Solen er en hydrogenkule som er så stor at gravitasjonstrykket i midten fjerner elektroner fra hydrogenatomene og skyver protonene så tett sammen at de holder seg til hverandre. "Stikkingen" skaper til slutt helium og frigjør også energi i form av gammastrålefotoner. Disse fotonene tar seg gjennom partiklene i solen, mister litt energi underveis og til slutt kommer de seg ut av solen som røntgenstråler, infrarødt og synlig lys. Stien fra sentrum til fremveksten fra solen tar mange skritt og mange år.
Gamma-stråler
Dannelsen av helium fra hydrogen i kjernen av solen er en tretrinnsprosess som direkte frigjør en gammastråle og indirekte frigjør en annen. Gammastråler er elektromagnetisk stråling, akkurat som mikrobølger, radio og lysbølger, noe som betyr at de beveger seg med lysets hastighet: 300 000 kilometer i sekundet (186 000 miles per sekund). Solen har en radius på rundt 700.000 kilometer (435.000 miles). Så du kan med rimelighet forvente at en gammastråle kommer utenfor solen omtrent 2,3 sekunder etter at den er opprettet. Men det skjer ikke.
Kollisjoner
I kjernen av solen er protonene og heliumkjernene så tykke at en utsendt gammastråle ikke kan komme veldig langt før den blir absorbert. Hvis du forestiller deg at en gammastråle sendes ut midt i solen, vil den begynne å gå rett mot overflaten. Når det krasjer inn i en proton er resultatet av kollisjonen en proton med ekstra energi. Protonen gir opp den ekstra energien ved å avgi en ny gammastrålefoton. Men denne kunne gå i hvilken som helst retning - til og med rett tilbake der den startet fra. Og slik går det, med gammastrålen på vei fra en kollisjon til en annen, og endrer retning hver gang den absorberes og sendes ut på nytt.
Den tilfeldige turen
Tenk deg at det er en fyr så full at han trenger å holde på et lett innlegg for å stå opp. Han vil komme til neste lysinnlegg, bare 10 skritt unna, men han er så full at han ikke kan gå i en rett linje. Pokker, han er så full at etter at han tar ett skritt, kan hans neste skritt være i hvilken som helst annen retning. Det er det fysikere og matematikere kaller et "drunkard's walk" eller "random walk" -problem. Spørsmålet er, hvor lang tid vil det ta fyren å komme fra en lyktestolpe til den neste? Svaret er at hvis startpunktet og sluttpunktet er atskilt med 10 trinn, vil det ta ham - i gjennomsnitt - 100 trinn for å komme dit - det er 10 kvadrat. Det er den samme situasjonen som en gammastråle møter i solens kjerne.
Antagelser
Når du prøver å løse et tilfeldig vandringsproblem, er det viktigste du trenger å vite hvor store trinnene er. Det er to problemer med å finne ut av en gammastrålefoton i solen. For det første er forholdene ikke de samme i hele solen, så avstanden mellom gammastråle "krasjer" med andre partikler endres. For det andre har ingen noen gang besøkt sentrum av solen, så det må uansett gjøres noen forutsetninger. Det er alle slags rimelige forutsetninger, som varierer fra en tidel av en millimeter til omtrent en centimeter. Valget av denne avstanden har stor innvirkning på tidsberegningen.
Hvor lang tid tar det
Solens radius er 700.000 kilometer, som er 7 billioner "trinn" hvis hvert trinn er en tidel av en millimeter, og 70 milliarder trinn hvis hvert trinn er 1 centimeter. Fra drunkard's-walk-problemet vet du at gjennomsnittlig antall trinn det tar for å få en viss avstand er lik kvadratet av antall trinn det ville ta å gå i en rett linje. Så det ville ta 49 billioner billioner trinn på 0,1 millimeter og 490 milliarder billioner trinn på 1 centimeter hver. Tiden det tar å reise disse trinnene er den totale avstanden delt på lysets hastighet. Så hvis du tror at fotoner bare beveger seg 0,1 millimeter mellom krasj, vil det ta mer enn en halv million år for fotonet å unnslippe solen. Hvis du tror det er omtrent en centimeter, så vil det ta omtrent 5000 år før fotonet kommer utenfor solen.