Innehåll
Solen är en väteboll så stor att gravitationstrycket i mitten avlägsnar elektroner från väteatomerna och skjuter protonerna så tätt samman att de håller fast vid varandra. "Klistringen" skapar så småningom helium och frigör också energi i form av gammastrålningsfotoner. Dessa fotoner tar sig igenom partiklarna i solen och förlorar lite energi längs vägen och slutligen tar sig ut ur solen som röntgenstrålar, infrarött och synligt ljus. Vägen från centrum till solens uppkomst tar många steg och många år.
Gamma-strålar
Skapandet av helium från väte i solens kärna är en trestegsprocess som direkt frisätter en gammastråle och indirekt frigör en annan. Gamma-strålar är elektromagnetisk strålning, precis som mikrovågor, radio- och ljusvågor, vilket innebär att de reser med ljusets hastighet: 300 000 kilometer per sekund (186 000 miles per sekund). Solen har en radie på cirka 700 000 kilometer. Så du kan rimligen förvänta dig att en gammastråle kommer utanför solen cirka 2,3 sekunder efter att den har skapats. Men det händer inte.
kollisioner
I solens kärna är protonerna och heliumkärnorna så tjocka att en utsänd gammastrålning inte kan komma mycket långt innan den absorberas. Om du föreställer dig att en gammastråle släpps ut mitt i solens centrum börjar den börja rakt upp till ytan. När det kraschar i en proton är resultatet av kollisionen en proton med extra energi. Protonen ger upp den extra energin genom att släppa ut en annan gammastrålfoton. Men den här kunde gå i valfri riktning - till och med tillbaka där den började. Och så går det, med gammastrålen på väg från en kollision till en annan, och ändrar dess riktning varje gång den absorberas och släpps ut igen.
The Random Walk
Föreställ dig att en kille är så berusad att han måste hålla fast vid en lätt stolpe för att stå upp. Han vill komma till nästa ljusstolpe, bara 10 steg bort, men han är så berusad att han inte kan gå i en rak linje. Heck, han är så berusad att efter att han tagit ett steg kan hans nästa steg vara i någon annan riktning. Det är vad fysiker och matematiker kallar problem med "full gång" eller "slumpmässig promenad". Frågan är, hur lång tid kommer det att ta den killen att komma från en lyktstolpe till nästa? Svaret är att om hans utgångspunkt och slutpunkt separeras med 10 steg kommer det att ta honom - i genomsnitt - 100 steg för att komma dit - det är 10 kvadrat. Det är samma situation som en gammastråle står inför i solens kärna.
antaganden
När du försöker lösa ett slumpmässigt vandringsproblem är det viktigaste du behöver veta hur stora stegen är. Det finns två problem med att räkna ut det för en gammastrålfoton i solen. Först är förhållandena inte desamma hela solen, så avståndet mellan gammastrålar "kraschar" med andra partiklar förändras. För det andra har ingen någonsin besökt solens centrum, så vissa antaganden behöver göras, ändå. Det finns alla typer av rimliga antaganden, som varierar från en tiondel av en millimeter till cirka en centimeter. Valet av avstånd har stor inverkan på tidsberäkningen.
Hur lång tid det tar
Solens radie är 700 000 kilometer, vilket är 7 biljoner "steg" om varje steg är en tiondel av en millimeter och 70 miljarder steg om varje steg är 1 centimeter. Från drunkards-walk-problemet vet du att det genomsnittliga antalet steg som det tar för att få ett visst avstånd är lika med kvadratet för antalet steg som det skulle ta för att gå i en rak linje. Så det skulle ta 49 biljoner biljoner steg på 0,1 millimeter och 490 miljarder biljoner steg om 1 centimeter vardera. Tiden det tar att resa dessa steg är det totala avståndet dividerat med ljusets hastighet. Så om du tror att fotoner bara reser 0,1 millimeter mellan kraschar kommer det att ta mer än en halv miljon år för fotonen att fly från solen. Om du tror att det är ungefär en centimeter, kommer det att ta cirka 5 000 år för fotonen att komma utanför solen.