כמה זמן לוקח לפוטונים לצאת מליבת השמש כלפי חוץ?

השמש היא כדור מימן כל כך גדול, שלחץ הכבידה במרכז מפשיט אלקטרונים מאטומי המימן ודוחף את הפרוטונים כל כך חזק זה לזה שהם נדבקים זה לזה. ה"הדבקה "יוצרת בסופו של דבר הליום ומשחררת גם אנרגיה בצורת פוטונים של קרני גמא. אותם פוטונים עושים את דרכם דרך החלקיקים בשמש, מאבדים מעט אנרגיה בדרך ולבסוף עושים את דרכם החוצה מהשמש כצילומי רנטגן, אור אינפרא אדום ונראה לעין. הדרך מהמרכז לבואתה מהשמש אורכת צעדים רבים ושנים רבות.

יצירת הליום ממימן בליבת השמש היא תהליך תלת שלבי המשחרר ישירות קרן גמא אחת ומשחרר בעקיפין אחר. קרני גמא הן קרינה אלקטרומגנטית, ממש כמו מיקרוגל, רדיו וגלי אור, מה שאומר שהם עוברים במהירות האור: 300,000 ק"מ לשנייה (186,000 מיילים לשנייה). לשמש יש רדיוס של כ- 700,000 ק"מ (435,000 מיילים). כך שניתן לצפות באופן סביר שקרן גמא תצא מחוץ לשמש כ -2.3 שניות לאחר היווצרותה. אבל זה לא קורה.

בליבת השמש הפרוטונים וגרעיני הליום כה עבים עד שקרן גמא הנפלטת לא יכולה להגיע רחוק מאוד לפני שהיא נקלטת. אם אתה מדמיין שקרינת גמא נפלטת ממש במרכז השמש אז היא תתחיל לכיוון ימינה אל פני השטח. כאשר הוא מתנגש בפרוטון תוצאת ההתנגשות היא פרוטון בעל אנרגיה נוספת. הפרוטון מוותר על האנרגיה הנוספת על ידי פליטת פוטון קרני גמא נוסף. אבל זה יכול לפנות לכל כיוון - אפילו מאיפה שהוא התחיל. וכך זה הולך, כשקרן הגמא מכוונת מהתנגשות אחת לאחרת, משנה את כיוונה בכל פעם שהיא נקלטת ונפלטת מחדש.

תאר לעצמך שיש בחור שיכור כל כך שהוא צריך להחזיק במשרה קלה כדי לקום. הוא רוצה להגיע לעמדה הקלה הבאה, רק 10 צעדים משם, אבל הוא כל כך שיכור שהוא לא יכול ללכת בקו ישר. לעזאזל, הוא כל כך שיכור שאחרי שהוא מבצע צעד אחד הצעד הבא שלו יכול להיות בכל כיוון אחר. זה מה שפיזיקאים ומתמטיקאים מכנים בעיית "הליכה של שיכורים" או "הליכה אקראית". השאלה היא, כמה זמן ייקח לאותו בחור להגיע ממנורה אחת לשנייה? התשובה היא שאם נקודת ההתחלה ונקודת הסיום שלו מופרדות ב -10 צעדים, זה ייקח לו - בממוצע - 100 צעדים להגיע לשם - זה 10 בריבוע. זה אותו מצב בו קרן גמא פונה בליבת השמש.

כשאתה מנסה לפתור בעיה בהליכה אקראית, הדבר החשוב ביותר שאתה צריך לדעת הוא כמה הצעדים גדולים. ישנן שתי בעיות בחישוב הפוטון של קרני הגמא בשמש. ראשית, התנאים אינם זהים בכל רחבי השמש, ולכן המרחק בין קרן הגמא "מתרסק" עם חלקיקים אחרים משתנה. שנית, אף אחד מעולם לא ביקר במרכז השמש, כך שבכל מקרה צריך להניח כמה הנחות. יש כל מיני הנחות סבירות, המשתנות מעשירית מילימטר לכסנטימטר בערך. לבחירת מרחק זה יש השפעה רבה על חישוב הזמן.

רדיוס השמש הוא 700,000 קילומטרים, שהם 7 טריליון "מדרגות" אם כל צעד הוא עשירית מילימטר, ו -70 מיליארד מדרגות אם כל צעד הוא סנטימטר אחד. מבעיית ההליכה של השיכור אתה יודע שמספר הצעדים הממוצע שנדרש כדי להגיע למרחק מסוים שווה לריבוע מספר הצעדים שהיה צריך לעבור בקו ישר. אז זה ייקח 49 טריליון טריליון צעדים של 0.1 מילימטר ו -490 מיליארד טריליון צעדים של סנטימטר אחד כל אחד. הזמן שלוקח לנסוע באותן צעדים הוא המרחק הכולל חלקי מהירות האור. לכן, אם אתה חושב שפוטונים עוברים רק 0.1 מילימטרים בין התרסקות, ייקח יותר מחצי מיליון שנים עד שהפוטון יברח מהשמש. אם אתה חושב שזה בערך סנטימטר, אז ייקח לפוטון כ -5,000 שנה לצאת מחוץ לשמש.