如何测量估算气体和尘埃温度?

问题:

如何测量温度
尘埃和气体的温度不是一个直接观测量。它们是怎么被估算出来的?估算过程靠谱么, 例如著名的 beta和温度的耦合问题让的黑(灰)体模型拟合出来的温度深深值得怀疑。

解答:

1 (by ychentao yang )
是不是首先得看你要研究的是什么温度,是热平衡还是非热平衡?我的理解,温度是反应粒子微观运动的量。如果是热平衡的问题,那么,比如尘埃,用黑体模型来拟合求出温度应该没问题吧。不过,如果是非热平衡的情况,比如像日冕中的那些高温气体,这时候的“高温”就和尘埃的“温度”不是一回事了。

2(by ZhiyuZhang)

虽然由于 beta和温度的耦合问题, 得到的温度”绝对值”会产生模型依赖的”简并”的疑惑, 但是对不同天体数据选取相同模型得到的温度还是可以互相比较的. 选取不同的beta, 也可以得到合理的温度范围区间. 此外,通过其他方法可以进一步检验温度的模型是否有问题, 例如当使用 NH3, H2CO, HC3N 等温度探针, 在一些合理的密度下认为气体和尘埃温度大致相等的时候, 可以反推出beta.

温度在射电天文里面有很多种不同的定义:
常用的一些温度:
运动学温度 Kinetic Temperature 反应气体微观运动学的量, 也是我们在经典意义上理解的温度.
亮温度 Brightness Temperature 反应辐射的强度, 反应了源的发射性质.
天线温度 Antenna Temperature 望远镜观测得到的强度, 当把望远镜接收系统和源做为一个密闭的传热系统的时候, 望远镜的这部分做为黑体所应该达到的温度.
激发温度 Excitation Temperature 假设当前气体是满足玻尔兹曼分布, 实用当前测得的能级布局, 计算出来满足玻尔兹曼分布的温度.
尘埃温度 Dust Temperature 反应尘埃的性质, 但是尘埃的温度和尘埃大小的模型是简并的.

不同方法得到温度的过程靠谱程度不一样. 大部分情况下对分子气体需要假设激发温度和运动学温度等同, 或者干脆直接说激发温度而不研究运动学温度.
尘埃需要假设模型, 不同结果比较的话需要使用相同模型.
此外, 气体温度和尘埃温度在密度在>= 10^{3 to 4} cm^{-3}的时候被认为是靠碰撞耦合在一起, 因此有人常用尘埃温度带入气体温度.(不过千万要小心).
很多时候尘埃和气体温度是不一样的.特别是当密度稀薄的时候,无法通过碰撞交换能量. 还有, 例如HII区, 分子和原子气体很容易被电离, HII区的温度用电子温度表示8000-12000K, 而尘埃则不会完全被破坏掉, 他们会被辐射压推动逐渐形成自己的密度分布同时吸收再辐射, 这个时候尘埃的温度要低很多阿. 此外Gamma-ray dominated region气体可以直接被加热,不需要通过尘埃降温. 潜在的危险, 总是你得到的可能不是你想要的到的.最好还是要考虑一下, 自己用的假设是否成立.

7 Replies to “如何测量估算气体和尘埃温度?”

  1. chentao

    Chromium 17.0.963.33 Linux

    当系统处于平衡状态时,其宏观物理性质是不随时间变化的,但从微观方面来看,组成系统的粒子却处于永不停息的热运动之中。在热力学中的平衡是动的平衡,故称作“热动平衡”。

    这里貌似不需要光深的假设。

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