Być może wiesz, że światło potrzebuje szybkich ośmiu minut,
żeby dotrzeć do nas z powierzchni Słońca.
Ile więc czasu zajmie światłu
dotarcie z jądra Słońca do jego powierzchni?
Kilka sekund, góra minutę?
Choć może wydawać się to dziwne, trwa to wiele tysięcy lat.
Oto powód.
Fotony powstają w reakcjach nuklearnych głęboko w jądrze Słońca.
Po uwolnieniu z jądra fotony wchodzą w interakcje z materią i tracą energię,
stając się formą światła o większej długości fali.
Zaczynają w jądrze jako promieniowanie gamma,
kończąc przy powierzchni jako promienie X, ultrafiolet albo światło widzialne.
Jednak ta podróż nie jest ani łatwa, ani bezpośrednia.
Od narodzin foton wędruje z prędkością 300 tysięcy kilometrów na sekundę,
aż zderzy się z jakimś protonem i zostanie skierowany w inną stronę
niczym kula odbijająca się rykoszetem od każdej napotkanej dodatniej cząsteczki.
Pytanie, jaką odległość przebywa taki foton od środka Słońca
po każdym zderzeniu,
to główne zagadnienie tak zwanego błądzenia losowego.
Odpowiedź da nam ten wzór.
Odległość równa się wielkość kroku razy pierwiastek z dwóch ilości kroków.
Zaczynając błądzenie losowe u progu swojego domu,
wykonując co sekundę metrowy krok,
wykonalibyście milion kroków w jedenaście dni,
a pokonalibyście tylko jeden kilometr.
Ile czasu powstały w jądrze Słońca foton potrzebowałby,
żeby do nas dotrzeć?
Znamy masę Słońca
i dzięki temu możemy wyliczyć ilość zawartych w nim fotonów.
Załóżmy chwilowo, że protony w Słońcu są rozłożone równomiernie,
średnia odległość między nimi niech wynosi 1,0 x 10^-10 metra.
Błądzenie losowe przez 690 tysięcy kilometrów od jądra do powierzchni Słońca
potrzebowałoby 3,9 x 10^37 kroków,
a całkowity czas podróży wyniósłby 400 miliardów lat.
Coś się nie zgadza.
Słońce ma zaledwie 4,6 miliarda lat, co poszło nie tak?
Dwie rzeczy.
Słońce nie ma stałej gęstości,
więc fotony ominą niektóre protony pomiędzy swoimi zderzeniami.
Tak naprawdę energia fotonu,
zmieniająca się w trakcie jego podróży,
określa, jak zachowa się on wobec protonu.
Jeżeli chodzi o gęstość,
nasze modele zakładają, że Słońce ma gorące jądro,
w którym zachodzą reakcje termojądrowe.
Otacza je strefa promienista,
a następnie strefa konwektywna rozciągająca się aż do powierzchni.
Materiał w jądrze jest gęstszy niż ołów,
podczas gdy gorąca plazma przy powierzchni jest milion razy rzadsza,
z zachowaniem ciągłości pomiędzy nimi.
A oto relacja pomiędzy fotonem a energią.
W porównaniu do fotonu niosącego niewielki ładunek energetyczny
proton jest znacznie większy,
więc zwiększa się prawdopodobieństwo, że odbije foton rykoszetem.
Sprawa wygląda odwrotnie przy wysokoenergetycznych fotonach.
Protony niewiele mogą im zrobić.
Fotony startują z bardzo wysoką energią
w porównaniu do momentu opuszczenia powierzchni Słońca.
Za pomocą komputera i specjalnego modelu wnętrza Słońca
obliczymy równanie błądzenia losowego przy tych zmiennych wartościach.
Wychodzi 170 tysięcy lat.
Przyszłe odkrycia dotyczące Słońca mogą przedefiniować tę liczbę,
ale póki co wiedza naukowa pozwala sądzić,
że światło wpadające dziś do naszych oczu
spędziło 170 tysięcy lat, przebijając się w drodze do powierzchni Słońca,
plus dodatkowe osiem minutek w kosmosie.
Innymi słowy, ten foton zaczął podróż dwie epoki lodowcowe temu,
mniej więcej w tym czasie, kiedy ludzie zaczęli nosić odzież.