Чорне тіло

§ 6. Методи астрофізичних досліджень

2. Чорне тіло

Як відомо з курсу фізики, атоми можуть випромінювати або поглинати енергію електромагнітних хвиль різної частоти – від цього залежать яскравість і колір того чи іншого тіла. Для розрахунків інтенсивності випромінювання вводиться поняття так званого чорного тіла, яке може ідеально поглинати й випромінювати електромагнітні коливання в діапазоні всіх довжин хвиль (неперервний спектр).

Зорі випромінюють електромагнітні хвилі різної довжини X, але в залежності від температури поверхні найбільше енергії припадає на певну частину спектра тах (рис. 6.1). Цим пояснюються різноманітні кольори зір – від червоного до синього (див. §13). Використовуючи закони випромінювання чорного тіла, які відкрили фізики на Землі, астрономи вимірюють температуру далеких космічних світил (рис. 6.2). При темпе ратурі Г = 300 К чорне тіло випромінює енергію переважно в інфра червоній частині спектра, яка не сприймається неозброєним оком При низьких температурах таке тіло у стані термодинамічної рівно ваги має справді чорний колір.

Чорне тіло поглинає всю енергію, яка падає на його поверхню, і всю енергію перевипромінює в навколишній простір, але в іншій частині спектра.

Чорне тіло

Рис. 6.1. Спектр випромінювання зорі з температурою Т=5800 К. Западини на графіку відповідають темним лініям поглинання, які утворюють окремі хімічні елементи

У природі абсолютно чорних тіл не існує, навіть чорна сажа поглинає не більше ніж 99% електромагнітних хвиль. З іншого боку, якби абсолютно чорне тіло тільки поглинало електромагнітні хвилі, то з часом температура такого тіла стала б нескінченно великою. Тому чорне тіло випромінює енергію, причому поглинання і випромінювання можуть відбуватися в різних частотах. Однак при деякій температурі встановлюється рівновага між випромінюваною та поглиненою енергіями. Залежно від рівноважної температури колір абсолютно чорного тіла не обов’язково буде чорним – наприклад, сажа в печі при високій температурі має червоний або навіть білий колір.

Чорне тіло

Рис. 6.2. Розподіл енергії у спектрі випромінювання зір. Колір зір визначає температуру поверхні Т: сині зорі мають температуру 12000 К, а червоні – 3000 К. При збільшенні температури на поверхні зорі зменшується довжина хвилі λmax яка відповідає максимуму енергії випромінювання


Чорне тіло - Астрономія