Зміст
Сонце - куля водню, така велика, що гравітаційний тиск в центрі позбавляє електрони від атомів водню і так щільно штовхає протони, що вони прилипають один до одного. "Злипання" зрештою створює гелій, а також вивільняє енергію у вигляді фотонів гамма-променів. Ці фотони пробиваються через частинки на сонці, втрачаючи деяку енергію і, нарешті, пробиваючись із сонця у вигляді рентгенівських променів, інфрачервоного та видимого світла. Шлях від центру до виходу від сонця займає багато кроків і багато років.
Гамма-промені
Створення гелію з водню в ядрі сонця - це тристадійний процес, який безпосередньо випускає один гамма-промінь і опосередковано вивільняє інший. Гамма-промені - це електромагнітне випромінювання, подібно до мікрохвиль, радіо і світлових хвиль, а значить, вони рухаються зі швидкістю світла: 300 000 кілометрів в секунду (186 000 миль в секунду). Сонце має радіус близько 700 000 кілометрів (435 000 миль). Таким чином, ви можете обґрунтувати, що гамма-промінь потрапить поза сонце приблизно через 2,3 секунди після його створення. Але цього не буває.
Зіткнення
У ядрі Сонця ядра протонів та гелію настільки товсті, що випромінюваний гамма-промінь не надходить дуже далеко до того, як він поглинеться. Якщо ви уявляєте, що гамма-промінь випромінюється прямо в центрі сонця, то він почне направлятися прямо на поверхню. Коли він врізається в протон, результатом зіткнення стає протон із зайвою енергією. Протон віддає цю зайву енергію, випромінюючи ще один фотон гамма-променя. Але цей міг би рухатися в будь-якому напрямку - навіть туди, куди він починався. І так це відбувається, коли гамма-промінь рухається від одного зіткнення до іншого, змінюючи свій напрямок кожного разу, коли він поглинається та повторно випромінюється.
Випадкова прогулянка
Уявіть, що хлопець такий п'яний, що йому потрібно протриматися на легкій посаді, щоб встати. Він хоче дістатись до наступної легкої посади, всього за 10 кроків, але він так п'яний, що не може ходити по прямій лінії. Чорт, Хес настільки п'яний, що після того, як зробить один крок, його наступний крок може бути в будь-якому іншому напрямку. Ось те, що фізики та математики називають проблемою "прогулянки п'яниць" чи "випадкової прогулянки". Питання в тому, скільки часу знадобиться хлопцеві, щоб дістатися від одного світильника до іншого? Відповідь полягає в тому, що якщо його початкова точка і кінцева точка розділені 10 кроками, йому знадобиться - в середньому - 100 кроків, щоб дістатися туди - ось 10 квадратів. То ж ситуація, з якою стикається гамма-промінь в ядрі Сонця.
Припущення
Коли ви намагаєтеся вирішити проблему випадкових прогулянок, найважливіше, що вам потрібно знати, - це наскільки великі кроки. Існує дві проблеми з вирішенням того, як розглянути фотон гамма-променя на сонці. По-перше, умови не однакові у всьому Сонце, тому відстань між гамма-променем "вибивається" з іншими частинками. По-друге, ніхто ніколи не відвідував центр сонця, тому в будь-якому випадку потрібно зробити деякі припущення. Існують усілякі обґрунтовані припущення, що варіюються від десятої частини міліметра до приблизно сантиметра. Вибір цієї відстані має великий вплив на розрахунок часу.
Скільки часу займає
Радіус сонця - 700 000 кілометрів, що становить 7 трильйонів "кроків", якщо кожен крок становить десяту частину міліметра, і 70 мільярдів кроків, якщо кожен крок - 1 сантиметр. З проблеми п’яних-прогулянок ви знаєте, що середня кількість кроків, які потрібно пройти, щоб пройти певну відстань, дорівнює квадрату кількості кроків, які потрібно було б пройти по прямій лінії. Таким чином, знадобиться 49 трильйонів трильйонів кроків 0,1 міліметра і 490 мільярдів кроків по 1 сантиметр кожен. Час, необхідний для проходження цих кроків, - це загальна відстань, поділене на швидкість світла. Отже, якщо ви думаєте, що фотони проходять лише 0,1 міліметра між аваріями, знадобиться більше півмільйона років, щоб фотон вийшов із Сонця. Якщо ви думаєте, що це приблизно сантиметр, то знадобиться приблизно 5000 років, щоб фотон потрапив назовні на сонце.