Il sole è una sfera di idrogeno così grande che la pressione gravitazionale al centro spoglia gli elettroni dagli atomi di idrogeno e unisce i protoni così strettamente insieme che si attaccano l'un l'altro. L '"attaccamento" alla fine crea elio e rilascia anche energia sotto forma di fotoni a raggi gamma. Quei fotoni si fanno strada attraverso le particelle del sole, perdendo un po 'di energia lungo la strada e infine 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 in tre fasi che rilascia direttamente un raggio gamma e ne rilascia un altro indirettamente. I raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche, proprio come microonde, radio e 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 spessi che un raggio gamma emesso non può andare molto lontano prima di essere assorbito. Se immagini che un raggio gamma sia emesso proprio al centro del sole, inizierà a dirigersi 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 di raggi gamma. Ma questo potrebbe andare in qualsiasi direzione, anche da dove è partito. E così via, con il raggio gamma che si sposta da una collisione all'altra, cambiando direzione ogni volta che viene assorbito e riemesso.
The Random Walk
Immagina che ci sia un ragazzo così ubriaco di cui ha bisogno aggrapparsi a un palo leggero per alzarsi. Vuole arrivare al prossimo lampione, a soli 10 passi di distanza, ma è così ubriaco che non riesce a camminare in linea retta. Cavolo, è così ubriaco che dopo aver fatto un passo il suo passo successivo potrebbe essere in qualsiasi altra direzione. Questo è ciò che fisici e matematici chiamano un problema di "camminata da ubriaco" o "camminata casuale". La domanda è: quanto tempo impiegherà quel ragazzo a passare da un lampione all'altro? La risposta è che se il suo punto iniziale e quello finale sono separati da 10 passi, gli ci vorranno - in media - 100 passi per arrivarci - 10 quadrati. È la stessa situazione che un raggio gamma deve affrontare nel nucleo del sole.
Presupposti
Quando stai cercando di risolvere un problema di camminata casuale, la cosa più importante che devi sapere è quanto è grande il i passaggi sono. Ci sono due problemi a capirlo per un fotone di raggi gamma nel sole. Innanzitutto, le condizioni non sono tutte uguali in tutto il sole, quindi la distanza tra i raggi gamma "si schianta" con altre variazioni di particelle. Secondo, nessuno ha mai visitato il centro del sole, quindi alcune ipotesi devono essere fatte comunque. Esistono ipotesi ragionevoli di ogni genere, che variano da un decimo di millimetro a circa un centimetro. La scelta di questa distanza ha un grande impatto sul calcolo del tempo.
Quanto tempo impiega
Il raggio del sole è di 700.000 chilometri, che sono 7 trilioni di "passi" se ogni passo è un decimo di un millimetro e 70 miliardi di passi se ogni passo è 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 che sarebbe necessario percorrere in linea retta. Quindi occorrerebbero 49 trilioni di miliardi di passi di 0,1 millimetri e 490 miliardi di miliardi di passi di 1 centimetro ciascuno. Il tempo necessario per percorrere questi passaggi è la distanza totale divisa per la velocità della luce. Quindi, se pensi che i fotoni viaggino solo 0,1 millimetri tra gli incidenti, ci vorranno più di mezzo milione di anni prima che il fotone fuoriesca dal sole. Se pensi che sia circa un centimetro, ci vorranno circa 5.000 anni prima che il fotone esca dal sole.
