Innhold
Solen er en hydrogenkule som er så stor at tyngdekravet i sentrum tar elektroner fra hydrogenatomene og skyver protonene så tett sammen at de holder seg til hverandre. "Klistringen" skaper etter hvert helium og frigjør også energi i form av gammastråle-fotoner. Disse fotonene tar seg gjennom partiklene i solen, mister litt energi underveis og endelig tar seg ut av solen som røntgenstråler, infrarødt lys og synlig lys. Stien fra sentrum til soloppgangen tar mange trinn og mange år.
Gamma Rays
Opprettelsen av helium fra hydrogen i solens kjerne er en tretrinnsprosess som direkte frigjør en gammastråle og indirekte frigjør en annen. Gamma-stråler er elektromagnetisk stråling, akkurat som mikrobølger, radio og lysbølger, noe som betyr at de reiser med lysets hastighet: 300.000 kilometer per sekund (186.000 miles per sekund). Solen har en radius på omtrent 700 000 kilometer. Så du kan med rimelighet forvente at en gammastråle vil komme utenfor solen omtrent 2,3 sekunder etter at den er opprettet. Men det skjer ikke.
kollisjoner
I solens kjerne er protonene og heliumkjernene så tykke at et utsendt gammastråle ikke kan komme veldig langt før det blir absorbert. Hvis du ser for deg at en gammastråle sendes ut midt i solens sentrum, vil den begynne å gå rett mot overflaten. Når det krasjer i et proton er resultatet av kollisjonen et proton med ekstra energi. Protonet gir opp den ekstra energien ved å avgi et annet gammastråle-foton. Men denne kunne ta turen til alle retninger - til og med rett tilbake dit den startet fra. Og slik går det, når gammastrålen går fra en kollisjon til en annen, og endrer retning hver gang den blir absorbert og sendt ut igjen.
The Random Walk
Se for deg at det er en fyr som er så full at han trenger å holde på et lett innlegg for å reise seg. Han vil komme til neste lyspost, bare 10 trinn unna, men han er så full at han ikke kan gå i en rett linje. Pokker, han er så full at etter at han tok ett skritt, kunne hans neste skritt være i noen annen retning. Det er det fysikere og matematikere kaller et "fyllekjøring" eller "tilfeldig spasertur" -problem. Spørsmålet er, hvor lang tid vil det ta den fyren å komme seg fra den ene lyktestolpen til den neste? Svaret er at hvis utgangspunktet og sluttpunktet hans er atskilt med 10 trinn, vil det ta ham - i gjennomsnitt - 100 skritt for å komme dit - det er 10 kvadrat. Det er den samme situasjonen en gammastråle står overfor i solens kjerne.
Antagelser
Når du prøver å løse et problem med tilfeldig gange, er det viktigste du trenger å vite hvor store trinnene er. Det er to problemer med å finne det ut for en gammastråle-foton 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 noensinne besøkt solens sentrum, så noen antakelser må uansett gjøres. Det er alle slags rimelige forutsetninger, som varierer fra en tidels 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 fyllesykproblemet vet du at gjennomsnittlig antall trinn det tar for å få en viss avstand er lik kvadratet med antall trinn det vil ta å gå i en rett linje. Så det vil ta 49 billioner billion trinn på 0,1 millimeter og 490 milliarder billion 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 reiser 0,1 millimeter mellom krasjer, vil det ta mer enn en halv million år før fotonet slipper unna solen. Hvis du tror at det er omtrent en centimeter, vil det ta omtrent 5000 år før fotonet kommer utenfor solen.