Kuinka kauan kestää fotonien ilmaantuminen auringon ytimestä ulospäin?

Aurinko on niin suuri vetypallo, että painopiste keskellä irrottaa elektronit vetyatomista ja työntää protonit niin tiukasti yhteen, että ne tarttuvat toisiinsa. "Tarttuminen" luo lopulta heliumia ja vapauttaa myös energiaa gammasätefotonien muodossa. Nämä fotonit kulkevat läpi auringon hiukkasten, menettävät jonkin verran energiaa matkan varrella ja lopulta pääsevät ulos auringosta röntgensäteinä, infrapuna- ja näkyvänä valona. Polku keskustasta nousemiseen auringosta vie monta askelta ja monta vuotta.

Heliumin muodostuminen vedystä auringon ytimeen on kolmivaiheinen prosessi, joka vapauttaa suoraan yhden gammasäteen ja välillisesti toisen. Gammasäteet ovat sähkömagneettista säteilyä, aivan kuten mikroaallot, radio- ja valoaallot, mikä tarkoittaa, että ne kulkevat valon nopeudella: 300 000 kilometriä sekunnissa (186 000 mailia sekunnissa). Auringon säde on noin 700 000 kilometriä (435 000 mailia). Joten voit kohtuudella odottaa gammasäteen pääsevän auringon ulkopuolelle noin 2,3 sekunnin kuluttua sen luomisesta. Mutta sitä ei tapahdu.

Auringon ytimessä protonit ja heliumytimet ovat niin paksuja, että emittoitunut gammasäde ei pääse kovin pitkälle ennen kuin se imeytyy. Jos luulet, että gammasäde säteilee aivan auringon keskellä, se alkaa kohti pintaa. Kun se törmää protoniin, törmäyksen tulos on protoni, jolla on ylimääräistä energiaa. Protoni luovuttaa ylimääräisen energian lähettämällä toisen gammasätefotonin. Mutta tämä voisi suunnata mihin tahansa suuntaan - jopa takaisin taaksepäin, mistä se alkoi. Ja niin menee, kun gammasäde suuntautuu törmäyksestä toiseen, muuttamalla suuntaansa joka kerta, kun se absorboituu ja lähtee uudelleen.

Kuvittele, että kaveri on niin humalassa, että hänen täytyy pitää kiinni kevyestä pylväästä seisomaan. Hän haluaa päästä seuraavaan valopylvääseen, vain 10 askeleen päässä, mutta on niin humalassa, että ei voi kävellä suoralla linjalla. Hitto, hän on niin humalassa, että kun hän ottaa yhden askeleen, seuraava askel voi olla mihin tahansa toiseen suuntaan. Sitä fyysikot ja matemaatikot kutsuvat "juopojenkäynnin" tai "satunnaisen kävelyn" ongelmaksi. Kysymys kuuluu, kuinka kauan kaveri kestää päästä lyhtypylväästä seuraavaan? Vastaus on, että jos hänen alkupiste ja loppupiste erotetaan 10 askelella, hän vie keskimäärin 100 askelta päästäksesi sinne - se on 10 neliötä. Se on sama tilanne, jossa gammasäde kohtaa auringon ytimessä.

Kun yrität ratkaista satunnaiskävelyongelman, tärkein asia, joka sinun on tiedettävä, on kuinka suuret vaiheet ovat. On kaksi ongelmaa sen selvittämisessä gammasätefotonille auringossa. Ensinnäkin olosuhteet eivät ole samat kaikkialla auringossa, joten gammasäteen välinen etäisyys "kaatuu" muiden hiukkasten kanssa. Toiseksi kukaan ei ole koskaan käynyt auringon keskellä, joten joissakin tapauksissa on tehtävä joitain oletuksia. On olemassa kaikenlaisia ​​kohtuullisia oletuksia, jotka vaihtelevat kymmenesosasta millimetristä noin senttimetriin. Tämän etäisyyden valinnalla on suuri vaikutus ajanlaskuun.

Auringon säde on 700 000 kilometriä, mikä on 7 biljoonaa "askelta", jos jokainen askel on kymmenesosa millimetriä, ja 70 miljardia askelta, jos jokainen askel on 1 senttimetri. Juomareiden kävelyongelmasta tiedät, että keskimääräinen askeleiden määrä, joka tarvitaan tietyn matkan saavuttamiseksi, on yhtä suuri kuin suoran linjan kulkemiseen tarvittavien vaiheiden neliö. Joten se vie 49 biljoonaa biljoonaa 0,1 millimetrin askelta ja 490 miljardia biljoonaa senttimetriä. Näiden vaiheiden kulkemiseen kuluva aika on kokonaismatka jaettuna valon nopeudella. Joten jos luulet, että fotonit kulkevat vain 0,1 millimetriä törmäysten välillä, fotonien poistuminen auringosta kestää yli puoli miljoonaa vuotta. Jos luulet sen olevan noin senttimetri, kestää noin 5000 vuotta, ennen kuin fotoni pääsee auringon ulkopuolelle.