Atmosferas Solares Flashcards
O que é E_λdλ?
É a quantidade de energia que os raios carregam no cone num intervalo de tempo dt.
Qual é a consequência de E_λdλ e dos denominadores diferenciais na intensidade específica serem muito pequenos?
I_λ tem um valor limitante.
Descreve o que é I_λdλdtdAcosθsenθdθdΦ?
É a quantidade da energia de radiação eletromagnética que tem um comprimento de onda entre λ e λ+dλ que passa num intervalo de tempo dt por uma área dA para um ângulo sólido senθdθdΦ.
Dá um exemplo da intensidade específica.
A função de Planck, para um corpo negro.
Porque é que a energia é constante no espaço vazio?
Dado que I_λ define-se no limite em que o ângulo sólido tende para 0, então a energia não diverge, e a intensidade é constante.
Quando é a intensidade média igual à intensidade específica?
Quando o campo de radiação é isotrópico.
Como é que se determina a quantidade de energia contida num campo de radiação?
Usando uma “armadilha” que consiste num cilindro, aberto em ambos os fins, com paredes refletoras.
A que é igual dt correspondente à radiação que viaja pela armadilha a um ângulo dθ?
dt=d/v=dL/c.cosθ
Podemos expressar a densidade de energia específica para o corpo negro em função do quê? (2 variáveis
Em função do comprimento de onda e em função da frequência.
Como é que se encontra a densidade de energia total (corpo negro)?
Integrando a densidade de energia específica sobre todos os comprimentos de onda ou sobre todas as frequências.
A que corresponde F_λdλ (fluxo radiativo específico)?
É a net energy cujo comprimento de onda se encontra entre λ e λ+dλ que passa a cada segundo por uma unidade de área na direção do eixo z.
Quando é o fluxo radiativo específico nulo?
Para um campo de radiação isotrópico (não há transporte de net energy) - no integral a intensidade é constante e passa para fora, o integral vai dar nulo.
O que se mede para uma fonte resolvida?
A intensidade específica: a energia por segundo que passa pela área da abertura para o ângulo sólido mínimo definido pelo teta mínimo.
O que se mede para uma fonte não resolvida?
O fluxo radiativo: o ângulo é menor do que o ângulo teta mínimo e a energia recebida é dispersa através do padrão de difração determinado pela abertura do telescópio. O detetor integra a intensidade sobre todas as direções.
O que é a densidade de radiação?
O fotão pode exercer pressão porque possui momento p=E/c.
Porque é que na pressão da radiação o integral em teta não vai de 0 a pi?
Porque há reflexão, logo o ângulo de incidência é igual ao ângulo de incidência e basta integrar no sen de teta correspondente ao intervalo de ângulos 0 a pi/2.
Porque é que num campo de radiação isotrópico o fator 2 a multiplicar o integral que havia na reflexão desaparece?
Porque este contabilizava a mudança de momento devido à reflexão - no campo de radiação isotrópico os fotões passam pela área dA diretamente para o outro lado sem ser refletidos - há transmissão.
A que equivale a pressão de radiação do corpo negro?
A um terço da densidade de energia.
Porque é que é complicado definir a temperatura da superfície das estrelas?
Porque elas não são verdadeiramente corpos negros, pelo que a sua temperatura de superfície não é constante.
O que é o efeito de line blanketing?
É a diminuição de intensidade produzida pela série densa de linhas de absorção metálicas no espetro solar.
Como se obtém a temperatura efetiva e a que corresponde?
Pela lei de Stefan-Boltzmann, e corresponde a um nível específico dentro de uma estrela.
Que equação dá a temperatura de excitação?
A equação de Boltzmann.
Que equação dá a temperatura de ionização?
A equação de Saha.
O que contém a temperatura cinética?
A distribuição de Maxwell-Boltzmann.
Como se obtém a temperatura de cor?
