مرکز آن از طریق واکنش های هسته ای که تبدیل هیدروژن به هلیوم. اما به دلیل Asplund کار مقدار از فراوان ترین عناصر هستند همه در اختلاف است.

اهمیت آن بسیار. اکسیژن حساب برای نزدیک به نیمی از همه سنگین اتم در جهان است. بسیاری از این اتم ردیابی تولد خود را به ستاره بسیار عظیم تر از خورشید است. در اواخر خود را روشن اما مختصر زندگی این ستاره فیوز چهار هسته هلیوم هم به اکسیژن است. ستاره ها در نهایت منفجر تیراندازی حیات عنصر دور. فقط یک ابرنواختر می تواند خارج کردن بیش از یک خورشیدی جمعی از اکسیژن است. اگر سطح اکسیژن در خورشید و در نتیجه کل جهان است به عنوان کم به عنوان Asplund معتقد است این عظیم اکسیژن-تولید ستاره شده اند بسیار کمتر پرکار تر فکر شده است.

نزدیک به نیمی از همه سنگین اتم در جهان هستند اکسیژن (به عنوان اندازه گیری توسط تعدادی از اتم ها نه وزن). و فقط چهار عنصر اکسیژن و کربن و نئون و نیتروژن — حساب 88 درصد از همه سنگین اتم اما شمار دقیق آنها نسبت به هیدروژن بوده است اختلاف است.

اکسیژن حیاتی در هر دو راه آشکار و واضح نیست. واضح: ما نیاز به اکسیژن برای نفس کشیدن. کمتر آشکار است: بیش از نیمی از اتم ها در سنگ زیر پای ما هستند و اکسیژن است. و این عنصر نقش مهمی در شکل گیری تمام سیارات در منظومه شمسی ما.

اکسیژن را اهمیت حیاتی می کند پایان ندارد وجود دارد. بعد از همه وجود دارد یک اتم اکسیژن در هر مولکول آب است. “آب ضروری است برای زندگی می گوید:” Lodders. “آب ضروری بود برای تشکیل زندگی است.” بنابراین بدون اکسیژن آب و بدون زندگی است.

حمل بر روی سر خورشید

Far-reaching, هر چند از آن است نهفته جنجال بر سر خورشید فراوانی اکسیژن و دیگر عناصر سنگین آغاز شده توسط حادثه. در اواخر 1990s Asplund می خواستم برای مطالعه باستان ستاره که تا به حال تنها یک مبلغ جزئي از عناصر سنگین. اول اینکه او فکر آن را عاقلانه به بهتر معلوم خورشید را ترکیب.

برای انجام این کار او و همکارانش طراحی و توسعه مدل های جدید به توضیح خورشیدی طیف رنگین کمان از رنگ ستاره ما می دهد. اتم های عناصر مختلف جذب طول موج های مختلف نور تولید آنچه که به نام خطوط طیفی. بیشتر از اتمهای یک عنصر خاص وجود دارد که در سطح خورشید بیشتر نور اتم جذب و قوی تر از خطوط طیفی. خطوط طیفی به وسیله آن می توانید نشان می دهد یک عنصر فراوانی نسبت به هیدروژن است که آفتاب مواد تشکیل دهنده اصلی.

از آنجا که خورشید مجموعه استاندارد دانشمندان می تواند استعاره دیدن کل جهان در یک sunbeam: با تجزیه و تحلیل طیف خورشیدی آنها می تواند تعیین نسبت هیدروژن به کربن و نیتروژن و اکسیژن در سراسر کل جهان هستی.

Asplund جدید مدل های بسیار پیچیده تر از قبلی اجتناب ساده و تقریب. “من تا به حال هیچ واقعی انتظار است که این امر تغییر خورشیدی abundances در همه,” او می گوید. “این نوع از شات خوش شانس.”

طیف خورشیدی (نشان داده شده) می توان تجزیه و تحلیل به فاش کردن سرنخ خورشید به آرایش. اتم ها در سطح خورشید را جذب رنگ های خاص, خروج از تاریکی خطوط طیفی در آن مشاهده میشود. هر خط قدرت می گوید از یک عنصری فراوانی است. H و K خطوط عمیق بنفش بوجود می آیند از کلسیم; این جفت ارز از زرد-نارنجی D خطوط از سدیم و قرمز C خط از هیدروژن است. اکسیژن را از خطوط طیفی آنها دشوار است به تجزیه و تحلیل.

در مدل خود هر یک از جهان را چهار فراوان ترین عناصر سنگین در زمان ضربه عمده. در مقایسه با شماره های منتشر شده از 20 سال قبل در سال 2009 مقاله توسط Asplund و همکاران توصیه می شود به شدت پایین تر از ارزش است. مدل های جدید کاهش برآورد سطح اکسیژن در خورشید و در نتیجه در جهان توسط عظیم 42 درصد است. کربن یکی دیگر از پیش شرط برای زندگی 26 درصد کاهش یافت در حالی که با نئون و نیتروژن سطوح کاهش یافت 31 درصد و 40 درصد بود.

