Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

Translator: Simin Kazemi Reviewer: Masoud Motamedifar

You may know that it takes light a zippy eight minutes

شاید بدانید که نور با سرعتی سرسام‌آور، هشت دقیقه‌ای

to reach us from the surface of the Sun,

از سطح خورشید به ما می‌رسد،

so how long do you think it takes light

پس به نظرتان چقدر طول می‌کشد تا نور

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

خودش را از هسته‌ی خورشید به سطح آن برساند؟

A few seconds or a minute at most?

چند ثانیه یا حداکثر یک دقیقه؟

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

راستش، عجیب است اما پاسخ درست، هزاران سال است.

Here's why.

دلیلش را در ادامه می‌گویم.

فوتون‌ها از واکنش‌های هسته‌ایِ در اعماق هسته‌ی خورشیدِ ما شکل گرفته‌اند.

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

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

فوتون‌ها که از هسته خارج می‌شوند، با ماده برهم‌کنش دارند و انرژی از دست می‌دهند

becoming longer wavelength forms of light.

و به نوری با طول موج بالاتر تبدیل می‌شوند.

They start out as gamma rays in the core,

در هسته به‌عنوان پرتوهای گاما کارشان را شروع می‌کنند،

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

اما با نزدیک‌شدن به سطح، به شکلِ پرتوهای ایکس، فرابنفش یا نور مرئی در می‌آیند.

However, that journey is neither simple nor direct.

با این حال، این سفر نه ساده است و نه مستقیم.

به محض تولد،

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

هر فوتون با سرعتِ ۳۰۰هزار کیلومتر در ثانیه راهی می‌شود،

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

تا این که با یک پروتون برخورد کرده و به سمتی دیگر منحرف شود،

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

شبیه گلوله‌ای که با هر ذره‌ی بارداری که برخورد می‌کند، کمانه می‌کند.

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

این پرسش که این فوتون، بعد از هر برخورد، چقدر می‌تواند از مرکز خورشید دورتر برود،

after each collision

با عنوان مسئله‌ی گام تصادفی شناخته می‌شود.

is known as the random walk problem.

The answer is given by this formula:

پاسخ از این فرمول به دست می‌آید:

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

فاصله مساوی است با اندازه‌ی گام ضرب در جذر تعداد گام‌ها

پس اگر از جلوی در خانه‌تان شروع به گام‌برداشتنِ تصادفی کنید،

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

with a one meter stride each second,

و در هر ثانیه یک گام به طول یک متر بردارید،

it would take you a million steps and eleven days

یک میلیون قدم و یازده روز طول خواهد کشید

just to travel one kilometer.

تا بتوانید فقط یک کیلومتر را طی کنید.

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

پس در نتیجه، چقدر طول می‌کشد که فوتونی که در مرکز خورشید شکل گرفته است،

to reach you?

به شما برسد؟

جرم خورشید را می‌‎دانیم

We know the mass of the Sun

و می‌توانیم از آن استفاده کنیم تا تعداد پروتون‌های درونش را محاسبه کنیم.

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

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

بیایید یک لحظه تصور کنیم تمام پروتون‌های خورشید به‌طور یکنواخت پخش شده‌اند،

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

که یعنی میانگین فاصله‌ی بین آن‌ها حدود یک ضربدر ۱۰ به توان منفیِ ۱۰ متر می‌شود.

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

پس طی مسیر ۶۹۰هزار کیلومتری از هسته به سطح خورشید، با گام تصادفی

would then require 3.9 x 10^37 steps,

به ۳.۹ ضربدر ۱۰ به توان ۳۷ قدم نیاز است،

giving a total travel time of 400 billion years.

که زمان کلِ طی این مسیر می‌شود ۴۰۰ میلیارد سال.

Hmm, that can't be right.

هوم، نمی‌تواند درست باشد.

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

خورشید فقط ۴.۶ میلیارد سال سن دارد، پس کجای کار اشتباه شد؟

Two things:

دو جا اشتباه کردیم:

خورشید، در واقع، چگالی یکنواختی ندارد

The Sun isn't actually of uniform density

و فوتون‌ها چندتایی پروتون را بین هر دو برخورد جا می‌گذارند.

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

In actuality, a photon's energy,

در حقیقت، انرژی یک فوتون

که در طی مسیرش تغییر می‌کند،

which changes over the course of its journey,

determines how likely it is to interact with a proton.

تعیین می‌کند که چقدر احتمال دارد با یک پروتون برهم‌کنش داشته باشد.

On the density question,

درباره‌ی موضوع چگالی،

our models show that the Sun has a hot core,

مدل‌های ما نشان می‌دهند که خورشید هسته‌ی داغی دارد

where the fusion reactions occur.

که در آن واکنش‌های هم‌جوشی رخ می‌دهند.

در اطراف آن، ناحیه‌ی تابشی است

Surrounding that is the radiative zone,

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

و بعد از آن ناحیه‌ی همرفتی است که تا سطح خورشید ادامه می‌یابد.

The material in the core is much denser than lead,

چگالی ماده‌ی درون هسته از سرب بسیار بیشتر است،

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

در حالی که پلاسمای داغِ نزدیکِ سطح میلیون‌ها بار چگالی کمتری دارد

with a continuum of densities in between.

و بین این دو، سطوحی با چگالی‌های مختلف قرار دارند.

And here's the photon-energy relationship.

و رابطه‌ی انرژی-فوتون هم این‌گونه است:

For a photon that carries a small amount of energy,

برای این که یک فوتون که حاملِ میزان کمی از انرژی است،

a proton is effectively huge,

یک پروتون عملاً عظیم حساب می‌شود،

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

و بیشتر احتمال دارد که آن پروتون باعث شود فوتون کمانه کند.

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

و برای فوتونی با انرژی بالا، عکس این حالت صدق می‌کند.

Protons are effectively tiny.

یعنی پروتون‌ها عملاً ریز حساب می‌شوند.

Photons start off at very high energies

فوتون‌ها با انرژی‌های بسیار بالا کارشان را شروع می‌کنند

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

در مقایسه با وقتی که در نهایت از سطح خورشید ساطع می‌شوند.

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

حالا وقتی ما از کامپیوتر و مدلی پیچیده از درون خورشید استفاده می‌کنیم

تا معادله‌ی گام تصادفی را با این مقدارهای جدید محاسبه کنیم،

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

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

این عدد را نشان می‌دهد: ۱۷۰هزار سال.

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

اکتشافات آینده درباره‌ی خورشید ممکن است این عدد را از این هم بیشتر اصلاح کنند،

but for now, to the best of our understanding,

اما فعلاً، تا آنجا که درک ما قد می‌دهد،

the light that's hitting your eyes today

نوری که امروز به چشم شما می‌رسد،

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

حدود ۱۷۰هزار سال مثل گلوله‌ای از این سو به آن سو کمانه کرده تا به سطح خورشید برسد

plus eight miniscule minutes in space.

به علاوه‌ی هشت دقیقه‌ی ناچیز که در فضا و جوّ زمین گذرانده است.

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

به بیانی دیگر، آن فوتون سفرش را دو عصر یخبندان قبل‌تر از الان آغاز کرده

around the same time when humans first started wearing clothes.

یعنی حدوداً همان زمانی که بشر برای اولین بار لباس به تن کرد.