Các vật thể trong vũ trụ phát ra một dải bức xạ điện từ khổng lồ. Các nhà khoa học gọi phạm vi này là phổ điện từ, họ đã chia thành một số loại. Quang phổ được hiển thị trong Hình 5.6, với một số thông tin về các sóng trong mỗi phần hoặc mỗi dải phổ.

Hình 5.6 Bức xạ và bầu khí quyển của Trái Đất. Hình này cho thấy các dải của phổ điện từ và khả năng truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất. Lưu ý rằng các sóng tần số cao từ không gian không đến được bề mặt và do đó phải được quan sát từ không gian. Một số tia hồng ngoại và vi sóng bị hấp thụ bởi nước và do đó chúng được quan sát tốt nhất từ trên cao. Sóng vô tuyến tần số thấp bị tầng điện ly của Trái đất chặn lại. (tín dụng: sửa đổi công việc của STScI/JHU/NASA)

Các loại bức xạ điện từ

Bức xạ điện từ ở các bước sóng ngắn nhất, không quá 0,01 nanomet, được phân loại là các tia gamma (1 nanomet = 10-9 mét). Cái tên gamma xuất phát từ chữ cái thứ ba trong bảng chữ cái Hy Lạp: tia gamma là loại bức xạ thứ ba được phát hiện ra từ các nguyên tử phóng xạ khi các nhà vật lý lần đầu tiên điều tra hành vi của chúng. Bởi vì tia gamma mang rất nhiều năng lượng, chúng có thể gây nguy hiểm cho các mô sống. Bức xạ gamma được tạo ra sâu bên trong các ngôi sao, cũng như bởi một số hiện tượng tàn khốc nhất trong vũ trụ, chẳng hạn như cái chết của các ngôi sao hay sự hợp nhất xác của các ngôi sao đã chết. Các tia gamma đến Trái Đất sẽ bị bầu khí quyển của chúng ta hấp thụ trước khi chúng chạm tới mặt đất (đó là một điều tốt cho sức khỏe của chúng ta); do đó, chúng chỉ có thể được nghiên cứu bằng cách sử dụng các công cụ trong không gian.

Bức xạ điện từ có bước sóng từ 0,01 nanomet đến 20 nanomet được gọi là tia X. Có năng lượng cao hơn ánh sáng nhìn thấy, tia X có thể xuyên qua các mô mềm chứ không phải xương, và do đó, cho phép chúng ta tạo ra hình ảnh về bóng của xương bên trong cơ thể chúng ta. Trong khi tia X có thể xuyên qua một đoạn ngắn da thịt người, chúng bị chặn lại bởi số lượng lớn các nguyên tử trong bầu khí quyển của Trái đất mà chúng tương tác. Do đó, thiên văn học tia X (như thiên văn học tia gamma) không thể phát triển cho đến khi chúng ta phát minh ra các cách đưa các thiết bị lên trên bầu khí quyển Trái Đất (Hình 5.7).

Hình 5.7 Bầu trời tia X. Đây là bản đồ bầu trời được điều chỉnh theo một số loại tia X nhất định (nhìn từ phía trên bầu khí quyển của Trái Đất). Bản đồ làm nghiêng bầu trời để cho đĩa Thiên hà Ngân Hà của chúng ta chạy ngang qua tâm của nó. Bản đồ được xây dựng và tô màu nhân tạo từ dữ liệu do vệ tinh ROSAT của Châu u thu thập. Mỗi màu (đỏ, vàng và xanh lam) cho thấy tia X có tần số hoặc năng lượng khác nhau. Ví dụ, màu đỏ phác họa ánh sáng từ một bong bóng khí nóng cục bộ xung quanh chúng ta, được thổi bởi một hoặc nhiều ngôi sao đang nổ trong vùng vũ trụ lân cận của chúng ta. Màu vàng và xanh lam cho thấy các nguồn tia X ở xa hơn, chẳng hạn như tàn dư của các ngôi sao đã phát nổ khác hoặc trung tâm hoạt động của Thiên hà của chúng ta (ở giữa hình ảnh). (tín dụng: sửa đổi công việc của NASA)

