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    Quanto tempo impiega i fotoni ad emergere dal nucleo del sole verso l'esterno?

    Il sole è una palla di idrogeno così grande che la pressione gravitazionale al centro estrae gli elettroni dagli atomi di idrogeno e spinge i protoni così strettamente insieme che si attaccano l'un l'altro. Il "sticking" alla fine crea elio e rilascia energia sotto forma di fotoni di raggi gamma. Quei fotoni si fanno strada attraverso le particelle al sole, perdendo energia lungo la strada e finalmente uscendo dal sole come raggi X, infrarossi e luce visibile. Il percorso dal centro all'emergenza dal sole richiede molti passi e molti anni.

    Raggi gamma

    La creazione di elio dall'idrogeno nel nucleo del sole è un processo a tre fasi che rilascia direttamente un raggio gamma e ne rilascia indirettamente un altro. I raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche, proprio come le microonde, la radio e le onde luminose, il che significa che viaggiano alla velocità della luce: 300.000 chilometri al secondo (186.000 miglia al secondo). Il sole ha un raggio di circa 700.000 chilometri (435.000 miglia). Quindi potresti ragionevolmente aspettarti che un raggio gamma esca dal sole circa 2,3 secondi dopo la sua creazione. Ma ciò non accade.

    Collisioni

    Nel nucleo del sole i protoni e i nuclei di elio sono così densi che un raggio gamma emesso non può arrivare molto lontano prima di essere assorbito. Se immaginate che un raggio gamma venga emesso proprio al centro del sole, allora inizierà direttamente verso la superficie. Quando si schianta contro un protone, il risultato della collisione è un protone con energia extra. Il protone rinuncia a quell'energia extra emettendo un altro fotone gamma. Ma questo poteva andare in qualsiasi direzione, anche da dove era partito. E così via, con il raggio gamma che va da una collisione ad un'altra, cambiando la sua direzione ogni volta che viene assorbito e riemesso.

    La passeggiata casuale

    Immagina che ci sia un ragazzo così ubriaco che ha bisogno di aggrapparsi a un palo luminoso per alzarsi in piedi. Vuole arrivare al prossimo palo della luce, a soli 10 passi di distanza, ma è così ubriaco che non riesce a camminare in linea retta. Diamine, è così ubriaco che dopo aver fatto un passo il suo prossimo passo potrebbe essere in qualsiasi altra direzione. Questo è ciò che fisici e matematici chiamano un problema di "passeggiata di un ubriacone" o "passeggiata casuale". La domanda è: quanto tempo impiegherà quel tizio per passare da un lampione all'altro? La risposta è che se il suo punto di partenza e il punto di arrivo sono separati da 10 passi, gli ci vorrebbero - in media - 100 passi per arrivare - cioè 10 al quadrato. Questa è la stessa situazione che un raggio gamma affronta nel centro del sole.

    Presupposti

    Quando stai cercando di risolvere un problema casuale, la cosa più importante che devi sapere è quanto sono grandi i passaggi. Ci sono due problemi nel capire questo per un fotone a raggi gamma al sole. Innanzitutto, le condizioni non sono le stesse in tutto il sole, quindi la distanza tra i raggi gamma "si schianta" con altre particelle cambia. Secondo, nessuno ha mai visitato il centro del sole, quindi alcune ipotesi devono essere fatte, comunque. Esistono ogni sorta di presupposti ragionevoli, che vanno da un decimo di millimetro a circa un centimetro. La scelta di questa distanza ha un grande impatto sul calcolo del tempo.

    Quanto tempo ci vuole

    Il raggio del sole è di 700.000 chilometri, che è 7 trilioni di "passi" se ogni passo è un decimo di millimetro e 70 miliardi di passi se ogni passo è di 1 centimetro. Dal problema dell'ubriacone, sai che il numero medio di passi necessari per ottenere una certa distanza è uguale al quadrato del numero di passi necessari per andare su una linea retta. Quindi occorrerebbero 49 trilioni di miliardi di gradini di 0,1 millimetri e 490 miliardi di trilioni di passaggi di 1 centimetro ciascuno. Il tempo necessario per percorrere questi passaggi è la distanza totale divisa per la velocità della luce. Quindi, se pensate che i fotoni viaggino solo a 0,1 millimetri tra i crash, ci vorrà più di mezzo milione di anni perché il fotone sfugga al sole. Se pensi che sia circa un centimetro, ci vorranno circa 5.000 anni perché il fotone esca dal sole.

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