Ajustando o formato do espetro contínuo da estrela à função de Planck.
Verdadeiro ou Falso: Todas as temperaturas se aplicam a todos os locais da estrela.
Falso - todas, com exceção da temperatura efetiva.
O que é o equilíbrio termodinâmico?
Todos os processos ocorrem à mesma taxa que os processos inversos.
Porque é que a estrela nunca pode estar num verdadeiro equilíbrio termodinâmico?
A temperatura varia com o local, e há um fluxo centrípeto de net energy a ocorrer. A distribuição de velocidades da partícula e da energia de fotão reflete um intervalo de temperaturas.
O que é o equilíbrio termodinâmico local (LTE)?
Se a distância a que a temperatura muda significativamente é grande o suficiente em comparação com as distâncias que as partículas e os fotões viajam, considera-se LTE.
O que é o tamanho da temperatura de escala?
É a distância característica a que a temperatura varia.
O que resulta do tamanho de escala da temperatura ser muito maior do que o livre percurso médio?
Os átomos no gás vêm essencialmente uma temperatura cinética constante.
O que é a absorção?
Qualquer processo que remova fotões de um feixe de luz (inclui scattering).
Porque é que a intensidade decresce com o aumento da distância?
Devido à absorção de fotões pelo caminho.
O que é a opacidade?
É a seção eficaz para absorver fotões de comprimento de onda lambda por unidade de material estelar.
Porque é que a variação na profundidade ótica é negativa?
À medida que a luz se aproxima do observador, viaja por material com uma profundidade ótica que diminui.
Onde é que a profundidade ótica é nula? Porquê?
Nas camadas exteriores de uma estrela (para todos os comprimentos de onda). A luz viaja sem impedimentos até à Terra.
Como é que podemos definir a profundidade ótica?
Como o número de percursos livres médios, da posição original até à superfície, medida pelo caminho do feixe (ou raio).
Qual é a condição para um feixe a passar por um volume de gás ser oticamente fino?
τ_λ»1
Qual é a condição para um feixe a passar por um volume de gás ser oticamente espesso?
τ_λ«1
Verdadeiro ou Falso: a profundidade de ótica pode variar no comprimento de onda em que nos encontramos.
Verdadeiro.
O que acontece num processo de absorção?
O fotão deixa de existir e a energia é “dada” à energia termal do gás.
Qual é a condição para a opacidade determinar o espetro contínuo da estrela?
Variar lentamente com o comprimento de onda. As linhas escuras de absorção são resultado de variar bruscamente.
O que é o salto de Balmer?
A opacidade aumenta repentinamente após um dado comprimento de onda (~365nm) - os fotões são absorvidos no contínuo.
De que depende o tamanho do salto de Balmer?
Da fração de átomos excitados no primeiro estado - depende da temperatura!
Qual é a principal fonte de opacidade contínua em estrelas mais frias que estrelas F0?
A fotoionização de iões H- (átomo que possui um eletrão extra).
Em H-, por que razão é a força net do eletrão extra atrativa?
O segundo eletrão pode encontrar-se ligado no lado oposto ao primeiro eletrão, pelo que se encontra mais próximo do núcleo positivamente carregado do que do eletrão repulsivo.
Porque é que qualquer fotão com energia extra pode ser absorvido pelo H-?
Porque a energia de ligação do ião é muito baixa - a energia restante transforma-se em energia cinética.
O que acontece aos iões H- a temperaturas progressivamente mais altas?
Ficam cada vez mais excitados, tendo uma menor contribuição.
O que é a fotodissociação?
As moléculas são “partidas” nos seus átomos constituintes por absorção de fotões.
O que é a opacidade média de Rosseland?
É uma média harmónica que dá mais contribuição a valores mais baixos de opacidade e que incorpora uma função peso que depende da taxa a que o espetro do corpo negro varia com a temperatura.
O que é a emissão?
Qualquer processo que adicione fotões a um feixe de luz.