Bức xạ trung gian giữa tia X và ánh sáng nhìn thấy là tia cực tím (nghĩa là năng lượng cao hơn tia tím). Bên ngoài thế giới khoa học, ánh sáng cực tím đôi khi được gọi là "ánh sáng đen" vì mắt chúng ta không thể nhìn thấy nó. Bức xạ cực tím hầu hết bị ngăn bởi tầng ôzôn của bầu khí quyển Trái Đất, nhưng một phần nhỏ tia cực tím từ Mặt Trời của chúng ta có thể xâm nhập gây cháy nắng hoặc thậm chí là ung thư da ở người trong trường hợp tiếp xúc quá mức. Thiên văn học bằng tia cực tím cũng được thực hiện tốt nhất từ ​​không gian.

Bức xạ điện từ có bước sóng từ khoảng 400 đến 700 nm được gọi là ánh sáng khả kiến ​​vì đây là những sóng mà thị giác của con người có thể cảm nhận được. Đây cũng là dải phổ điện từ dễ dàng tiếp cận bề mặt Trái Đất nhất. Hai quan sát này không phải là ngẫu nhiên: thứ nhất là mắt người được phát triển để nhìn thấy các loại sóng đến từ Mặt trời một cách hiệu quả nhất. Thứ hai là ánh sáng có thể nhìn thấy xuyên qua bầu khí quyển của Trái Đất một cách hiệu quả, trừ khi nó tạm thời bị các đám mây chặn lại.

Giữa ánh sáng nhìn thấy và sóng vô tuyến là các bước sóng của tia hồng ngoại hay bức xạ nhiệt. Nhà thiên văn học William Herschel lần đầu tiên phát hiện ra tia hồng ngoại vào năm 1800 trong khi cố gắng đo nhiệt độ của các màu sắc khác nhau của ánh sáng Mặt Trời đang trải ra thành một quang phổ. Ông nhận thấy rằng khi ông vô tình đặt nhiệt kế của mình ngoài màu đỏ nhất, nó vẫn nóng lên do một số năng lượng vô hình đến từ Mặt Trời. Đây là gợi ý đầu tiên về sự tồn tại của các dải (vô hình) khác của quang phổ điện từ, mặc dù phải mất nhiều thập kỷ để chúng ta có thể hiểu biết đầy đủ.

Đèn nhiệt bức xạ hầu hết là bức xạ hồng ngoại và các đầu dây thần kinh trên da của chúng ta nhạy cảm với dải phổ điện từ này. Sóng hồng ngoại bị hấp thụ bởi nước và các phân tử carbon dioxide, những phân tử này tập trung ở tầng thấp hơn trong bầu khí quyển của Trái Đất. Vì lý do này, thiên văn hồng ngoại được thực hiện tốt nhất từ các đỉnh núi cao, máy bay bay cao và tàu vũ trụ.

Sau tia hồng ngoại là dải vi sóng quen thuộc, được sử dụng trong truyền thông sóng ngắn và trong lò vi sóng. (Các bước sóng thay đổi từ 1 milimet đến 1 mét và được hấp thụ bởi hơi nước, điều này làm cho chúng có hiệu quả trong việc làm nóng thực phẩm.) . Bạn có thể nhớ rằng trà — chứa đầy nước — nóng lên nhanh chóng trong lò vi sóng của bạn, trong khi một cốc sứ — đã loại bỏ nước khi nướng — vẫn nguội.

