Inhoud
De zon is een bol waterstof die zo groot is dat de zwaartekracht in het midden elektronen van de waterstofatomen verwijdert en de protonen zo strak tegen elkaar duwt dat ze aan elkaar blijven kleven. Het "plakken" creëert uiteindelijk helium en geeft ook energie vrij in de vorm van gammastraalfotonen. Die fotonen banen zich een weg door de deeltjes in de zon, verliezen onderweg wat energie en komen uiteindelijk als röntgenstralen, infrarood en zichtbaar licht uit de zon. Het pad van het centrum naar de opkomst van de zon neemt vele stappen en vele jaren.
Gamma stralen
De vorming van helium uit waterstof in de kern van de zon is een proces in drie fasen waarbij de ene gammastraal direct wordt vrijgegeven en indirect een andere wordt afgegeven. Gammastralen zijn elektromagnetische straling, net als magnetrons, radio- en lichtgolven, wat betekent dat ze met de snelheid van het licht reizen: 300.000 kilometer per seconde (186.000 mijl per seconde). De zon heeft een straal van ongeveer 700.000 kilometer (435.000 mijl). Je zou dus redelijkerwijs kunnen verwachten dat een gammastraal ongeveer 2,3 seconden nadat deze is gemaakt, buiten de zon komt. Maar dat gebeurt niet.
botsingen
In de kern van de zon zijn de protonen en heliumkernen zo dik dat een uitgezonden gamma-straal niet ver kan komen voordat het wordt geabsorbeerd. Als je je voorstelt dat een gammastraal midden in de zon wordt uitgestraald, begint deze recht op het oppervlak af te gaan. Wanneer het tegen een proton botst, is het resultaat van de botsing een proton met extra energie. Het proton geeft die extra energie af door een ander gammastraalfoton uit te zenden. Maar deze kon in elke richting gaan - zelfs meteen terug waar het begon. En zo gaat het, terwijl de gammastraal van de ene naar de andere botsing gaat, van richting verandert telkens wanneer deze wordt geabsorbeerd en opnieuw wordt uitgezonden.
De willekeurige wandeling
Stel je voor dat er een man is die zo dronken is dat hij een lichte paal moet vasthouden om op te staan. Hij wil naar de volgende lichtpaal, op slechts 10 stappen afstand, maar hij is zo dronken dat hij niet in een rechte lijn kan lopen. Heck, hij is zo dronken dat nadat hij een stap heeft gezet, zijn volgende stap in een andere richting kan gaan. Dat is wat natuurkundigen en wiskundigen een probleem met "drunkards walk" of "random walk" noemen. De vraag is, hoe lang duurt het voordat die kerel om van de ene lantaarnpaal naar de volgende te komen? Het antwoord is dat als zijn startpunt en eindpunt worden gescheiden door 10 stappen, hij er gemiddeld 100 stappen voor nodig heeft om daar te komen - dat is 10 kwadraat. Dat is dezelfde situatie waarmee een gammastraal in de kern van de zon wordt geconfronteerd.
Veronderstellingen
Wanneer u een willekeurig loopprobleem probeert op te lossen, is het belangrijkste dat u moet weten hoe groot de stappen zijn. Er zijn twee problemen met het uitzoeken van dat voor een gammastraalfoton in de zon. Ten eerste zijn de omstandigheden niet overal in de zon hetzelfde, dus de afstand tussen gammastraling "crasht" met andere deeltjes. Ten tweede heeft niemand ooit het centrum van de zon bezocht, dus er moeten toch enkele aannames worden gedaan. Er zijn allerlei redelijke veronderstellingen, variërend van een tiende van een millimeter tot ongeveer een centimeter. De keuze voor deze afstand heeft grote invloed op de tijdberekening.
Hoe lang het duurt
De straal van de zon is 700.000 kilometer, dat is 7 biljoen "stappen" als elke stap een tiende van een millimeter is, en 70 miljard stappen als elke stap 1 centimeter is. Van het drunkards-walk-probleem weet je dat het gemiddelde aantal stappen dat nodig is om een bepaalde afstand te krijgen, gelijk is aan het kwadraat van het aantal stappen dat het zou nemen om in een rechte lijn te gaan. Dus het zou 49 biljoen biljoen stappen van 0,1 millimeter en 490 miljard biljoen stappen van elk 1 centimeter kosten. De tijd die nodig is om die stappen te reizen, is de totale afstand gedeeld door de snelheid van het licht. Dus als je denkt dat fotonen slechts 0,1 millimeter reizen tussen crashes, duurt het meer dan een half miljoen jaar voordat het foton aan de zon ontsnapt. Als je denkt dat het ongeveer een centimeter is, duurt het ongeveer 5000 jaar voordat het foton buiten de zon komt.