Denomina os 4 processos de emissão correspondentes às fontes de opacidade.
Bound-bound and free-bound emission, free-free emission e electron scattering.
Como é que os processos de absorção e emissão influenciam os caminhos dos fotões?
Redirecionam os seus caminhos e redistribuem a sua energia.
O que é um random walk?
É um caminho casual que os fotões seguem à medida que se difundem pelo material estelar.
Porque é que o transporte por radiação poderá ser bastante ineficiente numa estrela?
Porque se encontra relacionado com o passo e a raiz do número de processos, que pode ser muito alto.
Qual é o limite da profundidade ótica?
2/3.
Se a opacidade aumentar, a distância _________ .
Diminui…
O que implica um observador não ver tão profundamente comprimentos de onda em que a opacidade é maior do que a média?
Se a temperatura decrescer para fora, então as regiões serão mais frias e a intensidade irá diminuir para a maioria dos comprimentos de onda onde a opacidade for maior - há absorção.
O que é o limb darkening?
Qualquer direção que olhemos numa estrela chegamos a 2/3 de profundidade ótica, vê-se em “camadas” dependendo do ângulo e a linha de visão acaba a distâncias maiores e temperaturas menores.
O que é que o gradiente de pressão causa, e porque existe?
A temperatura decresce com o aumento do raio, e a pressão de radiação é menor a maiores distâncias do centro. O gradiente de pressão produz um pequeno net movement de fotões para a superfície que carregam o fluxo radiativo.
Essencialmente, o que é a transferência de energia por radiação?
Um processo subtil que envolve a difusão lenta de fotões a andar aleatoriamente para a superfície devido a pequenas diferenças na pressão de radiação.
Porque é que a intensidade do feixe de luz muda à medida que ele viaja pela estrela?
Os fotões sofrem absorção ou scattering e são substituídos por fotões emitidos pelo material estelar em redor/que são scattered para o feixe.
Como é determinada a rapidez da mudança da intensidade do feixe?
Através da velocidade com que os processos de absorção e emissão ocorrem.
O que é que a função de onda descreve?
Descreve como os fotões que originalmente viajavam pelo feixe de luz são removidos e substituídos pelo gás envolvente.
Descreve a implicação de dI_λ/d<0.
A intensidade é maior do que a função de fonte, logo a intensidade diminui com o aumento da distância.
Descreve a implicação de dI_λ/d>0.
A intensidade é menor do que a função de fonte, logo a intensidade aumenta com o aumento da distância.
Porque é que o valor da intensidade tende a ser igual ao valor local da função de fonte?
Porque os próprios fotões têm tendência a aparentar ser semelhantes à fonte local de fotões no gás que rodeia.
Onde podemos considerar que τ_λ»1?
Deep into the atmosphere!
I_λ=B_λ traduz-se no quê?
Em assumir que a radiação de campo é descrita pela função de Planck.
B_λ=S_λ traduz-se no quê?
Diz que a função de fonte produz radiação de corpo negro.
O que é uma atmosfera plano-paralela?
Assume-se que o eixo dos z’s está na direção vertical, com z=0 no topo da atmosfera - o raio de curvatura é muito maior do que a sua espessura.
Porque é que a profundidade ótica do raio que viaja para a superfície é maior do que a profundidade ótica vertical?
Porque tem que atravessar as camadas da atmosfera de modo a chegar à superfície.
Verdadeiro ou Falso: a profundidade ótica vertical depende da direção do feixe de luz (a que ele viaja).
Falso.
O que é uma atmosfera cinzenta?
Uma atmosfera na qual se assume que a opacidade é independente do comprimento de onda (k_λ->k_mean). É possível integrar a intensidade e a função de fonte de tal modo que não dependem do comprimento de onda.
Descreve a relação entre a pressão de radiação e o fluxo radiativo.
