Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

أشعة الشّمس أقدم بكثيرٍ ممّا تظن - ستين أودينولد

المترجم: Ahmad Jarbou المدقّق: Muhammad Samir

You may know that it takes light a zippy eight minutes

لعلّك تعلم بأنّ الضّوء يستغرق ثماني دقائق سريعة،

to reach us from the surface of the Sun,

للوصول إلينا من سطح الشّمس،

so how long do you think it takes light

لكن كم من الوقت برأيك يستغرق هذا الضّوء

to travel from the Sun's core to its surface?

لرحلته من باطن الشمّس إلى سطحها؟

A few seconds or a minute at most?

بضع ثوانٍ أو دقيقةٍ على الأكثر؟

Well, oddly enough, the answer is many thousands of years.

حسنًا، على نحو غريبٍ، فإنّ الجواب هو عدة آلافٍ من السّنين.

Here's why.

إليكم السّبب.

Photons are produced by the nuclear reactions deep in the core of our Sun.

يتمّ إنتاج الفوتونات من التّفاعلات النّووية التّي تحدث في أعماق نواة الشّمس.

As the photons flow out of the core, they interact with matter and lose energy,

وعندما تخرج الفوتونات من النّواة، فإنّها تتفاعل مع مادة الشمس وتفقد طاقتها،

becoming longer wavelength forms of light.

لتغدو على شكل موجات ضوئية أكثر طولاً.

They start out as gamma rays in the core,

تكون في البّداية على شكل أشّعة جاما في النّواة،

but end up as x-rays, ultraviolet or visible light as they near the surface.

لكن تنتهي بالقّرب من السطح كأشّعةٍ سينيّة, أشّعةٍ فوق بنفسجية أو ضّوء مرئي

However, that journey is neither simple nor direct.

إلّا أنّ هذه الرّحلة ليست بسيطةً أو مباشرة.

Upon being born, each photon travels at a speed of 300,000 kilometers per second

فبمجرد أن يتمّ إنتاجه، يسافر كلّ فوتون بسرعة 300,000 كيلومتر في الثّانية،

until it collides with a proton and is diverted in another direction,

إلى أن يصطدم مع بروتون ويتغير إتجاهه،

acting like a bullet ricocheting off of every charged particle it strikes.

ليبدو مثل رصاصةٍ ترتد عن كل جسيمٍ مشحونٍ تصدم به.

The question of how far this photon gets from the center of the Sun

إنّ السّؤال حول المسافة التّي يبتعد بها هذا الفوتون عن مركز الشّمس

after each collision

بعد كلّ تصادمٍ،

is known as the random walk problem.

يعرف بمسألة السير العشوائي.

The answer is given by this formula:

إن الإجابة عليها في المعادلة التالية:

distance equals step size times the square root of the number of steps.

المسافة = حجم الخطوة x الجّذر التّربيعي لعدد الخطوات.

So if you were taking a random walk from your front door

فإذا ما سلكت طريقًا عشوائيًّا من باب منزلك

with a one meter stride each second,

بخطوةٍ قدرها مترًا واحدًا كلّ ثانية،

it would take you a million steps and eleven days

فإنّ الأمّر سيستغرق منك مليون خطوة وأحد عشر يومًا،

just to travel one kilometer.

لتقطع مسافة كيلومترًا واحدًا فقط.

So then how long does it take for a photon generated in the center of the sun

إذاً كم من الوقت يستغرق الفوتون الذّي يُنتج في نواة الشّمس،

to reach you?

حتّى يصل إليك؟

We know the mass of the Sun

نحن نعرف كتلة الشّمس،

and can use that to calculate the number of protons within it.

ويمكن إستخدام ذلك لحساب عدد البروتونات التّي بداخلها.

Let's assume for a second that all the Sun's protons are evenly spread out,

فلنفترض لوهلة أنّ كلّ البروتونات تنتشر بالتّساوي داخل الشّمس،

making the average distance between them about 1.0 x 10^-10 meters.

وهذا يجعل متوسط المسافة بينها حوالي 1.0*10^-10 متر.

To random walk the 690,000 kilometers from the core to the solar surface

ولكي تمشي عشوائيًا مسافة 690،000 كيلومتر من نواة الشّمس إلى سطحها،

would then require 3.9 x 10^37 steps,

فهذا يتطلّب 3.9 * 10^37 خطوة،

giving a total travel time of 400 billion years.

