Zawartość
Słońce jest kulą wodoru tak dużą, że ciśnienie grawitacyjne w środku usuwa elektrony z atomów wodoru i dociska protony tak mocno, że przylegają do siebie. „Przywieranie” ostatecznie tworzy hel, a także uwalnia energię w postaci fotonów promieniowania gamma. Fotony te przedostają się przez cząsteczki na słońcu, tracąc po drodze trochę energii i ostatecznie wydostając się ze słońca jako promienie rentgenowskie, podczerwień i światło widzialne. Droga od centrum do wschodu słońca zajmuje wiele kroków i wiele lat.
Promienie gamma
Tworzenie helu z wodoru w jądrze Słońca jest trzystopniowym procesem, który bezpośrednio uwalnia jeden promień gamma, a pośrednio uwalnia inny. Promienie gamma są promieniowaniem elektromagnetycznym, podobnie jak mikrofale, fale radiowe i świetlne, co oznacza, że przemieszczają się z prędkością światła: 300 000 kilometrów na sekundę (186 000 mil na sekundę). Słońce ma promień około 700 000 kilometrów (435 000 mil). Można więc oczekiwać, że promień gamma wydostanie się na zewnątrz około 2,3 sekundy po jego utworzeniu. Ale tak się nie dzieje.
Kolizje
W jądrze Słońca protony i jądra helu są tak grube, że emitowany promień gamma nie dociera bardzo daleko, zanim zostanie wchłonięty. Jeśli wyobrażasz sobie, że promień gamma jest emitowany dokładnie w środku Słońca, zacznie on kierować się wprost na powierzchnię. Kiedy zderza się z protonem, wynikiem zderzenia jest proton z dodatkową energią. Proton oddaje tę dodatkową energię, emitując kolejny foton promieniowania gamma. Ale ten mógł iść w dowolnym kierunku - nawet dokładnie tam, gdzie zaczął. I tak się dzieje, gdy promień gamma zmierza od jednej kolizji do drugiej, zmieniając kierunek za każdym razem, gdy jest absorbowany i emitowany ponownie.
Losowy spacer
Wyobraź sobie, że jest tak pijany facet, że musi trzymać się lekkiego słupka, aby wstać. Chce dostać się do następnego słupka światła, zaledwie 10 kroków od niego, ale jest tak pijany, że nie może chodzić w linii prostej. Cholera, jest tak pijany, że po zrobieniu jednego kroku jego następny krok może być w innym kierunku. To, co fizycy i matematycy nazywają problemem „chodzenia po pijanemu” lub „chodzenia losowego”. Pytanie brzmi: ile czasu zajmie temu facetowi przejście z jednej latarni na drugą? Odpowiedź jest taka, że jeśli jego punkt początkowy i punkt końcowy są oddzielone 10 krokami, to zajmie mu - średnio - 100 kroków, aby się tam dostać - czyli 10 do kwadratu. To ta sama sytuacja, w którą promieniuje promień gamma w jądrze Słońca.
Założenia
Kiedy próbujesz rozwiązać problem losowego marszu, najważniejszą rzeczą, którą musisz wiedzieć, jest to, jak duże są kroki. Istnieją dwa problemy z ustaleniem tego dla fotonu promieniowania gamma na słońcu. Po pierwsze, warunki nie są takie same w całym słońcu, więc odległość między „rozbłyskami” promieniowania gamma zmienia się wraz z innymi cząsteczkami. Po drugie, nikt nigdy nie odwiedził centrum Słońca, więc i tak należy poczynić pewne założenia. Istnieją różne uzasadnione założenia, od jednej dziesiątej milimetra do około centymetra. Wybór tej odległości ma duży wpływ na obliczenia czasu.
Jak długo to zajmie
Promień słońca wynosi 700 000 kilometrów, co stanowi 7 trylionów „kroków”, jeśli każdy krok ma jedną dziesiątą milimetra, i 70 miliardów kroków, jeśli każdy krok ma 1 centymetr. Z problemu chodzenia po pijanemu wiesz, że średnia liczba kroków potrzebnych do osiągnięcia określonej odległości jest równa kwadratowi liczby kroków, które trzeba wykonać, aby przejść w linii prostej. Zajmie to 49 bilionów bilionów kroków 0,1 milimetra i 490 miliardów bilionów kroków 1 centymetr każdy. Czas potrzebny na pokonanie tych stopni jest całkowitą odległością podzieloną przez prędkość światła. Jeśli więc uważasz, że fotony przemieszczają się tylko 0,1 milimetra między wypadkami, foton wydostanie się ze Słońca dłużej niż pół miliona lat. Jeśli pomyślisz, że ma centymetr, foton wydostanie się poza Słońce zajmie około 5000 lat.