تمام محاسبات این چهار عنصر حساب برای اکثریت قریب به اتفاق (88 درصد در Asplund کار کمی بیشتر در شماره های دیگر) از همه سنگین اتم در جهان است. اگر Asplund راست بود جهان تا به حال به مراتب کمتر از آنها از هر کسی که فکر کرده بود. و این به معنای مشکل بزرگ برای مدل های sun داخلی.

در داخل خورشید

عناصر سنگین از قبیل اکسیژن تغییر خورشید, داخلی, چرا که آنها جذب تابش به عنوان آن wends راه خود را به بیرون از انرژی هسته ای به سطح. با استفاده از این پیر خورشیدی abundances ستاره شناسان فکر می کردند که خورشید داخلی که به لطف یک تکنیک شناخته شده به عنوان helioseismology. فقط به عنوان ما در جهان است, زلزله, بنابراین, خورشید, داخلی لرزش با امواج صوتی. و فقط به عنوان زلزله شناسان با استفاده از زمین لرزه به استنباط ساختار از داخل زمین است بنابراین ارتعاشات ناهمواری از طریق خورشید را نشان داد ساختار داخلی آن است.

برای مثال در بسیاری از خورشید, داخلی, تابش پرش از اتم به اتم به آرامی حمل گرما از هسته بیرون. در خارجی ترین قسمت خورشید, اما, مواد کولر و مات تر عمدتا به دلیل عناصر سنگین از قبیل اکسیژن و جذب فوتون. این کدورت به معنی فوتون نمی تواند کشتی گرما وجود دارد. به جای یک فرآیند به نام همرفت در مجموعه: گاز داغ بالا می رود به سطح خورشید تابش گرما و سپس سرد و غرق کردن. شما چیزی را مشاهده کنید زمانی که شما جوش در یک قابلمه آب.

Helioseismology مشخص می کند در موقعیت مرز بین خورشید تابشی داخلی و همرفتی پاکت. “که نشان می دهد تا به عنوان یک قطعی در امواج صوتی” Pinsonneault می گوید. به عنوان یک نتیجه, ما می دانیم که این مرز رخ می دهد دقیقا 71.3 درصد از شعاع خورشیدی. اما اگر خورشید در واقع کمتر اکسیژن و کربن و نئون و نیتروژن و سپس خورشید داخلی کمتر مات اجازه می دهد تابش به حمل گرما دورتر از خورشید را مرکز تناقض helioseismological مشاهدات. “در هر صورت ما نمی دانیم خورشید یا [جدید خورشیدی abundances] در اشتباه هستند” Pinsonneault گفت: در سال 2011 بحث جایی که او مورد علاقه بالاتر اکسیژن فراوانی است.

واکنش های هسته ای در خورشید هسته ای تولید انرژی است که پس از آن حمل و نقل به بیرون تابش و همرفت. موقعیت مرز بین منطقه تابشی و همرفتی منطقه نازل شده توسط helioseismological مشاهدات. قدیمی عنصری خورشیدی abundances قرار دادن این مرز دقیقا مشاهده موقعیت; تجدید نظر عنصری abundances نیست.

هنوز Pinsonneault اذعان دارد که Asplund جدید مدل هستند نسبت به آنهایی که قبل از آن و redetermination خورشیدی abundances باید معتبر است. برای یک چیز, Asplund این مدل را به حساب همرفت که در اوایل کار تا به حال نادیده گرفته شده است. تیم خود را نیز به رسمیت شناخته شده است که یک خط طیفی که ظاهرا ناشی از اکسیژن است که در واقع ترکیبی از اکسیژن و نیکل; کم کردن نیکل سهم منجر به کاهش اکسیژن فراوانی است.

خیلی از این مشکل ناشی از این اتم اکسیژن خود را. “این فقط یک مشکل کودک” Pinsonneault می گوید. “این همیشه یک مشکل کودک است.”

مشترک هر چند اکسیژن است که آن را به تولید چند خطوط طیفی در نور خورشید که همه آنها سخت به تجزیه و تحلیل به طوری که عنصر برگ چند سرنخ به فراوانی آن. “در مقابل همه موافق در خورشیدی آهن فراوانی” Pinsonneault می گوید. چرا که آهن به تولید مجموعهای از خطوط طیفی هستند که رسیده برای تجزیه و تحلیل.

مانند Lodders, Pinsonneault تماس به ظاهر اختلاف ابدی خسته کننده است. “این جای تعجب سخت برای به دست آوردن اطلاعات جدید برای حل مشکل,” او می گوید. “ما فقط نیاز به داده های جدید قادر به ترک این کار است.”

