Содержание
Солнце - это шар водорода, настолько большой, что гравитационное давление в центре отрывает электроны от атомов водорода и настолько плотно отталкивает протоны, что они прилипают друг к другу. «Прилипание» в конечном итоге создает гелий, а также выделяет энергию в виде фотонов гамма-излучения. Эти фотоны пробиваются сквозь частицы на солнце, теряя часть энергии на пути и, наконец, уходят от солнца в виде рентгеновских лучей, инфракрасного и видимого света. Путь от центра к появлению от солнца занимает много шагов и много лет.
Гамма излучение
Создание гелия из водорода в ядре Солнца - это трехстадийный процесс, который непосредственно выпускает один гамма-луч и косвенно освобождает другой. Гамма-лучи - это электромагнитное излучение, такое же, как микроволны, радио и световые волны, что означает, что они движутся со скоростью света: 300 000 километров в секунду (186 000 миль в секунду). Солнце имеет радиус около 700 000 километров (435 000 миль). Таким образом, вы можете разумно ожидать, что гамма-луч выйдет за пределы Солнца примерно через 2,3 секунды после его создания. Но этого не происходит.
Столкновения
В ядре Солнца протоны и ядра гелия настолько толсты, что испускаемый гамма-луч не может пройти очень далеко, прежде чем он будет поглощен. Если вы представите, что гамма-излучение испускается прямо в центре Солнца, то оно направится прямо к поверхности. Когда он врезается в протон, результатом столкновения является протон с дополнительной энергией. Протон отдает эту дополнительную энергию, испуская другой фотон гамма-излучения. Но этот может идти в любом направлении - даже туда, откуда это началось. И так происходит, когда гамма-луч движется от одного столкновения к другому, меняя свое направление каждый раз, когда он поглощается и переизлучается.
Случайная прогулка
Представьте себе парня, настолько пьяного, что ему нужно держаться за легкий столб, чтобы встать. Он хочет добраться до следующего фонарного столба, всего в 10 шагах, но он настолько пьян, что не может идти по прямой. Черт, он так пьян, что после того, как он сделает один шаг, его следующий шаг может быть в любом другом направлении. Это то, что физики и математики называют «прогулкой пьяниц» или «случайной прогулкой». Вопрос в том, сколько времени понадобится этому парню, чтобы добраться от одного фонарного столба до другого? Ответ таков: если его начальная точка и конечная точка разделены на 10 шагов, ему потребуется - в среднем - 100 шагов, чтобы добраться туда, - это 10 в квадрате. Это то же самое, что гамма-лучи сталкиваются в ядре Солнца.
Предположения
Когда вы пытаетесь решить проблему случайного блуждания, самое важное, что вам нужно знать, - насколько велики шаги. Есть две проблемы с выяснением этого для гамма-фотона на Солнце. Во-первых, условия на Солнце не одинаковы, поэтому расстояние между гамма-лучами «падает» вместе с другими частицами. Во-вторых, никто никогда не посещал центр Солнца, поэтому в любом случае необходимо сделать некоторые предположения. Существуют всевозможные разумные предположения, варьирующиеся от одной десятой миллиметра до сантиметра. Выбор этого расстояния оказывает большое влияние на расчет времени.
Как долго
Радиус Солнца составляет 700 000 километров, что составляет 7 триллионов «шагов», если каждый шаг составляет одну десятую миллиметра, и 70 миллиардов шагов, если каждый шаг составляет 1 сантиметр. Из задачи «Ходьба пьяниц» вы знаете, что среднее число шагов, которое требуется для того, чтобы пройти определенное расстояние, равно квадрату числа шагов, которые нужно сделать, чтобы пройти по прямой линии. Таким образом, потребуется 49 триллионов триллионов шагов по 0,1 миллиметра и 490 миллиардов триллионов шагов по 1 сантиметру каждая. Время, необходимое для прохождения этих шагов, является общим расстоянием, деленным на скорость света. Таким образом, если вы думаете, что фотоны перемещаются только на 0,1 миллиметра между авариями, фотону потребуется более полумиллиона лет, чтобы уйти от Солнца. Если вы думаете, что это около сантиметра, то фотону потребуется около 5000 лет, чтобы выйти за пределы Солнца.