16E: Sun- Nguvu ya nyuklia (Mazoezi)

Kwa ajili ya utafutaji zaidi

Makala

Harvey, J. na wenzake. “GONG: Kuona Ndani ya Jua letu.” Sky & Darubini (Novemba 1987): 470.

Hathaway, D. “Safari ya Moyo wa Jua.” Astronomia (Januari 1995): 38.

Kennedy, J. “GONG: Kuchunguza Moyo wa Sun Siri.” Sky & darubini (Oktoba 1996): 20. Majadiliano juu ya hydroseismology.

LoPresto, J. “Kuangalia Ndani ya Jua.” Astronomia (Machi 1989): 20. Majadiliano juu ya hydroseismology.

McDonald, A. na wengine. “Kutatua tatizo la Neutrino ya jua.” Scientific American (Aprili 2003): 40. Majadiliano juu ya jinsi majaribio ya chini ya ardhi na detectors ya neutrino yalisaidia kueleza kutokuwepo kwa neutrinos kutoka Jua.

Trefil, J. “Jinsi Stars Kuangaza.” Astronomia (Januari 1998): 56.

Websites

Albert Einstein Online: http://www.westegg.com/einstein/.

Ghost Chembe: http://www.pbs.org/wgbh/nova/neutrino/.

GONG Mradi Site: http://gong.nso.edu/.

Helioseismology: solar-center.stanford.edu/abo... eismology.html.

Princeton plasma Fizikia Lab: http://www.pppl.gov/.

Kutatua Siri ya Neutrinos ya jua: www.nobelprize.org/nobel_priz... ysics/bahcall/.

Super Kamiokande Neutrino Misa Ukurasa: http://www.ps.uci.edu/~superk/.

Video

Deep Siri ya Neutrino: Fizikia Underground: https://www.youtube.com/watch?v=Ar9ydagYkYg. 2010 Hotuba ya umma na Peter Rowson katika Stanford Linear Accelerator Center (1:22:00).

Neutrino ndoto na Hali ya Fizikia: https://www.youtube.com/watch?v=CBfUHzkcaHQ. Jopo katika tamasha la Sayansi la Dunia la 2014 (1:30:00).

Shughuli za Kikundi cha

1. Katika sura hii, tulijifunza kwamba meteorites zinazoanguka ndani ya Jua hazikuweza kuwa chanzo cha nishati ya Jua kwa sababu ongezeko muhimu katika wingi wa Jua lingeongeza kipindi cha orbital cha Dunia kwa sekunde 2 kwa mwaka. Je kundi lako kujadili madhara gani hii ingesababisha sayari yetu na kwa ajili yetu kama karne zilivyoendelea.
2. Wanaastronomia wa jua wanaweza kujifunza zaidi kuhusu mambo ya ndani ya Jua kama wanaweza kuchunguza oscillations ya Jua masaa 24 kila siku. Hii ina maana kwamba hawawezi kuwa uchunguzi wao kuingiliwa na mzunguko wa mchana/usiku. Jaribio hilo, lililoitwa mradi wa GONG (Global Oscillation Network Group), lilianzishwa kwanza katika miaka ya 1990. Ili kuokoa pesa, jaribio hili liliundwa ili kutumia idadi ndogo ya darubini. Inageuka kuwa ikiwa maeneo yamechaguliwa kwa makini, Jua linaweza kuzingatiwa yote lakini karibu 10% ya muda na vituo sita tu vya kuchunguza. Ni mambo gani unayofikiri yanapaswa kuzingatiwa katika kuchagua maeneo ya kuchunguza? Je, kundi lako linaweza kupendekeza maeneo sita ya jumla ya kijiografia ambayo yataongeza muda ambao Jua linaweza kuzingatiwa? Angalia jibu lako kwa kuangalia tovuti ya GONG.
3. Itakuwa nini kama sisi kweli kusimamia kupata kudhibitiwa fusion duniani kuwa kiuchumi upembuzi yakinifu? Kama hidrojeni katika maji inakuwa mafuta kwa ajili ya kutoa kiasi kikubwa cha nishati (badala ya mafuta), kuwa kundi lako kujadili jinsi hii huathiri uchumi wa dunia na siasa za kimataifa. (Fikiria jukumu ambalo amana za mafuta na gesi asilia sasa zinacheza kwenye eneo la dunia na katika siasa za kimataifa.)
4. Kikundi chako ni ujumbe uliotumwa kwa halmashauri ya jiji la mji mdogo wa madini ili kueleza kwa nini serikali inaweka VAT ya kuogelea ya maji ya kusafisha kibiashara chini moja ya shafts ya mgodi wa zamani wa dhahabu. Je, ungependa kufikia mkutano huu? Kutokana kwamba wanachama wa halmashauri ya jiji hawana mengi ya sayansi background, jinsi gani unaweza kueleza umuhimu wa mradi kwao? Pendekeza baadhi ya misaada Visual unaweza kutumia.
5. Wakati Raymond Davis alipopendekeza kwanza majaribio yake katika mgodi wa dhahabu chini ya ardhi, ambao ulikuwa na gharama kubwa zinazohusiana nayo, baadhi ya watu walisema haikuwa na thamani ya gharama kwa kuwa tayari tumeelewa hali na athari katika msingi wa Jua. Hata hivyo majaribio yake yalisababisha mabadiliko makubwa katika uelewa wetu wa nyutrino na fizikia ya chembe za subatomiki. Je, kundi lako linaweza kufikiria majaribio mengine “ya gharama kubwa” katika astronomia ambayo yalisababisha maboresho ya msingi katika ufahamu wetu wa asili?

