E4 Strahlungsübertragung und Opazität

Thema

Das Schlüsselelement dieses Modells ist die Intensität der Strahlung, während sie sich durch ein Medium ausbreitet, das sie gleichzeitig absorbiert und emittiert.

Die Strahlungstransportgleichung beschreibt, wie sich diese Intensität entlang ihres Weges durch das Medium verändert: Absorption durch das Medium verringert sie, während lokale Emission aus dem Medium sie wieder auffüllt. Die optische Tiefe akkumuliert entlang des zurückgelegten Weges die gesamte Absorption, die die Strahlung bis zu diesem Punkt erfahren hat. Sobald diese optische Tiefe eins überschreitet, wird das Medium optisch dick, und die Strahlung kann nicht mehr geradlinig entweichen, wie es im Inneren eines Sterns der Fall ist. Unterhalb dieses Wertes von eins ist das Medium jedoch optisch dünn, und dieselbe Strahlung entweicht nahezu ungehindert, wie es in Koronen und Nebeln vorkommt.

Die Quellfunktion, definiert als das Verhältnis von Emission zu Absorption durch das Medium selbst, entspricht exakt der Planckschen Strahlungsfunktion, wenn sich das Medium im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Das Erreichen dieses Gleichgewichts führt dazu, dass die Quellfunktion an diesem Punkt im Medium nicht mehr von der Planckschen Funktion zu unterscheiden ist.

Die sichtbare Atmosphäre eines Sterns entspricht exakt der optischen Tiefe, bei der sich das Kontinuum vollständig ausgebildet hat. Dieselbe optische Tiefe ermöglicht es, einen ganzen Stern von außen sichtbar zu machen. Drei Opazitätsmechanismen dominieren diesen Prozess und ergeben zusammen die Gesamtopazität des Mediums: Photoionisation, die die Schwellenwerte der Spektralserien festlegt; thermische Bremsstrahlung; und Streuung freier Elektronen. Der Mittelwert dieser Gesamtopazität, gewichtet nach der Temperaturabhängigkeit der Planckschen Funktion, bestimmt letztendlich, ob Energie durch das Sterninnere transportiert wird oder nicht.

Ausgehend von der Intensität der Strahlung, mit der dieses Dokument beginnt, und dem Energietransport im Inneren von Sternen, mit dem es endet, über die optische Tiefe, die Quellfunktion und die sichtbare Atmosphäre des Sterns, bedeutet der Strahlungstransport und die Opazität, dass die gleiche Strahlungsintensität ein dünnes Medium ungehindert durchdringen oder in einem dicken Medium eingefangen und thermisch umgewandelt werden kann, je nachdem, welches Verhältnis von Absorption und Emission dieses Medium vorgibt.

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