Güneş ışığı sandığınızdan daha eski - Sten Odenwald

Tüm derse buradan ulaşın: http://ed.ted.com/lessons/sunlight-is-way-older-than-you-think-sten-odenwald

Işık, Güneş'in yüzeyinden Dünya'ya hızlı bir şekilde 8 dakikada ulaşır; ama aynı ışığın Güneş'in çekirdeğinden yüzeyine ulaşması ne kadar sürer? İşin garip yanı, cevap binlerce yıl. Bunun nedenini, Sten Odenwald rastgele yürüyüş problemini açıklayarak izah ediyor.

Ders Sten Odenwald, animasyon TOTEM Studio tarafından hazırlanmıştır.

Güneş'in yüzeyinden ışığın
bize ulaşmasının hızlı bir şekilde

8 dakika sürdüğünü biliyor olabilirsin.

Peki, ışığın Güneş'in çekirdeğinden

yüzeyine ulaşması ne kadar sürer sence?

En fazla birkaç saniye ya da
bir dakika mı?

İşin garip yanı, cevap binlerce yıl.

Nedeni ise şöyle:

Fotonlar Güneş çekirdeğinin derinlerinde
nükleer reaksiyonlarla oluşur.

Fotonlar çekirdekten dışarıya akarlarken
maddeyle etkileşime girip

enerji kaybederek, daha uzun
dalga boylu ışık haline gelirler.

Çekirdekte gama ışınları olarak
yola koyulurlar; ama yüzeye yaklaştıkça

x, morötesi ışınları ya da
görünür ışınlar olarak son bulurlar;

fakat bu yolculuk ne basit ne de doğrudan.

Fotonlar oluştukları andan başlayarak
bir protonla çarpışana dek,

300 bin km/s hızla yol alır.
Çarpışma fotonun yönünü saptırır.

Çarptığı her yüklü parçacıktan
bir kurşun gibi seker.

Her çarpışmadan sonra
fotonun Güneş'in merkezinden

ne kadar uzaklaştığı sorusu "rastgele
yürüyüş problemi" olarak bilinir.

Yanıt şu formülle bulunur:

Uzaklık eşittir adım uzunluğu çarpı
adım sayısının karekökü

Eğer ön kapından başlayarak
rastgele yürüyüşe

saniyede bir metre adım
atarak başlasaydın,

sadece 1 km gitmek için
1 milyon adım atman ve

11 gün boyunca
yürümen gerekirdi.

O zaman Güneş'in merkezinde üretilen
bir fotonun sana ulaşması ne kadar sürer?

Güneşin kütlesini biliyoruz ve

bunu içindeki proton sayısını
hesaplamak için kullanabiliriz.

Güneş'teki bütün protonların
eşit şekilde dağıldığını varsayarsak,

protonların aralarındaki ortalama uzaklık
1,0x10^-10 metre olur.

Güneş'in çekirdeğinden yüzeyine
690 bin km'lik bir rastgele yürüyüş

3,9x10^37 adım gerektirir.

Bu toplam 400 milyar yıl
yolculuk zamanı eder.

Bu doğru olamaz.

Güneş sadece 4,6 milyar yaşında.
Peki nerede hata yaptık?

İki yerde:

Aslında Güneş eşit dağılımlı
yoğunluktan oluşmuyor ve

her çarpışma arasında
fotonlar oldukça fazla protonu ıskalar.

Aslında,

yolculuğu boyunca değişen,
fotonun enerjisi

protonla etkileşme olasılığını belirler.

Yoğunluk üzerine,

bizim modellerimiz,
Güneş'in füzyon reaksiyonlarının

olduğu sıcak bir çekirdeği,

çekirdeği çevreleyen ışınsal bölgesi ve
bu bölgeyi takip eden,

yüzeye kadar uzanan
ısıyayımsal bölgesi olduğunu gösteriyor.

Çekirdekteki madde
kurşundan çok daha yoğunken,

yüzeye yakın sıcak plazma
milyon kez daha az yoğun ve

aradaki yoğunluk değeri, bu iki bölgedeki
yoğunluk değerleri arasında.

Foton-enerji ilişkisi ise şöyledir:

Az miktarda enerji taşıyan bir foton için

bir proton etkili bir şekilde
çok büyüktür,

fotonun sekmesine neden olma
olasılığı çok yüksektir.

Yüksek enerjili bir foton için
tersi doğrudur.

Protonlar etkili bir şekilde küçücüktür.

Güneş'in yüzeyinden son kez
yayıldıkları zamanla karşılaştırıldığında,

fotonlar çok yüksek
enerji seviyesinde başlarlar.

Rastgele yürüyüş denklemini, bu değişen
değerlerle hesaplamak için

bir bilgisayarı ve karmaşık bir
solar iç modelini kullandığımızda

şu sayı ortaya çıkar:
170 bin yıl.

Güneş'le ilgili gelecekteki keşifler
bu sayıyı daha da düzeltebilir;

ama şimdilik, en iyi kavrayışımıza göre,

bugün gözlerimize değen ışık
170 bin yıl harcadı.

Bir yerden başka bir yere çarparak
Güneş'in yüzeyine geldi.

Ek olarak minik bir süreyle
8 dakika uzayda zaman geçirdi.

Başka bir deyişle, bu foton yolculuğuna
2 buz çağı önce başladı,

yaklaşık olarak insanların kıyafet
giyinmeye ilk defa başladığı bir zamanda.