Die Sonne ist eine Kugel aus Wasserstoff, die so groß ist, dass der Gravitationsdruck im Zentrum den Wasserstoffatomen Elektronen entzieht und die Protonen so eng zusammendrückt, dass sie aneinander haften. Das „Ankleben“ erzeugt schließlich Helium und setzt auch Energie in Form von Gammastrahlen-Photonen frei. Diese Photonen wandern durch die Teilchen in der Sonne, verlieren dabei etwas Energie und gelangen schließlich als Röntgenstrahlen, Infrarot und sichtbares Licht aus der Sonne. Der Weg vom Zentrum zum Austritt aus der Sonne dauert viele Schritte und viele Jahre.
Gamma Strahlen
Die Erzeugung von Helium aus Wasserstoff im Kern der Sonne ist ein dreistufiger Prozess, der direkt einen Gammastrahl freisetzt und indirekt einen anderen freisetzt. Gammastrahlen sind elektromagnetische Strahlung, genau wie Mikrowellen, Radio und Lichtwellen, was bedeutet, dass sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen: 300.000 Kilometer pro Sekunde (186.000 Meilen pro Sekunde). Die Sonne hat einen Radius von etwa 700.000 Kilometern (435.000 Meilen). Man kann also vernünftigerweise davon ausgehen, dass ein Gammastrahl etwa 2,3 Sekunden nach seiner Entstehung außerhalb der Sonne gelangt. Aber das passiert nicht.
Kollisionen
Im Kern der Sonne sind die Protonen und Heliumkerne so dick, dass ein emittierter Gammastrahl nicht weit kommen kann, bevor er absorbiert wird. Wenn Sie sich vorstellen, dass ein Gammastrahl genau im Zentrum der Sonne emittiert wird, wird er direkt auf die Oberfläche zusteuern. Wenn es auf ein Proton prallt, ist das Ergebnis der Kollision ein Proton mit zusätzlicher Energie. Das Proton gibt diese zusätzliche Energie ab, indem es ein weiteres Gammastrahlenphoton emittiert. Aber dieser konnte in jede Richtung gehen – sogar genau dorthin zurück, wo er angefangen hatte. Und so geht es weiter, wobei der Gammastrahl von einer Kollision zur anderen übergeht und seine Richtung jedes Mal ändert, wenn er absorbiert und wieder emittiert wird.
Der Random Walk
Stellen Sie sich vor, es gibt einen Typen, der so betrunken ist, dass er sich an einem Lichtmast festhalten muss, um aufzustehen. Er will zum nächsten Lichtmast, nur 10 Schritte entfernt, aber er ist so betrunken, dass er nicht geradeaus gehen kann. Verdammt, er ist so betrunken, dass sein nächster Schritt in jede andere Richtung gehen könnte, nachdem er einen Schritt gemacht hat. Physiker und Mathematiker nennen das ein „Trunkenbold-Walk“- oder „Random-Walk“-Problem. Die Frage ist, wie lange wird dieser Typ brauchen, um von einem Laternenpfahl zum nächsten zu kommen? Die Antwort ist, dass, wenn sein Start- und Endpunkt durch 10 Schritte getrennt sind, er – im Durchschnitt – 100 Schritte braucht, um dorthin zu gelangen – das sind 10 zum Quadrat. Das ist die gleiche Situation, der ein Gammastrahl im Kern der Sonne ausgesetzt ist.
Annahmen
Wenn Sie versuchen, ein Random-Walk-Problem zu lösen, müssen Sie vor allem wissen, wie groß die Schritte sind. Es gibt zwei Probleme, dies für ein Gammastrahlenphoton in der Sonne herauszufinden. Erstens sind die Bedingungen nicht überall auf der Sonne gleich, so dass sich der Abstand zwischen Gammastrahlen und anderen Teilchen ändert. Zweitens hat noch nie jemand das Zentrum der Sonne besucht, daher müssen sowieso einige Annahmen getroffen werden. Es gibt alle möglichen vernünftigen Annahmen, die von einem Zehntel Millimeter bis zu einem Zentimeter variieren. Die Wahl dieser Distanz hat einen großen Einfluss auf die Zeitberechnung.
Wie lange es dauert
Der Sonnenradius beträgt 700.000 Kilometer, das sind 7 Billionen „Schritte“, wenn jeder Schritt ein Zehntel Millimeter beträgt, und 70 Milliarden Schritte, wenn jeder Schritt 1 Zentimeter beträgt. Aus dem Trunkenbold-Gehen-Problem wissen Sie, dass die durchschnittliche Anzahl der Schritte, die erforderlich sind, um eine bestimmte Distanz zu erreichen, dem Quadrat der Anzahl der Schritte entspricht, die für eine gerade Linie erforderlich wären. Es wären also 49 Billionen Billionen Schritte von 0,1 Millimeter und 490 Milliarden Billionen Schritte von jeweils 1 Zentimeter erforderlich. Die Zeit, die für diese Schritte benötigt wird, ist die Gesamtstrecke geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Sie also glauben, dass Photonen zwischen Abstürzen nur 0,1 Millimeter zurücklegen, wird es mehr als eine halbe Million Jahre dauern, bis das Photon der Sonne entkommt. Wenn man denkt, es ist ein Zentimeter, dann dauert es etwa 5.000 Jahre, bis das Photon die Sonne verlässt.
