Le soleil est une boule d'hydrogène si grosse que la pression gravitationnelle au centre enlève les électrons des atomes d'hydrogène et pousse les protons si étroitement ensemble qu'ils collent les uns aux autres. Le "collage" crée finalement de l'hélium et libère également de l'énergie sous la forme de photons gamma. Ces photons se frayent un chemin à travers les particules dans le soleil, perdant de l'énergie le long du chemin et se frayant un chemin hors du soleil sous forme de rayons X, d'infrarouges et de lumière visible. Le chemin du centre à l'émergence du soleil prend de nombreuses étapes et de nombreuses années.
Rayons gamma
La création de l'hélium à partir de l'hydrogène au cœur du soleil est un processus en trois étapes qui libère directement un rayon gamma et en libère indirectement un autre. Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques, tout comme les micro-ondes, la radio et les ondes lumineuses, ce qui signifie qu'ils voyagent à la vitesse de la lumière: 300 000 kilomètres par seconde (186 000 miles par seconde). Le soleil a un rayon d'environ 700 000 kilomètres (435 000 miles). Vous pouvez donc raisonnablement vous attendre à ce qu'un rayon gamma sorte du soleil environ 2,3 secondes après sa création. Mais cela n'arrive pas.
Collisions
Au cœur du soleil, les protons et les noyaux d'hélium sont si épais qu'un rayon gamma émis ne peut pas aller très loin avant d'être absorbé. Si vous imaginez qu'un rayon gamma est émis au centre du soleil, il commencera à se diriger vers la surface. Quand il se bloque dans un proton, le résultat de la collision est un proton avec une énergie supplémentaire. Le proton abandonne cette énergie supplémentaire en émettant un autre photon gamma. Mais celui-ci pourrait aller dans n'importe quelle direction - même à l'endroit d'où il est parti. Et ça va, avec le rayon gamma allant d'une collision à l'autre, changeant de direction à chaque fois qu'il est absorbé et réémis.
Random Walk
Imaginez qu'il y ait un mec tellement ivre qu'il doit tenir à un poste de lumière pour se lever. Il veut se rendre au prochain lampadaire, à 10 pas, mais il est tellement saoul qu'il ne peut pas marcher en ligne droite. Heck, il est tellement ivre que, après avoir fait un pas, sa prochaine étape pourrait être dans une autre direction. C'est ce que les physiciens et les mathématiciens appellent une «marche de l'ivrogne» ou un «hasard aléatoire». La question est la suivante: combien de temps cela prendra-t-il pour passer d'un lampadaire à l'autre? La réponse est que si son point de départ et son point final sont séparés par 10 pas, il lui faudra - en moyenne - 100 pas pour y arriver - soit 10 carrés. C'est la même situation qu'un rayon gamma fait face au cœur du soleil.
Hypothèses
Quand vous essayez de résoudre un problème de marche aléatoire, la chose la plus importante que vous devez savoir est quelle est la taille des marches. Il y a deux problèmes à comprendre pour un photon gamma au soleil. Tout d'abord, les conditions ne sont pas les mêmes tout au long du soleil, de sorte que la distance entre les «rayons» des rayons gamma avec d'autres particules change. Deuxièmement, personne n'a jamais visité le centre du soleil, donc certaines hypothèses doivent être faites, de toute façon. Il y a toutes sortes d'hypothèses raisonnables, variant d'un dixième de millimètre à environ un centimètre. Le choix de cette distance a un grand impact sur le calcul du temps.
Combien de temps cela prend-il?
Le rayon du soleil est de 700 000 kilomètres, ce qui représente 7 000 milliards de pas si chaque étape est un dixième de millimètre, et 70 milliards de pas si chaque pas est de 1 centimètre. D'après le problème de l'ivrogne, vous savez que le nombre moyen d'étapes nécessaires pour obtenir une certaine distance est égal au carré du nombre de pas nécessaires pour aller en ligne droite. Il faudrait donc 49 trillions de trillions de pas de 0,1 millimètre et 490 milliards de milliards de pas de 1 centimètre chacun. Le temps nécessaire pour parcourir ces étapes est la distance totale divisée par la vitesse de la lumière. Donc, si vous pensez que les photons ne parcourent que 0,1 millimètre entre les accidents, il faudra plus d'un demi-million d'années pour que le photon s'échappe du soleil. Si vous pensez que c'est environ un centimètre, il faudra environ 5000 ans pour que le photon sorte du soleil.
