Сколько времени фотон идёт от центра Солнца до поверхности?
Во многих источниках пишут, что фотон от центра Солнца до его края идёт десятки тысяч лет (часто встречается цифра 40 000 лет). Но так ли это? Давайте разбираться…
Фотон, зародившись в ядре Солнца, идёт до поверхности Солнца случайное время. У одного фотона этот путь может занять несколько секунд, а другому — потребуются сотни тысяч или даже миллионы лет.
Не совсем понятно, на чем основана цифра в 40 000 лет. Скорее всего это какое-то среднее значение полученное с помощью результатов какого-то моделирования.
Внутри Солнца плотность вещества — огромна. Однако, как мы знаем, даже в очень плотном веществе атомы не стоят вплотную друг к дружке как кирпичи в кладке. Даже в солнечном веществе большая часть объема — это пустое пространство между атомами.
Новорождённый фотон ждёт одна из двух возможных судеб. Или ему повезёт «проскочить» мимо всех атомов солнечного вещества и вылететь из Солнца, или же он столкнётся с каким-то атомом.
Путь фотона может сложиться по разному.
В первом случае фотон покидает Солнце сразу — буквально за пару секунд. Во втором начинается чистая чехарда. Фотон сталкивается с атомом, атом поглощает его и испускает точно такой же в произвольном направлении. Так фотон может носиться десятки тысяч лет от одного атома к другому внутри Солнца, до тех пор пока наконец по воле случая не выскочит за его пределы.
А вот дальнейший путь фотона до Земли уже проходит гораздо быстрее — всего 8 с небольшим минут.
просмотров всего 423 , просмотров сегодня 1
Источник
За какое время фотон проходит от ядра солнца до поверхности
Солнце-это водородный шар такого размера, что гравитационное давление в центре отрывает электроны от атомов водорода и сталкивает протоны так плотно, что они прилипают друг к другу. «Прилипание» в конечном итоге создает гелий, а также высвобождает энергию в виде гамма-фотонов. Эти фотоны проходят через частицы на солнце, теряя при этом некоторую энергию и, наконец, выходя из Солнца в виде рентгеновских лучей, инфракрасного и видимого света. Путь от центра к появлению из Солнца занимает много шагов и много лет.
Гамма-Лучи
Создание гелия из водорода в ядре Солнца-это трехступенчатый процесс, который непосредственно высвобождает один гамма-луч и косвенно высвобождает другой. Гамма-лучи-это электромагнитное излучение, так же как микроволны, радио и световые волны, что означает, что они движутся со скоростью света: 300 000 километров в секунду (186 000 миль в секунду). Солнце имеет радиус около 700 000 километров (435 000 миль). Таким образом, вы можете разумно ожидать, что гамма-луч выйдет за пределы Солнца примерно через 2,3 секунды после его создания. Но этого не происходит.
Столкновения
В ядре Солнца протоны и ядра гелия настолько плотны, что испускаемый гамма-луч не может пройти очень далеко, прежде чем он будет поглощен. Если вы представите, что гамма-луч испускается прямо в центре Солнца, то он начнет двигаться прямо к поверхности. Когда он врезается в протон, результатом столкновения является Протон с дополнительной энергией. Протон отдает эту дополнительную энергию, испуская другой гамма-фотон. Но этот мог двигаться в любом направлении — даже туда, откуда он начинался. Так и происходит, когда гамма-луч движется от одного столкновения к другому, меняя свое направление каждый раз, когда он поглощается и вновь испускается.
Случайное блуждание
Представьте себе, что есть парень настолько пьян, что ему нужно держаться за световой столб, чтобы встать. Он хочет добраться до следующего фонарного столба, всего в 10 шагах, но он так пьян, что не может идти по прямой. Черт возьми, он так пьян, что после того, как он сделает один шаг, его следующий шаг может быть в любом другом направлении. Это то, что физики и математики называют» прогулкой пьяницы «или» случайным блужданием». Вопрос в том, сколько времени потребуется этому парню, чтобы добраться от одного фонарного столба до другого? Ответ заключается в том, что если его начальная точка и конечная точка разделены 10 шагами, ему потребуется-в среднем-100 шагов, чтобы добраться туда-это 10 квадратов. Это та же самая ситуация, с которой сталкивается гамма-луч в ядре Солнца.
