《现代太阳物理导论》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 太阳光球

第四章、太阳光球 1992June07

第四章、太阳光球

内容提要 4-1光球概念 4-2几种平衡态 4-3一般辐射转移方程及其形式解 4-4临边昏暗、连续吸收及光球模型 4-5谱线辐射转移方程、选择吸收和谱线源函数 4-6谱线的加宽机制 4-7真吸收因子、谱线轮廓及其应用

内 容 提 要 4-1 光球概念 4-2 几种平衡态 4-3 一般辐射转移方程及其形式解 4-4 临边昏暗、连续吸收及光球模型 4-5 谱线辐射转移方程、选择吸收和谱线源函数 4-6 谱线的加宽机制 4-7 真吸收因子、谱线轮廓及其应用

4-光球概念

4-1 光球概念

几个定义 辐射强度:通过辐射场中某 点与某方向垂直的单位面积 在单位时间、单位立体角和 单位波长中的能量。单位为 ergcm-2.s-.um.lsr-I P(r) △E2∝△acos△AAg Illustration of the concept of intensity. △E r A.AD.M.A0△tAAa△ 总辐射强度,平均辐射强度,积累辐射强度: I=|,d l do J=l,dn 4丌J4x

几个定义 • 辐射强度：通过辐射场中某 点与某方向垂直的单位面积 在单位时间、单位立体角和 单位波长中的能量。单位为 erg.cm-2 .s-1 .m-1 .sr-1 。 E a t cos          , , , 0 ( , ) t a lim E I t a         →   =    r  l P r( ) a • 总辐射强度，平均辐射强度， 积累辐射强度： 0 I I d   =  4 1 4 J I d     =   0 J J d   = 

几个定义 发射系数:单位质量的介质在 单位时间内沿某一给定方向单 位立体角所辐射的在波长为的 单位波长间隔中的能量。其对 辐射强度的贡献: K,p Japc 吸收系数:单位强度的辐射通 过单位质量的介质,经过单位 长度后的衰减量,称为单位质 辐射的发射和吸收衰减 量的吸收系数或不透明度。其 对辐射强度的贡献: dl, =-k, pl, ds

几个定义 • 发射系数：单位质量的介质在 单位时间内沿某一给定方向单 位立体角所辐射的在波长为的 单位波长间隔中的能量。其对 辐射强度的贡献： dI j ds   =  • 吸收系数：单位强度的辐射通 过单位质量的介质，经过单位 长度后的衰减量，称为单位质 量的吸收系数或不透明度。其 对辐射强度的贡献： dI K I ds    = −  0 I  I  j K, , s    辐射的发射和吸收衰减

几个定义 纯吸收:碰2=-K2Pl2d K K. od e 光子的平均自由程: 图.辐射的纯吸收衰减 2 K,P 光子与原子两次碰撞之间的自由行程。 经过一个光子的平均自由程,辐射强度减小e倍。 光学深度:某一层物质对波长为入的辐射的总的吸收程 度。为一无量纲的量。 I1=0 K, pds dr, =k, ods

几个定义 • 光学深度：某一层物质对波长为的辐射的总的吸收程 度。为一无量纲的量。 0 I  I  K , s   图. 辐射的纯吸收衰减 0 0 I S I dI K ds I      = −    0 0 0 S K ds K S I I e I e        −  − = = • 光子的平均自由程： 0 S K ds     =  d K ds     = dI K I ds 纯吸收：    = −  1 H K    = 光子与原子两次碰撞之间的自由行程。 0 I I e     − = 经过一个光子的平均自由程，辐射强度减小e 倍

几个定义 大气标高: 考虑处于重力场中的静力平衡大气,满足平衡方程: dP=-gpdr GM GM R k P=nkT 假设g,H,7与r无关 Ar/ P=Pe umAg 大气标高: H amG 经过一个大气标高,压力减小e倍

几个定义 2 2 r H dP g dr GM GM g r R k P nkT T m    = − =  = = • 大气标高： 考虑处于重力场中的静力平衡大气，满足平衡方程： 大气标高： / 0 H kT r m g P P e    −      = 假设 g, , T 与 r 无关： H kT H m g = 经过一个大气标高，压力减小e 倍

光球的概念 光球:太阳光球指对太阳连续辐射而言,太阳大气由完全 不透明变为完全透明的过渡层 光球之下: kT H,=H= 辐射无法被观测到 H 光球中: H,≈B=kT umH g 光球之上: H,,?H- kT 辐射基本不再被吸收。 amG 光球层为太阳辐射的有效发射层。在可见光波段,该层的厚度 只有10020公里;在紫外以及红外波段,也只有500-600公里。 从辐射功率看,地面接收的太阳辐射几乎全部来自光球

光球的概念 • 光球：太阳光球指对太阳连续辐射而言，太阳大气由完全 不透明变为完全透明的过渡层。 光球之下： 光球中： 光球之上： H kT H H m g   = = H kT H H m g    = H kT H H m g   ? = 光球层为太阳辐射的有效发射层。在可见光波段，该层的厚度 只有100-200公里；在紫外以及红外波段，也只有500-600公里。 从辐射功率看，地面接收的太阳辐射几乎全部来自光球。 辐射无法被观测到。 辐射基本不再被吸收

习题 如图:一平面等温重力分层的理想气体, 其底部的压力为P、密度为P,辐射强度↑ 为1。重力加速度g、平均原子量μ、吸收系 数κ均为常数。令大气标高H和光子平均自 由程H分别为 kT amH g 2 K,Po 如果仅考虑纯吸收过程,试将高度h处的辐 射强度表示为H和H的函数,计算无限高 处的辐射强度,并由此说明采用大气标高 作为光子平均自由程参考值的意义

习题 如图：一平面等温重力分层的理想气体， 其底部的压力为P0、密度为 0，辐射强度 为 。重力加速度g、平均原子量、吸收系 数均为常数。令大气标高H和光子平均自 由程H分别为 如果仅考虑纯吸收过程，试将高度h处的辐 射强度表示为H和H的函数，计算无限高 处的辐射强度，并由此说明采用大气标高 作为光子平均自由程参考值的意义。 H kT H m g = 0 1 H   = 0 I  g h o 0 I  I 

4-2几种平衡态

4-2 几种平衡态