أيّ أنّ إجماليّ الوقت المستغرق هو 400 مليار سنة.

Hmm, that can't be right.

حسنًا، لا يمكن أن يكون هذا صحيحًا.

The Sun is only 4.6 billion years old, so what went wrong?

فعمر الشّمس لا يزيد عن 4.6 مليار سنة فقط، فأين الخطأ إذًا ؟

Two things:

الخطأ على شقين:

The Sun isn't actually of uniform density

إنّ الشّمس في الواقع لا تتمتّع بكثافةٍ موحدةٍ،

and photons will miss quite a few protons between every collision.

كما أنّ الفوتونات ستتجنب عددًا من البروتونات بين كلّ اصطدام.

In actuality, a photon's energy,

في الحقيقة، إنّ طاقة الفوتون،

which changes over the course of its journey,

والتي تتغير على مدى مسار رحلتها،

determines how likely it is to interact with a proton.

فهي تحدد إحتمالاتها في التّفاعل مع البروتون.

On the density question,

أما فيما يتعلّق بمسألة الكثافة،

our models show that the Sun has a hot core,

تظهر نماذجنا أنّ الشّمس تتمتّع بنواةٍ ملتهبةٍ،

where the fusion reactions occur.

حيث تحدث فيها تفاعلات الإنصهار.

Surrounding that is the radiative zone,

وتحيط بها المنطقة الإشعاعيّة،

followed by the convective zone, which extends all the way to the surface.

تليها منطقة الحمل الحراري، والتّي تمتدّ كلّ الطّريق إلى السّطح.

The material in the core is much denser than lead,

إنّ الموادّ الموجودة في النّواة أكثر كثافةً من الرّصاص،

while the hot plasma near the surface is a million times less dense

في حين أنّ البلازما الملتهبة والموجودة بالقرب من السّطح اٌقلّ كثافةً بمليون مرّةٍ

with a continuum of densities in between.

بالإضافة إلى سلسلةٍ متصلةٍ من الكثافات فيما بينهما.

And here's the photon-energy relationship.

وإليك علاقة الفوتون بالطّاقة.

For a photon that carries a small amount of energy,

بالنسبة للفوتون والذي يحمل كميّةً صغيرةً من الطّاقة،

a proton is effectively huge,

فإنّ البروتون ضخمٌ بما يكفي،

and it's much more likely to cause the photon to ricochet.

وعلي الأرجح سيسبب إرتداد الفوتون.

And for a high-energy photon, the opposite is true.

ويتحقق للفوتون ذو الطّاقة العالية عكس ما سبق.

Protons are effectively tiny.

البروتونات ضئيلةٌ بشكلٍ كبير.

Photons start off at very high energies

كما أنّ الفوتونات تبدأ بطاقةٍ كبيرةٍ جدًا،

compared to when they're finally radiated from the Sun's surface.

مقارنةً بما هي عليه عندما تطلق نهائيًّا من سطح الشّمس.

Now when we use a computer and a sophisticated solar interior model

الآن عند إستخدام الكمبيوتر ونموذجٍ متطورٍ لباطن الشّمس،

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

لحساب معادلة السّير العشوائيّ مع كلّ تلك الكميّات المتغيّرة،

it spits out the following number: 170,000 years.

نحصل على الرقم التّالي: 170000 سنة.

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

الإكتشافات المستقبليّة عن الشّمس قد تزيد من دقّة هذا الرّقم،

but for now, to the best of our understanding,

ولكن في الوقت الرّاهن، فإنّ أفضل ما توصَّل إليه فهمنا،

the light that's hitting your eyes today

هو أنّ الضّوء الذي تراه عيناك اليوم،

spent 170,000 years pinballing its way towards the Sun's surface,

قد أمضى 170،000 سنةً ليجد طريقه نحو سطح الشّمس،

plus eight miniscule minutes in space.

بالإضافة إلى الدّقائق الثّماني الضئيلة في الفضاء.

In other words, that photon began its journey two ice ages ago,

بعبارةٍ أخرى، يمكن القول بأنّ الفوتون بدأ رحلته قبل مدةٍ تساوي عصرين جليدين،

around the same time when humans first started wearing clothes.

أي في الوقت نفسّه الذي بدأ فيه البشر بارتداء الملابس لأوّل مرةٍ.