¿Cómo sabemos cómo es el interior del Sol?

Conocemos los procesos internos de las estrellas a través de la observación y la aplicación de la física y el modelado.

Los astrónomos han estado estudiando el sol y otras estrellas durante miles de años. En la antigüedad, existían todo tipo de mitos y leyendas para explicar el universo físico. Se necesitaron muchas generaciones y muchas teorías y pruebas para descubrir lo que entendemos sobre el universo físico.

Había dos pistas para comprender la naturaleza y la física de las estrellas: el estudio de los espectros astronómicos y la física teórica.

En 1666 Newton observó que se podía romper la luz en sus espectros componentes usando un prisma.

Mucho más tarde se descubrió cuando se aplicó a un telescopio astronómico que las estrellas tenían todo tipo de espectros diferentes. No tenían idea de lo que significaba exactamente.

El espectro de los soles tiene todo tipo de líneas que nadie entendió realmente hasta ~ 1900 cuando se resolvieron los fundamentos de la teoría cuántica. Pronto descubrimos que los espectros de una estrella nos podían decir todo tipo de cosas al respecto. Primero es su composición. Diferentes líneas en los espectros se corresponden con diferentes elementos. El segundo es la temperatura.

Mediante el uso de algunos cálculos cuánticos y los datos recopilados de los espectros de las estrellas, los astrónomos comenzaron a analizar la forma en que funcionaban las estrellas.

La respuesta más simple a la pregunta de cómo podemos entender lo que está sucediendo dentro de las estrellas es que las observamos y tratamos de descubrir un modelo que las explique. Analizamos su temperatura, composición y presupuesto energético y, a lo largo de los años, hemos desarrollado la teoría actual.

Sabemos que esta comprensión de las estrellas y su física es un sistema muy complejo y que comprenderlo es un objetivo en movimiento. Todavía tenemos MUCHO que aprender y el proceso está en curso.

En mi opinión, la mayor parte de la ciencia interesante trata sobre cosas que no podemos ver. No podemos ver un electrón en situaciones normales, un protón, un muón, etc. No podemos ver el núcleo de la Tierra, no podemos ver el núcleo del sol.

Lo que tenemos que hacer en estos casos es hacer modelos y medir lo que podemos ver para descubrir qué tan cerca nuestros modelos coinciden con nuestras observaciones. Si bien no podemos ver el núcleo del sol, podemos ver la superficie de nuestro sol bastante bien. También podemos ver muchas otras estrellas en el cielo. Cualquier modelo que hagamos hará predicciones sobre lo que podemos ver en la superficie, por lo que es una vía de estudio.

Otra vía de estudio es que hay cosas que podemos detectar desde el núcleo del sol. En particular los neutrinos. Sin embargo, esto creó lo que fue durante mucho tiempo un problema difícil, el problema del neutrino solar. Es decir, nuestras observaciones no coincidían con ninguno de nuestros modelos. Eventualmente, sin embargo, este problema se resolvió cuando nos dimos cuenta de que algo que creíamos saber sobre los neutrinos está mal. Pensamos que los neutrinos eran partículas sin masa que se movían a la velocidad de la luz y que nunca cambiaban los sabores. Un neutrino puede tener tres sabores. Electron, Muon y Tau. Hice mi tesis en busca de violaciones del sabor de leptones, por lo que es un tema que estoy muy familiarizado. Resulta que los neutrinos tienen una masa muy leve, y esa masa les permite cambiar los sabores. Eso es suficiente para cambiar nuestra predicción de cuántos neutrinos deberían detectar nuestros detectores.

Al final, si nos fijamos en nuestros modelos estelares, son extremadamente simplistas. Mucho más simple que un problema más fácil, como los modelos de cambio climático en la Tierra. Entonces, realmente no sabemos mucho sobre lo que sucede en el núcleo de nuestro sol.

Respuesta corta: no lo hacemos.

Respuesta más larga: suponemos las características internas del Sol en base a una serie de suposiciones y teorías comprobables que … ¡he aquí! – devolver resultados tolerablemente consistentes. ¿No es buena la ciencia?

Entonces: la noción de fusión nuclear en el núcleo del Sol, planteada por Fred Hoyle, Fowler y Margaret y Geoffrey Burbidge en los años hasta 1957. La parte difícil y fascinante aquí es que, en los casi 60 años desde entonces, todo Han surgido otros tipos de física nuclear, química nuclear, física sub-subatómica de alta energía y especulación de nivel cuántico, y aún así su modelo básico se mantiene bien, es decir, hace falsables, declaraciones predictivas no solo para el Sol sino también para otros Secuencia principal de estrellas.

Y esto es cierto frente a los datos de los medios de observación que Hoyle y otros nunca soñaron, especialmente la heliosismología (oscilaciones hechas por las ondas sonoras en el Sol) y la asteroseismología (lo mismo para otras estrellas) que tampoco logran falsificar el Hoyle-ish. modelo.

Entonces, no sabemos lo que sabemos, pero estamos bastante seguros de que sabemos lo que no sabemos y hacemos nuevas pruebas experimentales para desafiar ese conocimiento.

Usando el conocimiento científico de lo que sabemos, podemos hacer un modelo de algo que emplee el principio que conocemos. Al igual que el Sol, podemos saber de qué está hecho usando la cromatografía y la espectrometría. Este es un ejemplo de “aplicación de la ciencia en la predicción”. Del mismo modo, para predecir cómo se ve el interior del Sol, se utiliza una aplicación similar con cierta justificación científica.