Koliko časa traja, da fotoni izhajajo iz sončnega jedra navzven?

Sonce je tako velika vodikova krogla, da gravitacijski tlak v središču odvzame elektrone vodikovim atomom in protone potisne tako tesno skupaj, da se držijo drug drugega. "Lepljenje" sčasoma ustvari helij in sprošča tudi energijo v obliki fotonov gama žarkov. Ti fotoni se prebijejo skozi delce na soncu, izgubijo nekaj energije med potjo in se končno odpravijo iz sonca kot rentgenski žarki, infrardeča in vidna svetloba. Pot od središča do vzpona pred soncem traja veliko korakov in veliko let.

Ustvarjanje helija iz vodika v jedru sonca je tristopenjski postopek, ki neposredno sprosti en gama žarek in posredno drugega. Gama žarki so elektromagnetno sevanje, tako kot mikrovalovi, radijski in svetlobni valovi, kar pomeni, da potujejo s svetlobno hitrostjo: 300.000 kilometrov na sekundo (186.000 milj na sekundo). Sonce ima polmer približno 700.000 kilometrov (435.000 milj). Tako lahko upravičeno pričakujete, da bo gama žarek prišel zunaj sonca približno 2,3 sekunde po nastanku. A to se ne zgodi.

V jedru sonca so protoni in jedra helija tako debela, da oddani gama žarek ne more priti daleč, preden se absorbira. Če si predstavljate, da se gama žarek oddaja ravno v središču sonca, se bo začel usmerjati naravnost proti površini. Ko trči v proton, je rezultat trka proton z dodatno energijo. Proton se odpove tej dodatni energiji z oddajanjem novega fotona gama žarkov. Toda ta bi se lahko odpravil v katero koli smer - tudi takoj nazaj, od koder je začel. Tako gre, pri čemer se gama-žarki preusmerjajo iz enega trka v drugega in spreminjajo svojo smer vsakič, ko ga absorbirajo in ponovno oddajo.

Predstavljajte si, da je moški tako pijan, da se mora držati svetlega stebra, da vstane. Želi priti do naslednje svetlobne postaje, oddaljene le 10 korakov, a je tako pijan, da ne more hoditi po ravni črti. Hudiča, tako pijan je, da bi lahko po naslednjem koraku naredil naslednji korak v drugo smer. Temu fiziki in matematiki pravijo "pijan sprehod" ali "naključen sprehod". Vprašanje je, kako dolgo bo trajalo, da pride ta tip od ene svetilke do druge? Odgovor je, da če sta njegovo začetno in končno točko ločena z 10 koraki, bo do tja prišel - v povprečju - 100 korakov - to je 10 na kvadrat. To je ista situacija, s katero se gama žarek sooča v sončnem jedru.

Ko poskušate rešiti problem naključnega sprehoda, je najpomembnejše, kar morate vedeti, kako veliki so koraki. Obstajata dve težavi pri iskanju tega fotona gama žarkov na soncu. Prvič, razmere na soncu niso enake, zato se razdalja med gama žarki "sesuje" z drugimi delci. Drugič, središča sonca še nihče ni obiskal, zato je vseeno treba domnevati. Obstajajo najrazličnejše utemeljene predpostavke, ki se gibljejo od desetine milimetra do približno centimetra. Izbira te razdalje močno vpliva na izračun časa.

Polmer sonca je 700.000 kilometrov, kar je 7 bilijonov "korakov", če je vsak korak desetinka milimetra, in 70 milijard korakov, če je vsak korak 1 centimeter. Iz problema s hojo pijanca veste, da je povprečno število korakov, da bi dosegli določeno razdaljo, enako kvadratu števila korakov, ki bi jih naredil v ravni črti. Torej bi trajalo 49 bilijonov bilijonov korakov po 0,1 milimetra in 490 milijard bilijonov korakov po 1 centimeter. Čas, ki je potreben za potovanje po teh stopnicah, je skupna razdalja, deljena s svetlobno hitrostjo. Če torej mislite, da fotoni med strmoglavljenjem potujejo le 0,1 milimetra, bo trajalo več kot pol milijona let, da bo foton pobegnil pred soncem. Če mislite, da je približno centimeter, bo trajalo približno 5000 let, da bo foton prišel zunaj sonca.