Tất cả các sóng điện từ dài hơn vi sóng được gọi là sóng vô tuyến, nhưng đây là một phạm trù rộng đến mức chúng ta thường chia nó thành nhiều phần phụ. Trong số này quen thuộc nhất là sóng radar, được sử dụng trong súng radar của các sĩ quan giao thông để xác định tốc độ xe, và sóng vô tuyến AM, là sóng đầu tiên được phát triển để phát sóng. Bước sóng của các loại khác nhau này nằm trong khoảng từ hơn một mét đến hàng trăm mét, và các bức xạ vô tuyến khác có thể có bước sóng dài tới vài km.

Với dải bước sóng rộng như vậy, không phải tất cả các sóng vô tuyến đều tương tác với bầu khí quyển của Trái đất theo cùng một cách. Sóng FM và TV không bị hấp thụ và có thể di chuyển dễ dàng qua bầu khí quyển của chúng ta. Sóng vô tuyến AM bị hấp thụ hoặc phản xạ bởi một lớp trong bầu khí quyển của Trái Đất được gọi là tầng điện ly (tầng điện ly là một lớp các hạt mang điện trên đỉnh bầu khí quyển của chúng ta, được tạo ra bởi sự tương tác với ánh sáng mặt trời và các hạt mang điện được đẩy ra từ Mặt Trời).

Chúng tôi hy vọng cuộc khảo sát ngắn này đã để lại cho bạn một ấn tượng mạnh: mặc dù ánh sáng nhìn thấy là thứ mà hầu hết mọi người liên tưởng đến thiên văn học, thì thực tế ánh sáng mà mắt chúng ta có thể nhìn thấy chỉ là một phần rất nhỏ trong một phạm vi rộng lớn của sóng được tạo ra trong vũ trụ. Ngày nay, chúng ta hiểu rằng việc phán đoán một số hiện tượng thiên văn bằng cách chỉ sử dụng ánh sáng mà chúng ta có thể nhìn thấy giống như việc trốn dưới gầm bàn trong một bữa dạ tiệc lớn và đánh giá tất cả các vị khách không gì khác ngoài đôi giày của họ. Còn rất nhiều điều đối với mỗi người ngoài tầm nhìn của chúng ta dưới gầm bàn. Điều rất quan trọng đối với những người nghiên cứu thiên văn học ngày nay là tránh trở thành “những người theo chủ nghĩa sô-vanh ánh sáng nhìn thấy” —chỉ tôn trọng thông tin mà mắt họ nhìn thấy trong khi bỏ qua thông tin thu thập được bởi các thiết bị nhạy cảm với các dải khác của phổ điện từ.

Bảng 5.1 tóm tắt các dải của quang phổ điện từ và chỉ ra nhiệt độ và các đối tượng thiên văn điển hình phát ra từng loại bức xạ điện từ đó. Mặc dù lúc đầu, một số loại bức xạ được liệt kê trong bảng có vẻ không quen thuộc, nhưng bạn sẽ hiểu rõ hơn về chúng khi đọc xong loạt bài này. Bạn có thể quay lại bảng này khi tìm hiểu thêm về các loại vật thể mà các nhà thiên văn học nghiên cứu.

Loại bức xạ

Bước sóng (nm)

Nhiệt độ vật thể Bức xạ

Nguồn bức xạ điển hình

Tia gamma

Bé hơn 0.01

Lớn hơn 108 K

Được sinh ra trong các phản ứng hạt nhân; yêu cầu quá trình năng lượng rất cao

Tia X

0.01–20

106–108 K

Khí trong các cụm thiên hà, tàn dư siêu tân tinh, vầng nhật quang

Cực tím

20–400

104–106 K

Tàn dư siêu tân tinh, những ngôi sao rất nóng

Khả kiến

400–700

103–104 K

Các ngôi sao

Hồng ngoại

103–106

10–103 K

Những đám mây bụi và khí nguội, hành tinh, mặt trăng

Vi sóng

106–109

Bé hơn 10 K

Các thiên hà hoạt động, các sao xung, bức xạ nền vũ trụ

Vo tuyến

Lớn hơn 109

Bé hơn 10 K

Tàn dư siêu tân tinh, sao xung, khí lạnh

Bức xạ và nhiệt độ

Một số vật thể thiên văn chủ yếu phát ra bức xạ hồng ngoại, những vật thể khác chủ yếu là ánh sáng nhìn thấy, và những vật thể khác chủ yếu là bức xạ tử ngoại. Điều gì xác định loại bức xạ điện từ được phát ra bởi Mặt Trời, các ngôi sao và các vật thể thiên văn đặc khác? Câu trả lời thường là nhiệt độ của chúng.

