Das Licht von der Sonne

Das Licht von der Sonne
Warum hat die Sonne ein kontinuierliches
Spektrum?
Licht von der Sonne Folie 1
Zwei Sorten von Lichtquellen
1. Temperaturstrahler (Glühlichtquellen):
− Glühlampe, Kerzenflamme
− kontinuierliche Spektren, abhängig von der Temperatur
− Thermodynamik
2. Photonenemission bei atomaren Übergängen
− heiße Gase, Spektrallampen, Laser, farbige Flammen
− Linienspektren, Frequenzen folgen aus Energiedifferenzen
− Atomphysik
Und die Sonne?
Licht von der Sonne Folie 2
Was ist die Sonne?
− annähernd schwarzer Strahler (≈ 6000 K):
− heißes Wasserstoff- und Heliumgas:
Wasserstoff
Helium
Licht von der Sonne Folie 3
Temperaturstrahler
Plancksches Strahlungsgesetz (schwarzer Strahler):
2h
f3
djE  2  hf / kT
df
c e
1
Kirchhoffsches Gesetz:
Energiestromdichte djE im
Frequenzintervall df
e(f)=a(f)
(Emissionsgrad und Absorptionsgrad sind für jede Frequenz gleich)
schwarzer Strahler:
e(f)=a(f)=1
Licht von der Sonne Folie 4
Temperaturstrahler
Plancksches Strahlungsgesetz:
3
2h 2hf 3 f
djE  e( 2f ) hf2/ kT hf /df
df
kT
c ec e 1  1
Bei einem kontinuierlichen
Spektrum muss ein Körper
Photonen jeder Frequenz
emittieren (und absorbieren)
können!
schwarz
nichtschwarz
Beispiel: viele (nicht alle!) Feststoffe
Licht von der Sonne Folie 5
Lichtemission bei atomaren Übergängen
Übergang aus einem angeregten in einen energetisch tieferen
Zustand
Linienspektrum Quecksilber
Licht von der Sonne Folie 6
Lichtemission bei atomaren Übergängen
(E / 2) 2
Linienform: I ( E )  I ( E0 ) 
( E  E0 ) 2  (E / 2) 2
I
E: natürliche Linienbreite
t: mittlere Lebensdauer,
bei Elektronen ≈ 10-8s
E
E  t  
E0
E=ħ·w
Licht von der Sonne Folie 7
Lichtemission von der Sonne
kleiner Würfel Sonnenmaterie aus der Photospäre:
− praktisch völlig durchsichtig (keine Absorption und Emission)
zunehmende Schichtdicke:
− Absorptions- und Emissionsgrad nehmen langsam zu
− Linienspektrum wie bei einer Wasserstoff-Helium-Spektrallampe
Schichtdicke einige 100 km:
− Absorptions- und Emissionsgrad hat für alle Frequenzen 1 erreicht
(wegen Linienbreite, freien Elektronen, Spuren anderer Elemente)
− völlig undurchsichtig und Emission wie schwarzer Strahler
 Sonnenlicht kommt aus einigen 100 km Tiefe (Emissionshöhe),
Bereich darüber verursacht Frauenhofer-Linien durch Absorption
Licht von der Sonne Folie 8

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