چیزی جدید در زیر آفتاب

خوشبختانه تازه داده خواهد شد به زودی. در آزمایشگاه فیزیک می تواند اندازه گیری opacities از عناصر مختلف در معرض آنها را به دامداری درجه حرارت است که غالب در داخل خورشید است. در سال های اخیر دانشمندان coaxed این آزمایش حتی در دماهای بالاتر — به اندازه کافی برای بررسی شرایط مشابه به کسانی که در اعماق زیر سطح خورشید در همرفت-تابش مرز و در پلاسما به اندازه کافی بزرگ و طولانی زندگی می کردند به عملکرد دقیق اعداد.

در سال 2015 جیم بیلی یک فیزیکدان تجربی در Sandia National Laboratories و همکارانش گزارش شده است که کدورت آهن در خورشید است که در واقع بالاتر از حد انتظار است. “ما نتیجه ستاره شناسی, جامعه, خیلی, خوشحال,” او می گوید: “از آنجا که این بدان معنی است که وجود دارد حداقل یک امید که آنها می تواند آشتی آنچه آنها فکر می کنم بهترین برآورد فراوانی با مدل خورشیدی استاندارد و با helioseismology.”

بیلی در حال حاضر توجه خود را تبدیل به اکسیژن و انتظار دارد اولین نتایج خود را در سه سال است. اگر اکسیژن ثابت می شود مات تر از حال حاضر محاسبه می شود و سپس خورشید نیاز ندارد به همان اندازه از عنصر برای حفظ مشاهده محل تابشی-همرفتی مرز است. که می تواند از بین بردن اختلاف بین جدید خورشیدی abundances و helioseismology.

در ضمن هر دو Asplund و Pinsonneault نقطه به نقطه دیگر امیدوار کننده راه حل است. به عنوان خورشید هسته ای تولید انرژی را ساطع می کند نوترينو شبح مانند ذرات که پستی دور و رسیدن به زمین در حدود هشت دقیقه بعد. در حال انجام مطالعات از این نوترينو باید به ارائه یک راه جدید برای برآورد عنصری abundances. چرا که برخی از نوترينو بوجود می آیند در یک فرایند است که با استفاده از کربن و نیتروژن و اکسیژن به عنوان کاتالیزور برای تبدیل هیدروژن به هلیوم.

این CNO چرخه تولید تنها حدود 1 درصد از انرژی خورشید را اما بیشتر از کربن و نیتروژن و اکسیژن خورشید واقعا بیشتر از این CNO نوترينو باید وجود داشته باشد. شش سال پیش فیزیکدانان با استفاده از Borexino آزمایش در ایتالیا به تشخیص نوترينو از خورشید اصلی واکنش های هسته ای. این هفته Borexino محققان اعلام کردند که این همان آزمایش برداشت تا CNO نوترينو معنی آن را تنها یک ماده از زمان تا زمانی که آنها به کمک پرده های خورشیدی abundances.

پارسی چرخه تولید تنها 1 درصد از انرژی خورشید را اما ممکن است روزی نشان می دهد که چگونه مقدار کربن و نیتروژن و اکسیژن خورشید شامل. در این مجموعه چرخه کربن و نیتروژن و اکسیژن هسته کاتالیز هیدروژن به هلیوم واکنش های هسته ای اما نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد تا در روند. پارسی چرخه تبدیل چهار پروتون به یک هسته هلیوم ایجاد انرژی و انتشار دو نوترينو (magenta). فیزیکدانان به تازگی اعلام کرد که آنها تا به حال شده است قادر به تشخیص این نوع از neutrino برای اولین بار.

حکم نهایی?

Lodders یادداشت ها دلیل دیگر برای امید. یک بار پس از یک زمان ستاره شناسان استدلال می کنند بیش کیهانی آهن فراوانی: طیف خورشیدی به سطح های مختلف از شهاب سنگ ها انجام داد. “این یک راز بزرگ برای مدت زمان طولانی,” او می گوید. بحث به پایان رسید که ستاره شناسان با استفاده تازگی اتمی اندازه گیری پارامترهای آهن و تجدید نظر در محاسبات خود از انرژی خورشیدی آهن فراوانی vindicating این meteoritic نتیجه.

Asplund انتظار مداوم کدورت و neutrino آزمایش به حل و فصل اختلاف. “من نمی بت خانه من در آن,” او می گوید: “اما من بسیار نا امید اگر ما در واقع نمی دانم چه پاسخ این است که در 10 سال زمان است.”

این مقاله در ابتدا در ظاهر چیزی مجلهمستقل روزنامه نگاری تلاش از بررسی سالانه. ثبت نام برای خبرنامه.

tinyurlis.gdclck.ruulvis.netshrtco.de