Ở cấp độ vi mô, mọi thứ trong tự nhiên đều chuyển động. Một chất rắn bao gồm các phân tử và nguyên tử trong sự rung động liên tục: chúng chuyển động tới lui tại chỗ, nhưng chuyển động của chúng quá nhỏ để mắt chúng ta có thể nhận ra. Một chất khí bao gồm các nguyên tử và / hoặc phân tử đang bay tự do với tốc độ cao, liên tục va chạm vào nhau và bắn phá vật chất xung quanh. Chất rắn hoặc chất khí càng nóng thì chuyển động của các phân tử hoặc nguyên tử của nó càng nhanh. Do đó, nhiệt độ của một thứ là thước đo năng lượng chuyển động trung bình của các hạt tạo nên nó.

Chuyển động ở cấp độ vi mô này là nguyên nhân tạo ra phần lớn bức xạ điện từ trên Trái Đất và trong vũ trụ. Khi các nguyên tử và phân tử chuyển động và va chạm, hoặc dao động tại chỗ, các electron của chúng phát ra bức xạ điện từ. Các đặc tính của bức xạ này được xác định bởi nhiệt độ của các nguyên tử và phân tử đó. Ví dụ, trong một vật liệu nóng, các hạt riêng lẻ dao động tại chỗ hoặc chuyển động nhanh chóng do va chạm, do đó, các sóng phát ra trung bình có năng lượng lớn hơn. Và nhớ lại rằng các sóng năng lượng cao hơn có tần số cao hơn. Trong vật liệu rất mát, các hạt có chuyển động nguyên tử và phân tử năng lượng thấp và do đó tạo ra các sóng năng lượng thấp hơn.

Định luật bức xạ

Để hiểu chi tiết hơn về mặt định lượng của mối quan hệ giữa nhiệt độ và bức xạ điện từ, chúng ta tưởng tượng một vật thể lý tưởng hóa được gọi là vật đen. Một vật thể như vậy không phản xạ hoặc tán xạ bất kỳ bức xạ nào, nhưng hấp thụ tất cả năng lượng điện từ rơi vào nó. Năng lượng bị hấp thụ làm cho các nguyên tử và phân tử trong nó dao động hoặc chuyển động xung quanh với tốc độ tăng dần. Khi nó trở nên nóng hơn, vật thể này sẽ bức xạ sóng điện từ cho đến khi sự hấp thụ và bức xạ cân bằng. Chúng tôi muốn thảo luận về một vật thể được lý tưởng hóa như vậy bởi vì, như bạn sẽ thấy, các ngôi sao hoạt động gần như giống nhau.

Bức xạ từ vật đen có một số đặc điểm, như minh họa trong Hình 5.8. Đồ thị biểu diễn công suất do các vật có nhiệt độ khác nhau phát ra ở mỗi bước sóng. Trong khoa học, từ power có nghĩa là năng lượng phát ra mỗi giây (và nó thường được đo bằng watt, bạn có thể thấy quen thuộc khi mua bóng đèn).

