1140
Тепло сонячного проміння доходить до нашого обличчя всього за трохи більше ніж 8 хвилин. Але сама ця енергія могла пробиватися з надр Сонця до його поверхні близько 170 тисяч років. Про цей неймовірно довгий і заплутаний шлях енергії всередині зорі розповідає матеріал ScienceAlert.
Що відомо коротко
- Світло долітає від Сонця до Землі за понад 8 хвилин, долаючи близько 150 мільйонів кілометрів.
- Енергія, з якої народжується це світло, може 170 000 років вибиратися з надр Сонця до його поверхні.
- Якби фотон ішов прямою лінією з центра Сонця, йому вистачило б приблизно 2,3 секунди.
- Насправді фотони здійснюють так звану «випадкову прогулянку», постійно зіштовхуючись із зарядженими частинками в щільній плазмі.
- Перерахунок з урахуванням реальної зміни густини всередині Сонця збільшив оцінку часу виходу енергії з десятків тисяч до близько 170 тисяч років.
Як енергія в Сонці застрягає в «натовпі» частинок
Уявіть вечірку, де всі ваші друзі набилися в одну кімнату. Ви вирішили йти додому, але кожні кілька кроків вас хтось зупиняє: обійми, розмова, ще одна історія. Від дивана до дверей ви йдете не хвилину, а цілу годину.
Так само поводиться енергія всередині Сонця. У його ядрі народжуються наденергійні гамма-фотони. Але замість прямого шляху назовні вони потрапляють у гігантський «натовп» заряджених частинок у надщільній плазмі. Кожен крок — це нове зіткнення, нове відхилення, нове «привіт».
Що таке «випадкова прогулянка» фотона
Якби фотон міг пройти від центра Сонця до його поверхні по прямій, йому знадобилося б близько 2,3 секунди, щоб подолати приблизно 695 700 кілометрів. Але реальність зовсім інша.
У щільній сонячній плазмі гамма-фотон може пролетіти лише дуже малу відстань, перш ніж взаємодіяти з зарядженою частинкою. Він може бути поглинутий і знову випромінений, або розсіяний у випадковому напрямку. Така послідовність коротких кроків у випадкових напрямках і називається «випадковою прогулянкою».
Ключовий параметр тут — довжина кроку, тобто середня відстань, яку фотон встигає пролетіти між взаємодіями. Саме від неї залежить, скільки часу в середньому потрібно енергії, щоб «протиснутися» з ядра до поверхні.
Як одна «дрібна» поправка перетворила тисячі років на сотні тисяч
Раніше вчені припускали, що довжина кроку фотона всередині Сонця майже стала — приблизно 0,5–1 сантиметр по всьому радіусу зорі. Підставивши це в розрахунки, отримували час виходу енергії з Сонця від 3 000 до 30 000 років.
Астрофізики Ромас Міталас (Romas Mitalas) та Кеннет Р. Сіллс (Kenneth R. Sills) з Університету Західного Онтаріо звернули увагу, що таке припущення ігнорує важливу річ: густина Сонця сильно змінюється з глибиною. У внутрішніх шарах зоря набагато щільніша, ніж ближче до поверхні, а отже, фотони там стикаються з частинками значно частіше.
Якщо повернутися до аналогії з вечіркою, попередні розрахунки виглядали так, ніби вчений бачить лише останні кілька метрів вашого шляху — від дверей будинку до машини. Він вимірює вашу швидкість на вулиці, де вже майже нікого немає, і за нею намагається оцінити, скільки часу ви йшли від дивана в переповненій кімнаті. Усі зупинки, обійми й розмови просто не враховані.
Коли Міталас і Сіллс перерахували довжину кроку з урахуванням реальної зміни густини всередині Сонця, виявилося, що для більш ніж 50 відсотків радіуса зорі вона менша за 0,1 сантиметра. Тобто фотон робить набагато більше, але набагато коротших кроків, ніж вважалося раніше.
Ця, на перший погляд, «дрібна» поправка розтягнула оцінку часу дифузії фотонів не на десятки тисяч, а приблизно до 170 000 років. Виходить, що енергія, яка зараз гріє Землю, могла почати свій шлях ще до будівництва пірамід у Єгипті — а можливо, навіть до початку останнього льодовикового періоду.
Фінішний ривок: від поверхні Сонця до нашого обличчя
Коли енергія нарешті дістається поверхні Сонця, ситуація різко змінюється. Попереду вже немає мільярдів частинок, які блокують шлях. Замість щільної плазми — майже порожній космічний простір.
Далі фотони мчать крізь вакуум, долаючи близько 150 мільйонів кілометрів до Землі за трохи більше ніж 8 хвилин. Порівняно з сотнями тисяч років усередині зорі, цей останній відрізок — як короткий спринт після нескінченно довгого марафону по лабіринту.
Тож наступного разу, коли ви підставите обличчя сонячним променям, можна уявити, що це не просто «сьогоднішнє» світло. Це енергія, яка пробивалася до вас крізь надра зорі протягом часу, співмірного з усією історією людських цивілізацій.
FAQ
Чому ми говоримо про 170 тисяч років, якщо фотони постійно поглинаються й перевипромінюються?
Йдеться не про шлях одного й того ж «індивідуального» фотона, а про час, за який енергія, створена в ядрі, у середньому дістається поверхні. Вона передається від частинки до частинки, але в цілому рухається назовні дуже повільно через безліч взаємодій.
Чи означає це, що ми бачимо «дуже старе» Сонце?
Ми бачимо Сонце таким, яким воно було 8 хвилин тому, бо саме стільки йде світло від його поверхні до нас. Але енергія, яка створює це світло, справді може бути «старою» — вона зародилася в ядрі десятки чи сотні тисяч років тому.
Чому вчені раніше недооцінювали час виходу енергії з Сонця?
Попередні оцінки спиралися на спрощене припущення, що середня довжина кроку фотона майже не змінюється з глибиною. Коли ж у розрахунки додали реальний профіль густини Сонця, виявилося, що у внутрішніх шарах кроки набагато коротші, а отже, і шлях енергії значно довший.
Чи впливає цей довгий шлях енергії на стабільність Сонця?
Так, повільний вихід енергії означає, що Сонце реагує на зміни в ядрі дуже інерційно. Це одна з причин, чому наша зоря така стабільна в масштабах людських життів: будь-які зміни в енергетичному виробництві в ядрі «розмазуються» в часі на сотні тисяч років.
Кожен промінь, що гріє нас сьогодні, — це фінальний акорд подорожі енергії, яка почалася ще до появи більшості людських цивілізацій. Усвідомлення цього перетворює звичайне сонячне світло на нагадування про повільні, але грандіозні процеси, що безперервно тривають у серці нашої зорі.
Світло Сонця гріє нас за 8 хвилин але тікає з Сонця 170 тисяч років з’явилася спочатку на Цікавості.
