Forse sapete che la luce impiega otto veloci minuti
per raggiungerci dalla superficie del Sole,
allora, quanto pensate che ci metta la luce
per viaggiare dal nucleo del Sole alla sua superficie?
Pochi secondi o un minuto al massimo?
Ebbene, curiosamente, la risposta è molte migliaia di anni.
Ecco perché.
I fotoni sono prodotti dalle reazioni nucleari nel centro del nucleo solare.
Mentre fluiscono dal nucleo, interagiscono con la materia e perdono energia,
diventando forme di luce a lunghezza d'onda maggiore.
Iniziano come raggi gamma nel nucleo,
ma diventano raggi X, luce ultravioletta o visibile avvicinandosi alla superficie.
Tuttavia, il loro viaggio non è semplice né diretto.
Appena nato, ogni fotone viaggia alla velocità di 300.000 km/s
fino a che non si scontra con un protone ed è deviato in un'altra direzione,
agendo come un proiettile che rimbalza su ogni particella carica che incontra.
Il problema di quanto lontano il fotone può arrivare dal centro del Sole
dopo ogni collisione
è conosciuto come problema della Passeggiata Aleatoria.
La risposta è data da questa formula:
distanza = dimensione dei passi X radice quadrata del numero di passi.
Quindi se passeggiaste casualmente dal vostro portone
con una falcata di un metro al secondo,
ci vorrebbe un milione di passi e 11 giorni
per coprire solo un chilometro.
Allora quanto impiega un fotone generato al centro del Sole
per raggiungervi?
Conosciamo la massa del Sole
e possiamo usarla per calcolare il numero di protoni al suo interno.
Assumiamo per un attimo che i protoni del Sole siano tutti distribuiti equamente,
rendendo la distanza media tra loro di circa di 1.0 x 10^-10 metri.
Passeggiare casualmente lungo i 690 000 km fra il nucleo e la superficie solare
richiederebbe 3,9 x 10^37 passi,
risultando in un viaggio di 400 miliardi di anni.
Hmm, deve esserci un errore.
Il sole ha solo 4,6 miliardi di anni, allora cosa è andato storto?
Due cose:
Il Sole non ha realmente una densità uniforme
e i fotoni mancheranno svariati protoni tra ogni collisione.
In realtà, l'energia di un fotone,
che cambia durante il corso del suo viaggio,
determina quanto è probabile interagire con un protone.
Per quanto riguarda la domanda sulla densità,
i nostri modelli mostrano che il Sole ha un nucleo caldo,
dove le reazioni di fusione avvengono.
Questo è circondato da una zona radioattiva,
seguita dalla zona convettiva, che si estende fino alla superficie.
Il materiale nel nucleo è più denso del piombo,
mentre il plasma vicino alla superficie è un milione di volte meno denso
con un continuo di densità diverse nel mezzo.
Ed ecco la relazione fotone-energia.
Per un fotone che trasporta una piccola quantità di energia,
un protone è di fatto enorme,
ed è molto più probabile che porti il fotone a rimbalzare.
E per un fotone ad alta energia, è vero l'opposto.
I protoni sono in realtà piccoli.
I fotoni iniziano con energie molto elevate
se comparate a quando sono irradiate dalla superficie del Sole.
Ora, quando usiamo un computer e un modello sofisticato dell'interno del Sole
per calcolare l'equazione con queste quantità che cambiano,
viene fuori questo numero: 170 000 anni.
Scoperte future sul Sole potrebbero definire questo numero più accuratamente,
ma per adesso, sulla base della nostra comprensione,
la luce che colpisce oggi i nostri occhi
ha passato 170 000 anni ad essere rimbalzata fino alla superficie del Sole,
più otto minuscoli minuti nello spazio.
In altre parole, quel fotone ha cominciato il suo viaggio due ere glaciali fa,
intorno al periodo in cui gli esseri umani hanno iniziato ad indossare i vestiti.