Hình 5.8. Minh họa các định luật bức xạ. Biểu đồ này cho thấy có bao nhiêu photon được phát ra ở mỗi bước sóng đối với các vật thể ở bốn nhiệt độ khác nhau theo đơn vị tùy ý. Các bước sóng tương ứng với ánh sáng nhìn thấy được thể hiện bằng các dải màu. Lưu ý rằng ở nhiệt độ nóng hơn, sẽ có nhiều năng lượng hơn (dưới dạng photon) được phát ra ở tất cả các bước sóng. Nhiệt độ càng cao, bước sóng mà lượng năng lượng đỉnh được bức xạ càng ngắn (điều này được gọi là định luật Wien).

Trước hết, hãy chú ý rằng các đường cong cho thấy rằng, ở mỗi nhiệt độ, vật thể đen của chúng ta phát ra bức xạ (photon) ở tất cả các bước sóng (tất cả các màu). Điều này là do trong bất kỳ chất rắn hoặc chất khí nào đặc hơn, một số phân tử hoặc nguyên tử rung động hoặc chuyển động giữa các va chạm chậm hơn mức trung bình và một số chuyển động nhanh hơn mức trung bình. Vì vậy, khi chúng ta nhìn vào các sóng điện từ phát ra, chúng ta tìm thấy một phạm vi rộng, hoặc phổ, của năng lượng và bước sóng. Năng lượng được phát ra nhiều hơn ở tốc độ rung hoặc chuyển động trung bình (phần cao nhất của mỗi đường cong), nhưng nếu chúng ta có một số lượng lớn các nguyên tử hoặc phân tử, một số năng lượng sẽ được phát hiện ở mỗi bước sóng.

Thứ hai, lưu ý rằng một vật ở nhiệt độ cao hơn phát ra nhiều năng lượng hơn ở tất cả các bước sóng so với vật ở nhiệt độ lạnh hơn. Ví dụ, trong một chất khí nóng (các đường cong cao hơn trong Hình 5.8), các nguyên tử có nhiều va chạm hơn và tỏa ra nhiều năng lượng hơn. Trong thế giới thực của các ngôi sao, điều này có nghĩa là các ngôi sao nóng hơn tỏa ra nhiều năng lượng hơn ở mọi bước sóng so với các ngôi sao lạnh hơn.

Thứ ba, biểu đồ cho chúng ta thấy rằng nhiệt độ càng cao thì bước sóng mà công suất cực đại được phát ra càng ngắn. Hãy nhớ rằng bước sóng ngắn hơn có nghĩa là tần số và năng lượng cao hơn. Do đó, có lý khi các vật thể nóng tỏa ra một phần năng lượng lớn hơn ở bước sóng ngắn hơn (năng lượng cao hơn) so với các vật thể lạnh. Bạn có thể đã quan sát thấy các ví dụ về quy tắc này trong cuộc sống hàng ngày. Khi bật đầu đốt trên lò điện ở mức thấp, nó chỉ tỏa ra nhiệt là bức xạ hồng ngoại, nhưng không phát sáng bằng ánh sáng nhìn thấy. Nếu đầu đốt được đặt ở nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bắt đầu phát sáng màu đỏ xỉn. Ở mức cao hơn nữa, nó phát sáng màu đỏ cam sáng hơn (bước sóng ngắn hơn). Ở nhiệt độ cao hơn, nếu không tính đến các lò điện thông thường, kim loại có thể có màu vàng rực rỡ hoặc thậm chí là màu trắng xanh.

