Solen är en boll av väte så stor att gravitationstrycket i mitten spränger elektroner från väteatomerna och trycker protonerna så tätt ihop att de håller fast vid varandra. Den "sticking" skapar så småningom helium och frigör också energi i form av gammastrålfotoner. De fotonerna går igenom partiklarna i solen, förlorar lite energi längs vägen och slutligen tar sig ut ur solen som röntgenstrålar, infraröd och synligt ljus. Stigen från centrum till uppkomsten från solen tar många steg och många år.
Gamma Rays
Skapandet av helium från väte i solens kärna är en trestegsprocess som släpper direkt en gammastråle och indirekt släpper ut en annan. Gamma strålar är elektromagnetisk strålning, precis som mikrovågor, radio och ljusvågor, vilket innebär att de reser med ljusets hastighet: 300.000 kilometer per sekund (186.000 miles per sekund). Solen har en radie på cirka 700 000 kilometer (435 000 miles). Så du kan rimligen förvänta dig att en gammastråle ska komma utanför solen cirka 2,3 sekunder efter det att den har skapats. Men det händer inte.
Kollisioner
I kärnan i solen är protonerna och heliumkärnorna så tjocka att en utsänd gammastråle inte kan bli mycket långt innan den absorberas. Om du föreställer dig att en gammastråle sänds direkt i mitten av solen så börjar den på rätt väg för ytan. När det kraschar i en proton är resultatet av kollisionen en proton med extra energi. Protonen ger upp den extra energin genom att avge en annan gammastrålefoton. Men den här kunde huvudet i någon riktning - till och med strax tillbaka där den började. Och så går det, med gammastrålen som går från en kollision till en annan, ändrar riktningen varje gång den absorberas och återges.
Den slumpmässiga promenaden
Tänk dig att det är en kille så full att han måste hålla sig till ett ljust inlägg för att stå upp. Han vill komma till nästa ljuspost, bara 10 steg bort, men han är så full att han inte kan gå i en rak linje. Heck, han är så full att när han tar ett steg kan hans nästa steg vara i någon annan riktning. Det är vad fysiker och matematiker kallar "drunkard's walk" eller "random walk" -problem. Frågan är hur länge det tar den killen att komma från en lampa till nästa? Svaret är att om hans utgångspunkt och slutpunkt separeras med 10 steg, kommer det att ta honom - i genomsnitt - 100 steg för att komma dit - det är 10 kvadrerat. Det är samma situation som en gammastråle står inför i solens kärna.
Förutsättningar
När du försöker lösa ett slumpmässigt problem, är det viktigaste du behöver veta hur stora stegen är. Det finns två problem med att bestämma det för en gammastrålefoton i solen. För det första är förhållandena inte samma hela hela solen, så avståndet mellan gammastrålen "kraschar" med andra partiklar ändras. För det andra har ingen någonsin besökt solens mitt, så det måste ändå göras några antaganden. Det finns alla möjliga rimliga antaganden, varierande från en tiondel av en millimeter till ungefär en centimeter. Valet av detta avstånd har stor inverkan på tidsberäkningen.
Hur lång tid tar det
Solens radie är 700.000 kilometer, vilket är 7 biljoner "steg" om varje steg är en tiondel av en millimeter och 70 miljarder steg om varje steg är 1 centimeter. Från drunkard's-promenadproblemet vet du att det genomsnittliga antalet steg som krävs för att få ett visst avstånd är lika med kvadraten av antalet steg det skulle ta att gå i en rak linje. Så det skulle ta 49 biljoner steg av 0,1 millimeter och 490 miljarder trillion steg av 1 centimeter vardera. Den tid det tar att resa dessa steg är det totala avståndet dividerat med ljusets hastighet. Så, om du tror att fotoner bara kör 0,1 millimeter mellan kraschar, tar det mer än en halv miljon år för foton att fly från solen. Om du tror att det handlar om en centimeter, så tar det ungefär 5000 år att fotonet kommer ut i solen.