O fluxo radiativo é conduzido por diferenças na pressão de radiação, com ventos de fotões a mudarem de alta para baixa pressão de radiação.
O que é a aproximação de Eddington?
A intensidade tem um valor na direção +z e outra na direção -z; Iin=0 na superfície em que τ_v=0.
Quando T=Te qual é o valor de τ_λ?
2/3.
Que implicação tem T=Te para τ_λ=2/3?
A superfície da estrela não se encontra no topo da atmosfera, mas sim numa zona mais profunda! Pode ser resultado de um ponto médio de origem dos fotões.
A que se deve a intensidade emergente no topo da atmosfera?
À intensidade inicial do raio (diminuída por absorção) e à emissão em todos os pontos ao longo do caminho (atenuada por absorção entre o ponto de emissão e a superfície).
Descreve porque é que se diz que aquele gráfico corresponde a uma linha espectral oticamente fina.
Não há nenhum comprimento de onda em que o fluxo radiativo tenha sido totalmente bloqueado.
O que é o alargamento natural?
Devido ao princípio de incerteza de Heisenberg, a incerteza na energia leva a uma incerteza no comprimento de onda.
O que é o alargamento de Doppler?
Deve-se ao movimento dos átomos aleatório com uma distribuição de velocidades - os comprimentos de onda da luz emitida ou absorvida pelos átomos no gás são doppler-shifted.
Como é que a turbulência na atmosfera foi deduzida?
Através de um alargamento de Doppler exagerado.
O que é o alargamento de pressão/colisão?
O alargamento de colisão deve-se a colisões individuais e o alargamento de pressão a efeitos estatísticos de campos elétricos com um grande número de iões a passar perto um do outro.
O que é o perfil de Lorentz?
É o perfil de linha partilhado pelo alargamento natural e de pressão.
O que é o perfil de Voigt?
É o perfil total de linha devido a contribuições dos perfis de Doppler e de damping (Lorentz).
Descreve o perfil de Voigt.
Tende a ter núcleos de Doppler e asas de damping (Lorentz).
O que é a coluna de densidade?
É o número de átomos de um dado elemento, que ficam acima de uma unidade de área da fotosfera.
O que é N_a?
É o número de átomos absorventes por unidade de área que têm eletrões na orbital apropriada para absorver um fotão de comprimento de onda da linha espectral.
O que é que as forças de oscilação dão?
As probabilidades relativas do eletrão fazer uma transição da orbital inicial - é o número efetivo de eletrões por átomo a participar numa transição.
O que é a curva de crescimento? Para que é útil?
Gráfico logarítmico da largura equivalente como função do número de átomos absorventes. Útil para determinar a abundância de espécies químicas.
Verdadeiro ou Falso: A largura equivalente varia com o número de átomos absorventes.
Verdadeiro.
Descreve a relação da curva de crescimento com um regime linear.
O meio é óticamente fino inicialmente. W é proporcional a N_a e a curva de crescimento é inicialmente linear a ln(N_a) - exemplo: número de átomos duplica > duplo da luz removida > W duas vezes maior.
Descreve a relação da curva de crescimento com (ln N_a)^1/2.
À medida que o meio fica mais oticamente espesso com o aumento dos átomos absorventes a linha “cai” e fica saturada - crescimento com W proporcional a (ln N_a)^1/2.
Descreve a relação da curva de crescimento com ln N_a.
O aumento dos átomos absorventes permite que a largura continue a crescer, e W fica proporcional a ln N_a.
Como é que se minimiza erros envolvidos numa única linha espectral?
Localiza-se numa única curva de cresciemnto as posições de várias larguras equivalentes de várias linhas formadas por transição da mesma orbital inicial.
Como é que se determina o número de átomos absorventes?
Comparando as larguras equivalentes medidas para diferentes linhas de absorção produzidas pelos mesmos átomos ou iões no mesmo estado com uma curva de crescimento teórica.