Chúng ta có thể sử dụng những ý tưởng này để đưa ra một loại “nhiệt kế” thô để đo nhiệt độ của các ngôi sao. Bởi vì nhiều ngôi sao tỏa ra hầu hết năng lượng của chúng dưới dạng ánh sáng nhìn thấy, nên màu sắc của ánh sáng chi phối vẻ ngoài của một ngôi sao là một chỉ báo sơ bộ về nhiệt độ của nó. Nếu một ngôi sao có màu đỏ và ngôi sao khác trông có màu xanh lam, ngôi sao nào có nhiệt độ cao hơn? Bởi vì màu xanh lam là màu có bước sóng ngắn hơn, nó là dấu hiệu của một ngôi sao nóng hơn. (Lưu ý rằng nhiệt độ chúng ta kết hợp với các màu khác nhau trong khoa học không giống với nhiệt độ mà các nghệ sĩ sử dụng. Trong nghệ thuật, màu đỏ thường được gọi là màu "nóng" và màu xanh lam là màu "mát". Tương tự, chúng ta thường thấy màu đỏ trên vòi nước hoặc điều khiển điều hòa không khí để biểu thị nhiệt độ nóng và màu xanh lam để biểu thị nhiệt độ lạnh. Mặc dù đây là những cách sử dụng phổ biến đối với chúng ta trong cuộc sống hàng ngày, nhưng trong tự nhiên thì ngược lại.)

Chúng ta có thể phát triển một nhiệt kế sao chính xác hơn bằng cách đo lượng năng lượng mà một ngôi sao tỏa ra ở mỗi bước sóng và bằng cách xây dựng các biểu đồ như Hình 5.8. Vị trí của đỉnh (hoặc cực đại) trong đường cong công suất của mỗi ngôi sao có thể cho chúng ta biết nhiệt độ của nó. Nhiệt độ trung bình ở bề mặt Mặt trời, nơi phát ra bức xạ mà chúng ta nhìn thấy, hóa ra là 5800 K. (Trong toàn bộ văn bản này, chúng tôi sử dụng thang kelvin hoặc thang nhiệt độ tuyệt đối. Trên thang này, nước đóng băng ở 273 K và sôi ở 373 K. Mọi chuyển động phân tử dừng lại ở 0 K.) Có những ngôi sao lạnh hơn Mặt trời và những ngôi sao nóng hơn Mặt trời.

Bước sóng tại đó công suất cực đại được phát ra có thể được tính theo phương trình:

trong đó bước sóng tính bằng nanomet (một phần tỷ mét) và nhiệt độ tính bằng K (hằng số 3 x 10 ^ 6 có đơn vị là nm × K). Mối quan hệ này được gọi là Định luật Wien. Đối với Mặt trời, bước sóng mà năng lượng cực đại được phát ra là 520 nanomet, nằm gần giữa quang phổ điện từ của ánh sáng nhìn thấy. Nhiệt độ đặc trưng của các vật thể thiên văn khác và bước sóng mà chúng phát ra công suất lớn nhất được liệt kê trong Bảng 5.1.

VÍ DỤ 5.3.1. Tính nhiệt độ của vật đen

Chúng ta có thể sử dụng định luật Wien để tính toán nhiệt độ của một ngôi sao với điều kiện chúng ta biết bước sóng của cường độ đỉnh cho quang phổ của nó. Nếu bức xạ phát ra từ một ngôi sao lùn đỏ có bước sóng công suất cực đại là 1200 nm, thì nhiệt độ của ngôi sao này là bao nhiêu, giả sử nó là vật đen?

Đáp án

Giải định luật Wien về nhiệt độ:

VÍ DỤ 5.3.2. Tính nhiệt độ của vật đen

Nhiệt độ của một ngôi sao mà ánh sáng cực đại phát ra ở bước sóng ngắn hơn nhiều là 290 nm là bao nhiêu?

Đáp án

Vì ngôi sao này có bước sóng cực đại ở bước sóng ngắn hơn (trong phần tử ngoại của quang phổ) so với Mặt Trời của chúng ta (trong phần nhìn thấy của quang phổ), nên không có gì ngạc nhiên khi nhiệt độ bề mặt của nó nóng hơn nhiều hơn Mặt Trời của chúng ta.

