¿Qué pasa si tiramos muchos cubos de agua en el sol?

Question

Qué pasaría si nos tiran cubos de agua en el sol y tener que repetir el proceso? Podrá obtener más fría o más caliente?

Answer 1

Va a conseguir más caliente. Más cosas que va a hacer que el interior del sol más denso de la gravedad por sí sola, además de que el hidrógeno es combustible y contribuirá a que el sol quema en el proceso de fusión termonuclear. Y por cierto, si usted tira el agua en posición vertical a una distancia igual a la distancia de la tierra, el agua se acelera a una velocidad superior a 20 km/s en el momento del impacto, por lo que su energía cinética se contribure mucho más que el sol ya en ese punto de la energía necesaria para que hierva el agua a la temperatura del sol.

Answer 2

Conclusión

En el corto plazo depende de la velocidad a la que se agrega el agua y cómo agregar. El Sol puede ser más o menos luminosa como un resultado. En el largo plazo, el Sol es probable que permanezca en la misma temperatura, se convertirá en el más luminoso, pero no por la cantidad que se puede esperar de una simple secuencia principal de escala con la masa, debido a que el material va a agregar es "rica en metales".

Los efectos a corto plazo

Vamos a tomar un ejemplo de la adición de 10% de la masa del Sol en forma de agua. El agua no permanece en la forma de las moléculas. Es fácilmente separables en átomos, luego se mezclan en el solar de la zona de convección y, a continuación, ionizado. Esto requiere energía.

$0.1M_{\odot}$ de agua contiene $6.6\times 10^{54}$ moléculas (sobre $10^{31}$ moles). Con una disociación de la energía de la energía de 492 kJ/mol, se requiere de $5 \times 10^{36}$ J a producir $1.2\times 10^{55}$ átomos de H y $6.6\times 10^{54}$ O átomos. Estos se mezclan en la zona de convección del Sol, de la base de que alcanza temperaturas de $2\times 10^{6}$ K. Para elevar los átomos a esta temperatura se requiere de un mayor $3kT/2$ por átomo, por lo que alrededor de $8 \times 10^{38}$ J. Los átomos de H son comparativamente fácil ionizado en estos de temperatura (13.6 eV por átomo), pero el oxígeno se lleva la friolera de 433 eV a la franja de 6 electrones (adecuado para temperaturas de $\sim 10^{6}$ K). Así que ioniza el material tiene un total de $5\times 10^{38}$ J.

Por lo tanto para asimilar el material en la zona de convección toma alrededor de $1.3\times 10^{39}$ J, que es equivalente a la potencia de salida del Sol durante 100.000 años. Ahora, uno podría argumentar que esta energía es pequeña en comparación con el "depósito térmico" dentro de la luz del Sol (por ejemplo, $1M_{\odot}$ de hidrógeno en $\sim 10^{7}$ K $5\times 10^{41}$ J, pero, sin embargo, el Sol del equilibrio se ve perturbada si este material se añade en una escala de tiempo más corta que la térmica de la escala de tiempo de la zona de convección. Esto, a su vez, está dado por $\sim GM_{\odot}\times 0.02M_{\odot}/R_{\odot}L_{\odot} \sim 6\times 10^{5}$ años. Si el agua se añade rápidamente, se podría esperar que el Sol se "apagará" para cientos de miles de años, como la energía que reside en el exterior de la zona de convección se utiliza en ionizando el material añadido.

Pero también debemos considerar cómo el agua se añade. Si de alguna manera se "bajó" de la órbita de la Tierra tendría el momento angular y la energía cinética. Si incluso la mitad de la energía potencial gravitacional liberada de la órbita de la Tierra a la superficie solar fueron "absorbidos" por el Sol, esto suministro de $>10^{40}$ J -, más que suficiente para suministrar el calor necesario en el párrafo anterior. En este caso no sería un gran positivo desequilibrio de la energía en la zona de convección que haría que el Sol se expanda y se convierta más luminoso para un par de cientos de miles de años.

Por lo tanto, si el agua se añade rápidamente (menos de 100.000 años!) el Sol se pone fuera de equilibrio, pero los efectos que podría ir en cualquier dirección, dependiendo de cómo se añade agua.

Sin embargo, voy a eludir estas cuestiones, y miren lo que ocurre en escalas de tiempo más largos como el Sol se sitúa a un nuevo equilibrio después de que el agua ha sido añadido.

Los efectos a largo plazo

Se podría pensar que la adición de masa que el Sol podría causar que asumir la secuencia principal de configuración de una manera más masiva de estrellas, pero es más complicado que eso. Si se le agrega agua, a continuación, que es principalmente de oxígeno en masa. Parcialmente ionizado de oxígeno es una excelente fuente de opacidad y cambiaría significativamente el total de "metalicidad" (nada más pesados que el helio) del Sol. Iba a pasar de ser amas de 1,3% de los metales por la masa de aproximadamente 9%.

Hasta donde yo sé, nadie ha hecho los cálculos de estructura estelar para un extremo metalicidad de la estrella. En la naturaleza la mayoría de los metales ricos en estrellas son aproximadamente 5 veces la metalicidad del Sol (Do et al. 2018).

Los efectos de otros metales (en particular de oxígeno) son el aumento de la opacidad de los gases y reducir la tasa a la cual la energía puede ser transportado fuera de la base. El exterior de la zona de convección también pasaría a ser mucho mayores, ya que más de la estrella se convirtió susceptibles a inestabilidades convectivas.

Lo mejor que puedo hacer es señalar los cálculos para la metalicidad de 5% calculado por Pietrinferni et al. (2013) y, a continuación, se puede interpolar (o extrapolar en el propio riesgo) de forma adecuada. Es claro a partir de su Fig.3, que un rico en metal- $1M_{\odot}$ estrellas es un 30% menos luminoso y tiene un 10% menor que la temperatura de la superficie de un solar-metalicidad de la estrella de la misma masa. Por lo tanto, debe ser un poco más también. Sin embargo, tenemos que hacer la comparación con un $1.1M_{\odot}$ ricos en metales la estrella en la secuencia principal. Usted puede comparar directamente un rico en metal-modelo en $1.1M_{\odot}$ con un solar-metalicidad modelo en $1M_{\odot}$. Resulta que la estrella con el agregado de los metales es la misma temperatura, pero el 20% más luminosa que el Sol (y por lo tanto debe ser de alrededor de 10% más grande). Yo precaución a pesar de que estos son a escala metalicidad solar modelos, que no coinciden con el oxígeno de la rica naturaleza de los materiales añadidos aquí, y también incluyen un aumento en Él abundancia para que coincida con el aumento de la metalicidad. También me gustaría precaución de que no he considerado lo bien que los ricos en metales en el material puede ser mezclado por debajo de la zona de convección y en el núcleo (los modelos suponen la estrella nace de gas con que la abundancia).