Эффективная температура (в астрономии)
Эффекти́вная температу́ра, параметр, характеризующий светимость небесного объекта, т. е. мощность его излучения. Эффективная температура связана со светимостью и радиусом объекта соотношением где площадь поверхности сферического объекта, постоянная Стефана – Больцмана. Таким образом, эффективная температура равна температуре абсолютно чёрного тела, с единицы поверхности которого в единицу времени (в соответствии с законом излучения Стефана – Больцмана) излучается энергия
Эффективная температура звёзд определяет их спектральный класс и цвет (количественно характеризуемый показателем цвета; см. таблицу 1). Например, Солнце имеет эффективную температуру фотосферы 5780 К и классифицируется как жёлтый карлик спектрального класса G2. Горячие белые карлики могут иметь эффективную температуру порядка 105 К, а молодые нейтронные звёзды – 106 К.
Таблица 1. Эффективные температуры звёзд разных спектральных классов
Спектральный класс | Цвет | Показатель цвета B – V | Эффективная температура (К) |
O | Голубой | –0,3 | 40 000–28 000 |
B | Голубовато-белый | –0,2 | 28 000–10 000 |
A | Белый | 0,0 | 10 000–7000 |
F | Желтовато-белый | 0,4 | 7000–6000 |
G | Жёлтый | 0,6 | 6000–5000 |
K | Оранжевый | 1,0 | 5000–3500 |
M | Красный | 1,5 | 3500–2400 |
Эффективная температура планет (называемая также равновесной температурой) определяется тепловым балансом между поглощением излучения Солнца и собственным излучением планеты. Если освещённость, создаваемая Солнцем в подсолнечной (обращённой к Солнцу) точке планеты составляет то доля поглощённого планетой излучения равна где радиус планеты, её сферическое альбедо (альбедо Бонда). Поглощённая энергия нагревает планету и переизлучается в более длинноволновой (в основном инфракрасной) области спектра. Кроме того, некоторые планеты имеют собственный внутренний источник энергии и излучают больше энергии, чем получают от Солнца. Поскольку светимость планеты составляет уравнение теплового баланса для планеты имеет следующий вид:
где тепловой поток, идущий из недр планеты (для планет земной группы ). Таким образом, эффективная температура планеты тем меньше, чем сильнее планета удалена от Солнца (меньше освещённость ) и чем больше альбедо планеты (т. е. чем бо́льшую долю солнечного излучения планета отражает, а не поглощает). Если у планеты есть достаточно плотная атмосфера, то у поверхности планеты температура может быть значительно больше эффективной из-за парникового эффекта. Например, средняя эффективная температура Земли равна –26 °С, однако из-за парникового эффекта средняя температура воздуха у поверхности Земли составляет +14 °С. В таблице 2 приведены средние эффективные температуры планет Солнечной системы, а также средние температуры у поверхностей планет земной группы.
Таблица 2. Эффективные температуры планет Солнечной системы
Планета | Среднее расстояние от Солнца (а. е.) | Сферическое альбедо | Средняя эффективная температура (°С) | Средняя температура у поверхности (°С) |
0,387 | 0,09 | +167 | +67 (на экваторе) –73 (у полюсов) | |
0,723 | 0,76 | –45 | +464 | |
1,000 | 0,31 | –26 | +14 | |
1,524 | 0,25 | –63 | –63 | |
5,20 | 0,50 | –163 | – | |
9,54 | 0,34 | –192 | – | |
19,18 | 0,30 | –215 | – | |
30,07 | 0,29 | –214 | – |
Наряду с эффективной температурой, которая связана с болометрической (интегральной по всем длинам волн) светимостью объекта, используются и другие параметры, характеризующие температуру небесного объекта и учитывающие распределение энергии в его спектре: цветовая температура; яркостная температура; температура, определённая по закону смещения Вина, и др. Различные методы оценки температуры, основанные на форме спектра, относительной интенсивности спектральных линий, степени ионизации атомов и молекул и т. д., могут давать разные значения температуры, отличающиеся от эффективной. Они равны друг другу лишь в состоянии термодинамического равновесия (которое реализуется, например, глубоко в недрах звёзд).