Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

地球に届く太陽光が信じられない程古いその訳 — ステン・オデンワルド

翻訳: Rika Yamaguchi 校正: Reiko Ogura

You may know that it takes light a zippy eight minutes

光が太陽の表面から地球に降り注ぐまで

to reach us from the surface of the Sun,

８分しか掛からないのは ご存知でしょうか？

so how long do you think it takes light

では太陽の中心から太陽の表面に

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

光が届く時間はどれくらいでしょうか？

A few seconds or a minute at most?

最大でも数秒 もしくは数分程度でしょうか？

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

それが不思議なことに 十数万年もかかるのです

Here's why.

理由を説明しましょう

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

太陽の中心では核融合により 光子が作られます

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

光子が太陽の中心から広がり 物質と融合し エネルギーを失います

becoming longer wavelength forms of light.

そして光の波長が長くなります

They start out as gamma rays in the core,

核でガンマ線を放出しますが―

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

光球に近づくにつれてX 線 紫外線 または可視光線に変化します

However, that journey is neither simple nor direct.

ですが その過程は複雑です

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

光子が発生すると 秒速30万キロで移動します

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

それも陽子と衝突するまでで 衝突すると進行方向を変え

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

粒子にぶつかっていく様は 飛び交う弾丸のようです

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

光子が衝突しながら移動し

after each collision

光球に届くまでの距離は

is known as the random walk problem.

ランダムウォーク問題として 知られています

The answer is given by this formula:

その距離を算出する公式は

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

距離＝歩幅×歩数の平方根で

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

もし１秒に１メートルの歩幅で

with a one meter stride each second,

このようにジグザグに歩いたなら

it would take you a million steps and eleven days

11日かけ百万歩も歩いて その進んだ直線距離は

just to travel one kilometer.

たったの１キロだという事になります

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

では太陽の中心で発生した 光子が地球に届くまでは

to reach you?

どれくらいでしょう？

We know the mass of the Sun

太陽の質量はお分かりですよね？

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

それを使って太陽内に存在する 陽子の数を計算できます

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

ここでは陽子が均等に 広がっていることにします

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

陽子間の平均距離は 10の－10乗m

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

中心から表面までの69万キロを ジグザグ歩いた場合ー

would then require 3.9 x 10^37 steps,

10の37乗の3.9倍が歩数となり

giving a total travel time of 400 billion years.

移動時間にして4千億年になります

Hmm, that can't be right.

うーん なにか間違ってますね

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

太陽はまだ46億才ですから 何がおかしかったのでしょう？

Two things:

問題は２つ

The Sun isn't actually of uniform density

１つ目は太陽の密度が実は均一でないこと

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

２つ目は陽子の多くは 光子と衝突しないことです

In actuality, a photon's energy,

実際 絶えず方向転換する―

which changes over the course of its journey,

光子のエネルギーで

determines how likely it is to interact with a proton.

陽子と接触したかどうかが分かります

On the density question,

次に密度に関してです

our models show that the Sun has a hot core,

この図にあるように 太陽には高温の核があり

where the fusion reactions occur.

ここで核融合が 起こっています

Surrounding that is the radiative zone,

その周りには放射層があり

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

さらに光球まで広がる 対流層で囲まれています

The material in the core is much denser than lead,

核の物質は外側の層より高密度である一方

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

光球付近の高温プラズマの 密度は数百万倍も低いのです

with a continuum of densities in between.

内側から外側に向けて密度が低くなります

And here's the photon-energy relationship.

次に光子エネルギーに関してです

For a photon that carries a small amount of energy,

低エネルギーを運ぶ光子にとって

a proton is effectively huge,

陽子は凄まじく大きく

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

光子は弾き飛ばされる傾向があります

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

逆に 高エネルギーを運ぶ光子にとって

Protons are effectively tiny.

陽子はとても小さいのです

Photons start off at very high energies

生まれたばかりの光子のエネルギーは

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

太陽の表面から発せられる時と比べると とてつも大きなものです

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

さて コンピューターや 最新の太陽内部データを使い

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

これら変数を考慮に入れて 先程の式で計算すると

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

光子が太陽から放出されるまでに 17万年かかるという結果が出ました

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

今後の調査で さらに正確な数字が出るでしょうが

but for now, to the best of our understanding,

現時点での研究で言えることは

the light that's hitting your eyes today

太陽の光が地球に届くまで

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

まず 太陽の中心から表面まで 17万年を要し

plus eight miniscule minutes in space.

そこから ほんの８分の宇宙の旅を して来るということです

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

つまり光子が乱歩を始めたのは 第４氷河期のころ

around the same time when humans first started wearing clothes.

人類が衣服をまとい始めた時代なのです