Mapitio ya Maswali

1. Tunajuaje umri wa Jua?
2. Eleza jinsi tunavyojua kwamba nishati ya Jua haitolewa ama kwa kuchomwa kwa kemikali, kama katika moto hapa duniani, au kwa kupinga mvuto (kushuka).
3. Nini chanzo cha mwisho cha nishati kinachofanya Jua liangaze?
4. Je! Ni kanuni gani za hatua tatu katika mlolongo wa protoni-proton?
5. Je, neutrino inatofautianaje na neutroni? Andika orodha zote unazoweza kufikiria.
6. Eleza kwa maneno yako mwenyewe maana ya taarifa kwamba Jua liko katika usawa wa hydrostatic.
7. Wanafunzi wawili astronomia kusafiri South Dakota. Moja anasimama juu ya uso wa dunia na anafurahia jua. Wakati huohuo, nyingine hushuka ndani ya mgodi wa dhahabu ambako neutrinos hugunduliwa, ikifika kwa wakati ili kuchunguza uumbaji wa kiini kipya cha argon cha mionzi. Ingawa fotoni juu ya uso na neutrinos katika mgodi hufika kwa wakati mmoja, wamekuwa na historia tofauti sana. Eleza tofauti.
8. Je, vipimo vya idadi ya neutrinos iliyotolewa na Jua hutuambia nini kuhusu hali ya kina katika mambo ya ndani ya jua?
9. Je, neutrinos zina wingi? Eleza jinsi jibu la swali hili limebadilika kwa muda na kwa nini.
10. Neutrinos zinazozalishwa katika msingi wa Jua hubeba nishati kwa nje yake. Je! Ni utaratibu wa uendeshaji huu wa usafiri wa nishati, convection, au mionzi?
11. Ni hali gani zinazohitajika kabla ya fusion ya protoni-proton mnyororo inaweza kuanza jua?
12. Eleza njia mbili kuu ambazo nishati husafiri kupitia Jua.