Chúng ta cũng có thể mô tả quan sát của mình rằng các vật thể nóng hơn bức xạ nhiều công suất hơn ở tất cả các bước sóng trong một dạng toán học. Nếu chúng ta tổng hợp các đóng góp từ tất cả các phần của quang phổ điện từ, chúng ta sẽ thu được tổng năng lượng do vật đen phát ra. Những gì chúng ta thường đo từ một vật thể lớn như một ngôi sao là thông lượng năng lượng, tức là công suất phát ra trên một mét vuông. Từ thông lượng (flux) có nghĩa là “dòng chảy” (flow): chúng ta quan tâm đến dòng năng lượng vào một diện tích (như diện tích của gương kính thiên văn). Hóa ra thông lượng năng lượng từ vật đen ở nhiệt độ T tỷ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của nó. Mối quan hệ này được gọi là định luật Stefan-Boltzmann và có thể được viết dưới dạng một phương trình như:

trong đó F là viết tắt của thông lượng năng lượng (tính theo đơn vị watt trên mét vuông), T được tính bằng Kelvins và σ (sigma trong chữ Hy Lạp) là một số không đổi (5,67 × 10-8).

Hãy để ý kết quả này ấn tượng như thế nào. Việc tăng nhiệt độ của một ngôi sao sẽ có ảnh hưởng to lớn đến công suất mà nó tỏa ra. Ví dụ, nếu Mặt trời nóng gấp đôi — tức là, nếu nó có nhiệt độ 11.600 K — thì nó sẽ tỏa ra năng lượng gấp 24, hay 16 lần so với hiện tại. Tăng nhiệt độ lên gấp ba lần sẽ làm tăng công suất phát điện lên 81 lần. Những ngôi sao nóng thực sự tỏa ra một nguồn năng lượng to lớn.

Trong khi thông lượng năng lượng cho chúng ta biết một ngôi sao phát ra bao nhiêu năng lượng trên một mét vuông, chúng ta thường muốn biết tổng công suất mà ngôi sao phát ra là bao nhiêu. Chúng ta có thể xác định điều đó bằng cách nhân thông lượng năng lượng với số mét vuông trên bề mặt ngôi sao. Các ngôi sao chủ yếu là hình cầu, vì vậy chúng ta có thể sử dụng công thức 4πR2 cho diện tích bề mặt, trong đó R là bán kính của ngôi sao. Tổng công suất do ngôi sao phát ra (mà chúng ta gọi là "độ sáng tuyệt đối" của ngôi sao) có thể được tìm thấy bằng cách nhân công thức cho thông lượng năng lượng và công thức cho diện tích bề mặt:

VÍ DỤ 5.4.1. Tính toán công suất của một ngôi sao

Hai ngôi sao có cùng kích thước và cách chúng ta cùng khoảng cách. Sao A có nhiệt độ bề mặt là 6000 K, và sao B có nhiệt độ bề mặt cao gấp đôi, 12.000 K. Sao B phát sáng hơn bao nhiêu so với sao A?

Đáp án

Ta có:

Lấy tỷ lệ độ sáng của Sao A so với Sao B:

Vì hai ngôi sao có cùng kích thước nên RA = RB, ta được:

VÍ DỤ 5.4.2. Tính toán công suất của một ngôi sao

Hai ngôi sao có đường kính giống nhau cách chúng ta một khoảng bằng nhau. Một cái có nhiệt độ 8700 K và cái kia có nhiệt độ 2900 K. Cái nào sáng hơn? Nó sáng hơn bao nhiêu?

Đáp án

Ngôi sao 8700 K có nhiệt độ gấp 3 lần nên sáng hơn 34 = 81 lần.

(còn tiếp...)

Tham khảo

  1. PHET: Bạn có thể sử dụng trình mô phỏng Quang phổ vật đen để khám phá mối quan hệ giữa nhiệt độ, bước sóng cực đại, độ sáng tổng thể và màu sắc biểu kiến của một vật thể:
  2. Astronomy 1st edition, Senior Contributing Authors: A. Franknoi, D. Morrison, S. Wolff ©2017 Rice University,  Textbook content produced by OpenStax is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. (Access for free at https://openstax.org/details/books/astronomy)