天体物理05 辐射机制

在本文中，作者将讨论辐射的机理，重点讨论黑体辐射的非热辐射能量传递方程，参考书：天体物理导论徐仁信天体辐射机制尤韩军，非热辐射：由不处于热平衡的物体产生的辐射。例如，磁场环境中运动电子的辐射回旋加速器辐射、同步加速器辐射等。热辐射：物体在热平衡时产生的辐射。基尔霍夫热辐射定律：热辐射的辐射功率与物体的吸收功率之比(即比值)与构成物体的材料无关。具有光谱吸收系数的物体称为黑体。黑体发出的热辐射称为黑体辐射。单色反射通量、单色入射通量、黑体辐射定律、维恩位移定律、回旋辐射同步加速器辐射曲率辐射其他非热辐射、非热辐射、回旋辐射和同步加速器辐射，当带电粒子(通常是电子)被垂直注入到均匀磁场中并围绕磁力线作圆周运动时；即使粒子的速度是恒定的，它也有向心加速度，从而产生电磁辐射。相对论高能电子发射的辐射称为同步辐射。非相对论性低能电子发射的辐射称为回旋辐射。回旋加速器辐射和同步加速器辐射的示意图表明，随着电子在回旋加速器中运动速度的增加，狭义相对论的效果变得明显。这表明辐射各向同性被破坏，辐射谱也从线性谱过渡到连续谱。相对论电子的辐射明显不同于低速的情况，所以它被认为是一种新的辐射，称为同步辐射。(因为这种辐射是在同步加速器实验中首次发现的)，相对论高能电子发射同步加速器辐射。非相对论低能电子回旋辐射。单个电子的辐射功率是，如果电子运动是各向同性的，每个电子的平均辐射功率可以通过平均p的方向获得，其中：在天体物理学中，同步辐射比回旋辐射重要得多。原因：a)在许多重要的天体物理过程中，极端相对论性电子无处不在。b)同步加速器辐射功率远高于回旋加速器辐射。同步加速器辐射，回旋加速器辐射，辐射功率，辐射光谱是，同步辐射，辐射光谱，辐射是离散光谱，辐射频率是.具有频率分量的辐射功率是，其中：回旋辐射，因为几乎所有能量都集中在基频，例如，电子的基频辐射占所有辐射的90%以上。其中：是同步加速器辐射的无量纲光谱函数，曲率辐射，曲率辐射：相对论性电子在强磁场中沿弯曲磁力线运动产生的辐射。天体的磁力线通常不是直线。由于强磁场，任何穿过磁力线的运动都是不可能的，带电粒子将沿着磁力线运动。当磁场本身弯曲时，相对论性电子将获得正常的加速度，从而辐射电磁波。因为电子的瞬时运动类似于磁场中沿圆形轨道运动的相对论电子，所以它们的辐射行为类似于同步辐射。然而，曲率辐射本质上不同于同步辐射：前者消耗电子平行磁场的动能，而后者消耗电子垂直磁场的动能。(1)逆康普顿散射，介绍其他非热辐射，自由电子和光子之间的碰撞称为康普顿过程。自由电子比光子能量小得多的康普顿过程称为康普顿散射。相反，电子动能远大于光子动能的康普顿过程称为逆康普顿散射。康普顿散射使光子失去能量，电子获得动能。逆康普顿散射使极端相对论性电子失去能量，而光子获得能量。认为同步辐射是射电波段的主要辐射机制，逆康普顿散射是高能电子的重要辐射机制(1)逆康普顿散射，其他非热辐射导论，(2)轫致辐射，(3)切向伦科夫辐射，切向伦科夫辐射主要应用：探测高能宇宙射线的特性。对于能量较低的宇宙射线粒子，核辐射探测器可以直接用来测量它们。对于高能辐射，由于其与检测介质的相互作用效率低，因此不实用。更有效的探测方法之一是利用整个地球的大气层作为探测介质，并利用宇宙射线及其行动的后果来逆转高能宇宙射线的成分。带电离子在真空中的匀速运动不会产生辐射。然而，在介质中，当速度大于介质中光速时，匀速运动的带电粒子也会产生辐射。这种由“超光速”带电粒子引起的辐射过程被称为剪切伦科夫辐射。1934年，苏联物理学家切伦科夫首次在液体介质中发现了它。高能宇宙射线与大气原子核相互作用产生次级粒子。如果次级粒子的能量足够高，可以产生新一代的次级粒子。这种现象是高能宇宙射线探测的基础，被称为大范围大气阵雨。它的最终产品包括核粒子(如电子)和中性粒子(如光子和中子)。除了测量处于最终状态的次级粒子的类型和数量之外，研究高能宇宙射线的另一种方法是测量大气或水中的团簇发射产生的带电粒子产生的切向伦科夫辐射。逆康普顿散射，轫致辐射，切伦科夫辐射，曲率辐射，同步辐射，回旋辐射，黑体辐射，这些辐射的机制是什么？辐射的特征是什么(辐射功率、辐射光谱等。)？天体物理学要做的是从我们观察到的辐射推断天体的物理状态。辐射机制对天体物理学的重要性，以及其他应用辐射机制的例子：蟹状星云，宋仁宗，到第一年的5月是丑陋的(公元1054年7月4日)，在印石周围(凌晨4: 00)，天球(在金牛座)刚刚从东方的地平线出现，天空观察者突然在天球附近发现了一颗客星(古代对突然出现在天空中的亮星的统称)！这个客串明星真是一个意外的客人，不想去。“天像太阳一样白”和“每个人都看23号”。23天后，你可以在白天看到它。这位客星很特别，在黎明时分，客星的光芒不但没有减弱，反而继续变亮，“芒角如太白金星”。643天后，这位客星消失不见了。在过去的两年里，该公司的主管对此进行了详细的观察，并记录了客星的位置、颜色和亮度的变化。虽然这些详细的资料大部分已经丢失，但仅从现在开始流传下来的记录已经使后人大为钦佩。蟹状星云距离我们6300光年，它的张角为420“288”。蟹状星云的实际大小可以被发现为8.8光年和12.8光年。这些纤维结构实际上是气体密集型零件。通过光谱分析，可以发现这些气体的电子密度约为1000每立方厘米。所有纤维的总质量约为0.6-3.0太阳质量。蟹状星云的纤维结构，纤维之间的广阔空间，物质密度极薄，总质量加起来只有地球质量的0.0001，完全可以忽略不计。如果用黑体辐射来拟合蟹状星云的辐射光谱，温度是500，000度，这是难以置信的。蟹状星云的辐射机制，1953年，苏联天文学家Snklovsky提出蟹状星云的电磁辐射是由同步辐射产生的。他预测蟹状星云会有磁场。一年之内，他的预测被观察证实了。用极化法观察磁场。普通光的振动在各个方向都是均匀的。然而，在存在磁场的情况下，光将被极化，并且磁场的大小可以根据极化的强度来确定。根据偏振度，蟹状星云的平均磁场约为1/10000高斯，是地球表面平均磁场的1/1000，但却是银河系星际磁场的100倍。天体通常不是恒温的在温度梯度不是很大的情况下，辐射和传热都起作用。能量转移的原因是高温区的高速粒子数量大于低温区，高温区的高速粒子可以通过自由行走将能量转移到低温区。通过电子扩散的能量转移称为热传导，通过光子扩散的能量转移称为辐射能量转移。因为光子和