Maswali ya mawazo

1. Mtu anapendekeza kuwa wanaastronomia hujenga detector maalum ya gamma-ray kuchunguza mionzi ya gamma zinazozalishwa wakati wa mnyororo wa protoni-protoni katika kiini cha Jua, kama walivyojenga detector ya neutrino. Eleza kwa nini hii itakuwa jitihada zisizo na matunda.
2. Dunia ina mambo ya mionzi ambayo kuoza hutoa neutrinos. Tunawezaje kutumia neutrinos kuamua jinsi elementi hizi zinavyosambazwa katika mambo ya ndani ya Dunia?
3. Jua ni kubwa zaidi na kubwa kuliko Dunia. Je, unadhani wiani wa wastani wa Jua ni mkubwa au mdogo kuliko ule wa Dunia? Andika jibu lako kabla ya kuangalia juu ya densities. Sasa tafuta maadili ya densities mahali pengine katika maandishi haya. Ulikuwa sahihi? Eleza wazi maana ya wiani na wingi.
4. Rafiki ambaye hajapata faida ya kozi ya astronomia anapendekeza kwamba Jua lazima lijazwe na makaa ya mawe ya kuchomwa moto ili kuangaza kama mwangaza kama inavyofanya. Orodha kama hoja nyingi kama unaweza dhidi hypothesis hii.
5. Ni ipi kati ya mabadiliko yafuatayo ni (ni) fusion na ambayo ni (ni) fission: heliamu kwa kaboni, kaboni kwa chuma, uranium kuongoza, boroni kwa kaboni, oksijeni kwa neon? (Angalia Kiambatisho K kwa orodha ya mambo.)
6. Kwa nini halijoto la juu linatakiwa kuunganisha hidrojeni kwa heliamu kwa njia ya mzunguko wa CNO kuliko inavyotakiwa na mchakato unaotokea Jua, ambao unahusisha isotopi za hidrojeni na heliamu tu?
7. Anga ya dunia iko katika usawa wa hydrostatic. Hii inamaanisha kwamba shinikizo wakati wowote katika anga lazima iwe juu ya kutosha kusaidia uzito wa hewa juu yake. Jinsi gani unaweza kutarajia shinikizo kwa Mlima. Everest tofauti na shinikizo katika darasani yako? Eleza kwa nini.
8. Eleza maana gani tunaposema kwamba bahari za Dunia ziko katika usawa wa hydrostatic. Sasa tuseme wewe ni mchezaji wa scuba. Je, unatarajia shinikizo kuongezeka au kupungua kama wewe kupiga mbizi chini ya uso kwa kina cha miguu 200? Kwa nini?
9. Ni utaratibu gani unaohamisha joto mbali na uso wa Mwezi? Ikiwa Mwezi unapoteza nishati kwa njia hii, kwa nini sio tu kuwa baridi na baridi?
10. Tuseme umesimama miguu michache mbali na bonfire jioni baridi kuanguka. Uso wako huanza kujisikia moto. Nini utaratibu unaohamisha joto kutoka kwa moto hadi uso wako? (Kidokezo: Je, hewa kati yako na moto ni moto zaidi au baridi kuliko uso wako?)
11. Kutoa mifano ya kila siku ya usafiri wa joto kwa convection na kwa mionzi.
12. Tuseme mzunguko wa protoni-protoni katika Jua ulipungua ghafla na kuzalisha nishati kwa 95% tu ya kiwango chake cha sasa. Je, mwangalizi duniani angeona kupungua kwa haraka kwa mwangaza wa Jua? Je, angeona mara moja kupungua kwa idadi ya neutrinos iliyotolewa na Jua?
13. Je! Unafikiri kwamba fusion ya nyuklia hufanyika katika anga ya nyota? Kwa nini au kwa nini?
14. Kwa nini fission si chanzo muhimu cha nishati katika Jua?
15. Kwa nini unadhani sehemu kubwa ya nishati ya Jua inatoka mikoa yake ya kati? Ndani ya sehemu gani ya radius ya Jua hufanya kivitendo vyote vya jua vinatoka (angalia Kielelezo\(16.3.7\) katika Sehemu ya 16.3)? Ndani gani radius ya Jua ina hidrojeni yake ya awali imekuwa sehemu kutumika up? Jadili uhusiano gani majibu ya maswali haya yanabeana.
16. Eleza jinsi mifano ya kompyuta ya hisabati inatuwezesha kuelewa kinachoendelea ndani ya Jua.

