Solen er en kugle af brint, der er så stor, at tyngdekraften i midten fjerner elektroner fra brintatomerne og skubber protonerne så tæt sammen, at de holder fast ved hinanden. "Stikningen" skaber til sidst helium og frigiver også energi i form af gammastrålefotoner. Disse fotoner gør sig vej gennem partiklerne i solen, mister noget energi undervejs og til sidst kommer de ud af solen som røntgenstråler, infrarødt og synligt lys. Stien fra centrum til fremkomsten af solen tager mange skridt og mange år.
Gamma-stråler
Oprettelsen af helium fra brint i solens kerne er en tretrins proces, der direkte frigiver en gammastråle og indirekte frigiver en anden. Gammastråler er elektromagnetisk stråling, ligesom mikrobølger, radio og lysbølger, hvilket betyder, at de bevæger sig med lysets hastighed: 300.000 kilometer i sekundet (186.000 miles i sekundet). Solen har en radius på omkring 700.000 kilometer (435.000 miles). Så du kan med rimelighed forvente, at en gammastråle kommer uden for solen omkring 2,3 sekunder efter, at den er oprettet. Men det sker ikke.
Kollisioner
I solens kerne er protoner og heliumkerner så tykke, at en udsendt gammastråle ikke kan komme meget langt, før den absorberes. Hvis du forestiller dig, at der udsendes en gammastråle lige midt i solen, vil den begynde at gå lige mod overfladen. Når det styrter ned i en proton, er resultatet af kollisionen en proton med ekstra energi. Protonen giver den ekstra energi op ved at udsende en ny gammastrålefoton. Men denne kunne gå i enhver retning - selv lige tilbage, hvor den startede fra. Og så går det, med gammastrålen på vej fra en kollision til en anden, og ændrer retning hver gang den absorberes og genudsendes.
Den tilfældige gåtur
Forestil dig, at der er en fyr så beruset, at han har brug for at holde fast i en lys post for at rejse sig. Han ønsker at komme til det næste lyspost, kun 10 skridt væk, men han er så beruset, at han ikke kan gå i en lige linje. Heck, han er så beruset, at når han tager et skridt, kan hans næste skridt være i enhver anden retning. Det er, hvad fysikere og matematikere kalder et "drunkard's walk" eller "random walk" problem. Spørgsmålet er, hvor lang tid vil det tage den fyr at komme fra den ene lygtepæl til den næste? Svaret er, at hvis hans startpunkt og slutpunkt er adskilt med 10 trin, vil det tage ham - i gennemsnit - 100 trin at komme derhen - det er 10 i anden række. Det er den samme situation, som en gammastråle står over for i solens kerne.
Antagelser
Når du prøver at løse et tilfældigt gangproblem, er det vigtigste, du har brug for at vide, hvor store trinene er. Der er to problemer med at finde ud af en gammastrålefoton i solen. For det første er forholdene ikke de samme i hele solen, så afstanden mellem gammastråle "kolliderer" med andre partikler ændres. For det andet har ingen nogensinde besøgt solens centrum, så der skal alligevel gøres nogle antagelser. Der er alle mulige rimelige antagelser, der varierer fra en tiendedel af en millimeter til omkring en centimeter. Valget af denne afstand har stor indflydelse på tidsberegningen.
Hvor længe det tager
Solens radius er 700.000 kilometer, hvilket er 7 billioner "trin", hvis hvert trin er en tiendedel af en millimeter og 70 milliarder trin, hvis hvert trin er 1 centimeter. Fra drunkard's-walk-problemet ved du, at det gennemsnitlige antal trin, det tager for at få en bestemt afstand, er lig med kvadratet for antallet af trin, det ville tage at gå i en lige linje. Så det ville tage 49 billioner billioner trin på 0,1 millimeter og 490 milliarder billioner trin på 1 centimeter hver. Den tid det tager at rejse disse trin er den samlede afstand divideret med lysets hastighed. Så hvis du tror, at fotoner kun bevæger sig 0,1 millimeter mellem nedbrud, vil det tage mere end en halv million år for foton at undslippe solen. Hvis du tror, det handler om en centimeter, så tager det cirka 5.000 år for fotonet at komme uden for solen.