Предубеждения
Когда вы пытаетесь решить проблему случайного блуждания, самое важное, что вам нужно знать, — это насколько велики шаги. Есть две проблемы с выяснением этого для гамма — фотона на солнце. Во-первых, условия не одинаковы на всем протяжении солнца, поэтому расстояние между гамма-лучами «падает» с другими частицами меняется. Во-вторых, никто никогда не посещал центр Солнца, поэтому некоторые предположения должны быть сделаны в любом случае. Существуют всевозможные разумные предположения, варьирующиеся от одной десятой миллиметра до примерно сантиметра. Выбор этого расстояния оказывает большое влияние на расчет времени.
Сколько времени это займет
Радиус Солнца составляет 700 000 километров, что составляет 7 триллионов «шагов», если каждый шаг равен одной десятой миллиметра, и 70 миллиардов шагов, если каждый шаг равен 1 сантиметру. Из задачи о прогулке пьяницы вы знаете, что среднее число шагов, необходимых для того, чтобы пройти определенное расстояние, равно квадрату числа шагов, которые потребовались бы, чтобы пройти по прямой. Таким образом, потребуется 49 триллионов триллионов шагов по 0,1 миллиметра и 490 миллиардов триллионов шагов по 1 сантиметру каждый. Время, необходимое для прохождения этих шагов, — это общее расстояние, деленное на скорость света. Итак, если вы думаете, что фотоны перемещаются только на 0,1 миллиметра между столкновениями, то потребуется более полумиллиона лет, чтобы фотон покинул солнце. Если вы думаете, что это около сантиметра, то фотону потребуется около 5000 лет, чтобы выйти за пределы солнца.
Источник
Фотон тратит сотни тысяч лет, чтобы выбраться к поверхности Солнца
Скорее всего, вы уже знаете, что луч света тратит чуть больше 8 минут, чтобы добраться от Солнца до Земли. Это удивительная информация, ведь, если с нашей звездой что-то случится, то мы узнаем об этом не мгновенно, а с 8-минутной задержкой. Но вы станете относиться с большим уважением к этому лучу, если узнаете, как долго ему приходится карабкаться от ядра к поверхности.
Источник жизни
К солнечному свету, да и самому светилу, стоит проявить максимальное уважение. Лишь наличие атмосферы и идеальная дистанция от Солнца позволила создать приемлемые условия для жизни. Достаточно приблизиться к Венере или отодвинуться к Марсу, чтобы оказаться в критическом состоянии жары или мороза.
Солнце по своему строению напоминает подобие луковицы с несколькими слоями. Все это активные зоны с ядерными и химическими реакциями. Поэтому крошке фотону приходится преодолеть большой путь, чтобы осветить ваше утро.
Двигаемся от ядра
Внутренняя структура Солнца. Радиационная зона охватывает 0.25-0.7 солнечного радиуса. Температура падает с отдалением от ядра. Здесь она сокращается от 7 млн. К до 2 млн. С плотностью происходит то же самое – от 20 г/см3 до 0.2 г/см3.
Солнечный центр охватывает около 25% звездного радиуса и раскаляется выше 15 млн. К. Высокая сила гравитации формирует сильный уровень давления, который сталкивает атомы водорода в ядерных реакциях синтеза.
Мощные взрывы создают энергетические вспышки высокой мощности. Они еще не напоминают известный нам свет и способны убить. Речь идет о гамма-излучении. Если бы не возникало никаких препятствий, то лучи преодолевали дистанцию к солнечной поверхности за пару секунд. Однако рожденному фотону приходится карабкаться сквозь плотный слой атомов водорода. На это уходит не меньше сотни лет.
Зона лучистого переноса
Солнечное пятно крупным планом
На 45% солнечного радиуса приходится зона лучистого переноса. Плотность материи настолько высокая, что она трансформируется в плазму. Фотоны получают энергию от ядра, преодолевают дистанцию в 1 микрон и поглощаются молекулами газа. Здесь возникает цепная реакция, которая притормаживает весь процесс.
Молекула газа раскаляется, высвобождая уже другой фотон, но при той же длине волны. Фотон снова путешествует на 1 микрон, поглощается молекулой газа, которая раскаляется и продолжает цикл. Это невероятно долгий процесс, на который могут тратиться миллионы лет. Если фотону повезет, то на дорогу сквозь этот слой уйдет в среднем 170 000 лет. Анализ показывает, что цепочка охватывает где-то 10 25 повторных поглощений-выбросов.
