La luce del Sole è più vecchia di quello che pensi - Sten Odenwald

Vedi la lezione integrale: http://ed.ted.com/lessons/sunlight-is-way-older-than-you-think-sten-odenwald

La luce impiega o veloci minuti per raggiungere la Terra dalla superficie del Sole. Ma quanto tempo impiega la stessa luce a viaggiare dal nucleo del Sole alla sua superficie? Sorprendentemente, la risposta è molte migliaia di anni. Sten Odenwald spiega perché illustrando il problema della passeggiata aleatoria.

Lezione di Sten Odenwald, animazioni di TOTEM Studio.

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.