Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Hvor lang tid tager det for fotoner at komme ud fra solens kerne til ydersiden?

Solen er en kugle af hydrogen så stor, at gravitationspresset i midten strimler elektroner fra hydrogenatomerne og skubber protonerne så tæt sammen, at de holder fast ved hinanden. "Stikningen" skaber til sidst helium og frigiver også energi i form af gammastrålefotoner. Disse fotoner gør deres vej gennem partiklerne i solen, taber noget energi undervejs og endelig gør deres vej ud af solen som røntgenstråler, infrarødt og synligt lys. Stien fra centrum til fremkomsten fra solen tager mange trin og mange år.

Gamma Stråler

Oprettelsen af ​​helium fra brint i solens kerne er en tre-trins proces der udsender en gammastråle direkte og indirekte frigiver en anden. Gamma stråler er elektromagnetisk stråling, ligesom mikrobølger, radio og lysbølger, hvilket betyder at de rejser med lysets hastighed: 300.000 kilometer i sekundet (186.000 miles per sekund). Solen har en radius på omkring 700.000 kilometer (435.000 miles). Så du kunne med rimelighed forvente, at en gamma ray kommer ud udenfor solen ca. 2,3 sekunder efter den er oprettet. Men det sker ikke.

Kollisioner

I kernen af ​​solen er protonerne og heliumkernerne så tykke, at en udstrålet gammastråle ikke kan komme meget langt før den absorberes. Hvis du forestiller dig, at en gammastråle udsendes lige i midten af ​​solen, så begynder den at gå ud til højre for overfladen. Når det kolliderer ind i en proton, er kollisionsresultatet et proton med ekstra energi. Protonen giver op den ekstra energi ved at udsende en anden gammastrålefoton. Men denne kunne hovedet i enhver retning - selv lige tilbage, hvor den startede fra. Og så går det med gamma ray-overskriften fra en kollision til en anden, der ændrer retning hver gang den absorberes og genudsendes.

Random Walk

Forestil dig at der er en fyr så fuld at han behøver at holde fast i en lys post for at stå op. Han ønsker at komme til næste lyspost, kun 10 skridt væk, men han er så fuld, at han ikke kan gå i en lige linje. Heck, han er så fuld, at når han tager et skridt, kan hans næste skridt være i nogen anden retning. Det er, hvad fysikere og matematikere kalder en "drunkard's walk" eller "random walk" -problem. Spørgsmålet er, hvor længe vil det tage den fyr at komme fra en lamper til den næste? Svaret er, at hvis hans udgangspunkt og slutpunkt er adskilt med 10 trin, vil det tage ham - i gennemsnit - 100 trin for at komme derhen - det er 10 kvadreret. Det er den samme situation, som en gammastråle vender ud i solens kerne.

Forudsætninger

Når du forsøger at løse et tilfældigt gå-problem, er det vigtigste, du skal vide, at hvor store trin er. Der er to problemer med at finde ud af det for en gammastrålefoton i solen. For det første er forholdene ikke det samme hele solen, så afstanden mellem gammastrålen "styrter" med andre partikler ændres. For det andet har ingen nogensinde besøgt solens centrum, så det er nødvendigt at lave nogle antagelser. Der er alle mulige rimelige antagelser, der varierer fra en tiendedel af en millimeter til omkring en centimeter. Valget af denne afstand har stor indflydelse på tidsberegningen.

Hvor lang tid tager det?

Solens radius er 700.000 kilometer, hvilket er 7 billioner "trin", hvis hvert trin er en tiendedel millimeter og 70 milliarder trin, hvis hvert trin er 1 centimeter. Fra drunkard's-walk-problemet ved du, at det gennemsnitlige antal trin, der kræves for at få en vis afstand, er lig med kvadratet af antallet af trin, det ville tage at gå i en lige linje. Så det ville tage 49 billioner trillioner trin på 0,1 millimeter og 490 milliarder trillioner trin på 1 centimeter hver. Den tid det tager at rejse disse trin er den totale afstand divideret med lysets hastighed. Så hvis du tror, ​​at fotoner kun rejser 0,1 millimeter mellem nedbrud, vil det tage mere end en halv million år for fotonet at undslippe solen. Hvis du tror det handler om en centimeter, så tager det omkring 5.000 år at fotonet kommer udenfor solen.

Klik for at udvide hele teksten