Berapa Lama Foton Muncul Dari Inti Matahari ke Luar?

Matahari adalah bola hidrogen yang begitu besar sehingga tekanan gravitasi di pusat melepaskan elektron dari atom hidrogen dan mendorong proton begitu erat sehingga mereka saling menempel. "Menempel" akhirnya menciptakan helium dan juga melepaskan energi dalam bentuk foton sinar gamma. Foton-foton itu menembus partikel-partikel di matahari, kehilangan energi di sepanjang jalan dan akhirnya keluar dari matahari sebagai sinar-x, inframerah, dan cahaya tampak. Jalan dari pusat hingga munculnya matahari membutuhkan banyak langkah dan bertahun-tahun.

Penciptaan helium dari hidrogen di inti matahari adalah proses tiga tahap yang secara langsung melepaskan satu sinar gamma dan secara tidak langsung melepaskan yang lain. Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetik, seperti gelombang mikro, radio, dan gelombang cahaya, yang berarti mereka bergerak dengan kecepatan cahaya: 300.000 kilometer per detik (186.000 mil per detik). Matahari memiliki radius sekitar 700.000 kilometer (435.000 mil). Jadi Anda bisa mengharapkan sinar gamma keluar dari matahari sekitar 2,3 detik setelah dibuat. Tapi itu tidak terjadi.

Di inti matahari, proton dan inti helium begitu tebal sehingga sinar gamma yang dipancarkan tidak bisa terlalu jauh sebelum diserap. Jika Anda membayangkan bahwa sinar gamma dipancarkan tepat di pusat matahari maka ia akan mulai menuju tepat ke permukaan. Ketika menabrak proton hasil tumbukan adalah proton dengan energi ekstra. Proton melepaskan energi ekstra itu dengan memancarkan foton sinar gamma lain. Tapi yang ini bisa menuju ke segala arah -- bahkan kembali ke tempat asalnya. Dan begitulah seterusnya, dengan sinar gamma menuju dari satu tumbukan ke tumbukan lainnya, mengubah arahnya setiap kali diserap dan dipancarkan kembali.

Bayangkan ada seorang pria yang sangat mabuk sehingga dia harus berpegangan pada tiang lampu untuk berdiri. Dia ingin sampai ke tiang lampu berikutnya, hanya 10 langkah jauhnya, tapi dia sangat mabuk sehingga dia tidak bisa berjalan lurus. Heck, dia sangat mabuk sehingga setelah dia mengambil satu langkah, langkah selanjutnya bisa ke arah lain. Itulah yang oleh fisikawan dan matematikawan disebut sebagai masalah "jalan pemabuk" atau "jalan acak". Pertanyaannya adalah, berapa lama waktu yang dibutuhkan orang itu untuk berpindah dari satu tiang lampu ke tiang lampu berikutnya? Jawabannya adalah jika titik awal dan titik akhir dipisahkan oleh 10 langkah, ia akan membutuhkan -- rata-rata -- 100 langkah untuk sampai ke sana -- itu adalah 10 kuadrat. Itu situasi yang sama yang dihadapi sinar gamma di inti matahari.

Saat Anda mencoba memecahkan masalah jalan acak, hal terpenting yang perlu Anda ketahui adalah seberapa besar langkah-langkahnya. Ada dua masalah dalam menentukan foton sinar gamma di matahari. Pertama, kondisi di seluruh matahari tidak sama, sehingga jarak antara sinar gamma "menabrak" dengan partikel lain berubah. Kedua, tidak ada yang pernah mengunjungi pusat matahari, jadi beberapa asumsi perlu dibuat. Ada berbagai macam asumsi yang masuk akal, bervariasi dari sepersepuluh milimeter hingga sekitar satu sentimeter. Pemilihan jarak ini sangat berpengaruh pada perhitungan waktu.

Jari-jari matahari adalah 700.000 kilometer, yaitu 7 triliun "langkah" jika setiap langkah adalah sepersepuluh milimeter, dan 70 miliar langkah jika setiap langkah adalah 1 sentimeter. Dari soal jalan pemabuk, Anda tahu bahwa jumlah rata-rata langkah yang diperlukan untuk menempuh jarak tertentu sama dengan kuadrat dari jumlah langkah yang diperlukan untuk menempuh garis lurus. Jadi dibutuhkan 49 triliun triliun langkah masing-masing 0,1 milimeter dan 490 miliar triliun langkah 1 sentimeter. Waktu yang diperlukan untuk menempuh langkah-langkah tersebut adalah total jarak dibagi dengan kecepatan cahaya. Jadi, jika Anda berpikir foton hanya bergerak 0,1 milimeter di antara tabrakan, dibutuhkan lebih dari setengah juta tahun agar foton lepas dari matahari. Jika Anda pikir itu sekitar satu sentimeter, maka dibutuhkan sekitar 5.000 tahun bagi foton untuk keluar dari matahari.