Le soleil est une boule d'hydrogène si grande que la pression gravitationnelle au centre dépouille 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 forme de photons gamma. Ces photons se frayent un chemin à travers les particules du soleil, perdent un peu d'énergie en cours de route et finissent par sortir du soleil sous forme de rayons X, infrarouges et lumière visible. Le chemin du centre vers l'émergence du soleil prend de nombreuses étapes et de nombreuses années.
Rayons gamma
La création d'hélium à partir d'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 un rayonnement électromagnétique, tout comme les micro-ondes, la radio et les ondes lumineuses, ce qui signifie qu'ils se déplacent à la vitesse de la lumière: 300 000 kilomètres par seconde (186 000 milles par seconde). Le soleil a un rayon d'environ 700 000 kilomètres (435 000 milles). Vous pouvez donc raisonnablement vous attendre à ce qu'un rayon gamma sorte du soleil environ 2,3 secondes après sa création. Mais cela ne se produit 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 juste au centre du soleil, alors il commencera à se diriger vers la surface. Quand il s'écrase sur 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 de rayons gamma. Mais celui-ci pouvait se diriger dans toutes les directions - même de retour d'où il était parti. Et il en va ainsi, avec le rayon gamma se dirigeant d'une collision à une autre, changeant de direction à chaque fois qu'il est absorbé et réémis.
The Random Walk
Imaginez qu'il y a un gars si ivre qu'il a besoin de s'accrocher à un lampadaire pour se lever. Il veut se rendre au prochain lampadaire, à seulement 10 pas, mais il est tellement ivre qu'il ne peut pas marcher en ligne droite. Heck, il est tellement ivre qu'après avoir fait un pas, son prochain pas pourrait être dans une autre direction. C'est ce que les physiciens et les mathématiciens appellent un problème de «marche de l'ivrogne» ou de «marche aléatoire». La question est, combien de temps cela prendra-t-il à ce type pour passer d'un lampadaire au suivant? La réponse est que si son point de départ et son point d'arrivée sont séparés par 10 étapes, il lui faudra - en moyenne - 100 étapes pour y arriver - c'est 10 carrés. C'est la même situation qu'un rayon gamma fait face au cœur du soleil.
Hypothèses
Lorsque vous essayez de résoudre un problème de marche aléatoire, la chose la plus importante que vous devez savoir est la taille du les étapes sont. Il y a deux problèmes à déterminer cela pour un photon de rayons gamma au soleil. Premièrement, les conditions ne sont pas les mêmes tout au long du soleil, de sorte que la distance entre les rayons gamma "s'écrase" avec les autres particules change. Deuxièmement, personne n'a jamais visité le centre du soleil, donc certaines hypothèses doivent être faites, de toute façon. Il existe toutes sortes d'hypothèses raisonnables, variant d'un dixième de millimètre à environ un centimètre. Le choix de cette distance a un impact important sur le calcul du temps.
Combien de temps cela prend
Le rayon du soleil est de 700 000 kilomètres, soit 7 billions de "pas" si chaque pas est un dixième de un millimètre et 70 milliards de pas si chaque pas fait 1 centimètre. Du problème de la marche de l'ivrogne, vous savez que le nombre moyen de pas qu'il faut pour obtenir une certaine distance est égal au carré du nombre de pas qu'il faudrait pour aller en ligne droite. Il faudrait donc 49 trillions de trillions de pas de 0,1 millimètre et 490 milliards de trillions de pas de 1 centimètre chacun. Le temps qu'il faut 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 collisions, il faudra plus d'un demi-million d'années pour que le photon s'échappe du soleil. Si vous pensez qu'il fait environ un centimètre, alors il faudra environ 5 000 ans pour que le photon sorte du soleil.