Kujihesabu mwenyewe

1. Tathmini kiasi cha molekuli kinachobadilishwa kuwa nishati wakati protoni inachanganya na kiini cha deuterium kuunda\(^3 \text{He}\).
2. Ni kiasi gani cha nishati kinachotolewa wakati protoni inachanganya na kiini cha deuterium kuzalisha\(^3 \text{He}\)?
3. Jua hubadilisha\(4 \times 10^9 \text{ kg}\) wingi kwa nishati kila pili. Ni miaka mingapi itachukua Jua kubadilisha masi sawa na masi ya Dunia kuwa nishati?
4. Fikiria kwamba wingi wa Jua ni hidrojeni 75% na kwamba umati huu wote unaweza kubadilishwa kuwa nishati kulingana na equation ya Einstein\(E = mc^2\). Jua linaweza kuzalisha kiasi gani cha nishati? Ikiwa\(m\) ni kilo na\(c\) iko katika m/s, basi\(E\) itaonyeshwa katika J. (Misa ya Jua hutolewa katika Kiambatisho E.)
5. Kwa kweli, uongofu wa wingi kwa nishati katika Jua sio ufanisi wa 100%. Kama tulivyoona katika maandishi, uongofu wa atomi nne za hidrojeni kuwa atomi moja ya heliamu husababisha uongofu wa takriban mara 0.02862 masi ya protoni kwa nishati. Ni kiasi gani cha nishati katika joules ambacho mmenyuko huo huzalisha? (Angalia Kiambatisho E kwa wingi wa atomi ya hidrojeni, ambayo, kwa madhumuni yote ya vitendo, ni wingi wa proton.)
6. Sasa tuseme kwamba atomi zote za hidrojeni katika Jua zilibadilishwa kuwa heliamu. Kiasi gani jumla ya nishati itakuwa zinazozalishwa? (Ili kuhesabu jibu, utahitaji kukadiria ngapi atomi za hidrojeni zilizo katika Jua. Hii itakupa mazoezi mazuri na nukuu ya kisayansi, kwani idadi zinazohusika ni kubwa sana! Angalia Kiambatisho C kwa ajili ya mapitio ya nukuu kisayansi.)
7. Mifano ya Jua zinaonyesha kuwa asilimia 10 tu ya jumla ya hidrojeni katika Jua watashiriki katika athari za nyuklia, kwani ni hidrojeni tu katika mikoa ya kati ambayo iko kwenye joto la kutosha. Tumia nishati ya jumla inayowaka kwa pili na Jua, 3.8 × 10 ²⁶ watts, pamoja na mazoezi na habari zilizotolewa hapa ili kukadiria maisha ya jua. (Kidokezo: Hakikisha kuweka wimbo wa vitengo: kama mwanga ni nishati radiated kwa pili, jibu lako pia kuwa katika sekunde. Unapaswa kubadilisha jibu kwa kitu cha maana zaidi, kama miaka.)
8. Onyesha kwamba taarifa katika maandishi ni sahihi: yaani, kwamba takriban tani milioni 600 za hidrojeni lazima zibadilishwe kuwa heliamu katika Jua kila sekunde ili kueleza pato lake la nishati. (Kidokezo: Kumbuka formula maarufu zaidi ya Einstein, na kumbuka kwamba kwa kila kilo ya hidrojeni, kilo 0.0071 ya wingi hubadilishwa kuwa nishati.) Itakuwa muda gani kabla ya asilimia 10 ya hidrojeni kugeuzwa kuwa heliamu? Je! Jibu hili linakubaliana na maisha uliyohesabu katika zoezi la awali?
9. Kila pili, Jua hubadilisha tani milioni 4 za jambo kwa nishati. Itachukua muda gani Jua ili kupunguza umati wake kwa 1% (wingi wa Jua ni 2 × 10 ³⁰)? Linganisha jibu lako na maisha ya jua hadi sasa.
10. Detector ya neutrino ya Raymond Davis Jr. ilikuwa na takriban atomi 1030 Wakati wa majaribio yake, aligundua ya kwamba neutrino moja iliitikia kwa atomu ya klorini ili kuzalisha atomu moja ya argoni kila siku.

1. Ni siku ngapi angeweza kuendesha majaribio kwa 1% ya tank yake ili kujazwa na atomi za argon?
2. Badilisha jibu lako kutoka A. kwa miaka.
3. Linganisha jibu hili kwa umri wa ulimwengu, ambayo ni takriban miaka bilioni 14 (1.4 × ¹⁰ y).
4. Hii inakuambia nini kuhusu mara ngapi neutrinos huingiliana na jambo?