Мы в конвективной зоне
Добро пожаловать в наружный солнечный слой. Знаю, путешествие оказалось дольше, чем вы полагали, но и это не конец. Перед вами бурная обстановка, представленная конвекционными потоками, транспортирующими энергию наружу. Их задача – поднять горячий газ на поверхность. В это же время более прохладный материал фотосферы углубляется ниже. Здесь фотон движется быстрее. Однако на всю поездку от ядра к поверхности у него уйдет в среднем 200 000 лет (конечно, если не застряли на миллионный срок).
Постскриптум
Вот так и выходит, что после 200000-летнего путешествия фотон тратит 8 минут, чтобы погибнуть на планете, одарив ее долгожданным светом. Вот вам еще один повод более уважительно относиться к солнечной активности.
Источник
Сколько времени фотон идёт от центра Солнца до поверхности?
Маленько дополню ответ автора il63.
Вопрос этот из одной из проблемных областей астрофизики: механизм переноса энергии в звездах. Дело в том что время, которое фотон «путешествует» — точнее много раз переизлучается, получается слишком большим — миллионы лет. Это значит, что такой механизм переноса энергии не совсем идеально поясняет то, как именно энергия переносится на поверхность звезды из ее недр. Что заставляет ученых продолжать строить гипотезы на этот счет и искать другие механизмы переноса энергии. Тема очень непростая, далеко не школьная и не популяризованная для общего пользования. Как и выкладки, которые все это иллюстрируют.
Радиус Солнца почти 700 миллионов километров. Такое расстояние в вакууме фотон преодолевает примерно за 2,3 секунды. Конечно, напрямую фотон, рожденный в центре Солнца, не сможет долететь не то что до поверхности Солнца — он не сможет пролететь даже несколько миллиметров. Особенно в центре, где очень велика плотность вещества. Поэтому путь фотона будет непростой и очень долгий. Внешне он будет похож на диффузионный путь молекулы в газе или броуновской частицы в жидкости (если определять ее координаты через равные промежутки времени). Но отличие от диффузии в том, что фотон будет постоянно поглощаться ионами плазмы и вновь переизлучаться. Возможно, теряя при этом энергию. Например, энергичный гамма-квант может превратиться в квант мягкого рентгеновского излучения. В результате до поверхности дойдет совсем не тот фотон, который родился в центре. Если же предположить, что мы следим за каждым таким актом поглощение — излучение, то для решения задачи нужно знать средний свободный пробег фотона внутри Солнца. А он не постоянный: по мере приближения к поверхности он должен увеличиваться. Поэтому трудно сказать, сколько на всё это может уйти времени. Может быть, несколько лет. А может быть, учитывая огромный путь, и миллионы лет!
Источник
Сколько времени фотон идёт от центра Солнца до поверхности?
Мне в мой канал в телеграме прислали следующий вопрос:
Добрый день! Во многих источниках пишут, что фотону от центра Солнца до его края идёт десятки тысяч лет (встречал цифру 40 000 лет). Так ли это? Можете объяснить как это происходит?
Отличный вопрос, основанный на тиражируемой многими околонаучными пабликами, сайтами и каналами информации.
На самом деле фотон, зародившись в ядре Солнца, идёт до поверхности Солнца случайное время. У одного фотона этот путь может занять несколько секунд, а другому — потребуются сотни тысяч или даже миллионы лет.
Я не знаю на чем основана цифра в 40 000 лет. Скорее всего это какое-то среднее значение полученное с помощью результатов какого-то моделирования.
Внутри Солнца плотность вещества — огромна. Однако, как мы знаем, даже в очень плотном веществе атомы не стоят вплотную друг к дружке как кирпичи в кладке. Даже в солнечном веществе большая часть объема — это пустое пространство между атомами.
Новорождённый фотон ждёт одна из двух возможных судеб. Или ему повезёт «проскочить» мимо всех атомов солнечного вещества и вылететь из Солнца, или же он столкнётся с каким-то атомом.
В первом случае фотон покидает Солнце сразу — буквально за пару секунд. Во втором начинается чистая чехарда. Фотон сталкивается с атомом, атом поглощает его и испускает точно такой же в произвольном направлении. Так фотон может носиться десятки тысяч лет от одного атома к другому внутри Солнца, до тех пор пока наконец по воле случая не выскочит за его пределы.
А вот дальнейший путь фотона до Земли уже проходит гораздо быстрее — всего 8 с небольшим минут.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
Источник