Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

햇빛은 당신의 생각보다 나이가 많습니다 - 스텐 오덴왈드

번역: Won Jang 검토: Jihyeon J. Kim

You may know that it takes light a zippy eight minutes

당신은 빛이 태양의 표면으로부터 우리에게 도달하는 데에

to reach us from the surface of the Sun,

단 8분이라는 시간이 걸린다는 것을 알고 있을 것 입니다.

so how long do you think it takes light

그럼 빛이 태양의 중심에서 표면까지 여행하는 데에는

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

얼마나 걸린다고 생각하시나요?

A few seconds or a minute at most?

기껏해야 몇초 또는 몇분?

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

정말 이상하게도, 답은 수천년입니다.

Here's why.

이유는 이렇습니다.

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

광자는 태양의 핵의 깊은 곳에서 핵반응으로 생성됩니다.

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

광자들은 핵에서부터 퍼져나오면서 물질과 상호작용하고 에너지를 잃으며

becoming longer wavelength forms of light.

파장이 더 긴 빛으로 바뀌게 됩니다.

They start out as gamma rays in the core,

핵에서는 감마선으로 시작되었지만

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

표면에 도달해서는 엑스선, 자외선 또는 가시광선으로 바뀌는 것이지요.

However, that journey is neither simple nor direct.

그런데 이 여정은 단순하지도 직행으로 벌어지지도 않습니다.

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

생성된 직후의 광자는 초당 30십만 킬로미터의 속도로 이동하고

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

그러다가 양성자와 부딪히게 되면 진행방향을 바꾸게 됩니다.

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

마치 입자에 부딪힌 후 다른 곳으로 튕겨나가는 총알처럼 움직이지요.

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

광자가 각각의 충돌 이후에 핵으로부터 얼마나 이동하는지에 대한 문제는

after each collision

is known as the random walk problem.

일종의 무작위적인 문제라고 할 수 있습니다.

The answer is given by this formula:

다음과 같은 공식을 통해서 이 문제의 답을 구할 수 있습니다.

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

그 계산식은 거리는 스텝의 크기 곱하기 스텝 수의 제곱근입니다.

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

예를 들면 당신이 초당 1미터 걸음으로 당신의 집에서부터 무작위로 걷는다면

with a one meter stride each second,

it would take you a million steps and eleven days

단지 1킬로미터를 여행하기 위해서 백만 걸음, 총 11일이 걸리게 되는 것이지요.

just to travel one kilometer.

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

그러면 태양의 핵에서 생산된 광자가 당신에게 가는데에는 얼마나 걸릴까요?

to reach you?

We know the mass of the Sun

우리는 이미 태양의 질량을 알고있으니

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

이를 이용해 태양속에 존재하는 양성자의 수를 계산 할 수 있습니다.

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

일단 태양내의 모든 양성자가 균등하게 퍼져있다고 가정해 봅시다.

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

그렇다면 각 양성자사이의 거리는 1.0x10^-10 미터가 되겠군요.

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

그렇다면 핵으로부터 표면까지의 거리인 6십9만 킬로미터의 무작위 움직임은

would then require 3.9 x 10^37 steps,

3.9x10^37스텝이 될 것이고

giving a total travel time of 400 billion years.

시간상으로는 4천억년이라는 계산이 나오네요.

Hmm, that can't be right.

흠 그럴리는 없겠지요.

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

태양의 나이는 46억년 밖에 안됩니다. 그럼 무엇이 잘못되었을까요?

Two things:

이 계산에는 두 가지 문제가 있습니다.

The Sun isn't actually of uniform density

먼저 사실 태양의 밀도는 균일하지도 않다는 문제와

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

광자들이 모든 양성자와 충돌하는 것이 아니라는 것이지요.

In actuality, a photon's energy,

실제로 광자가 가진 에너지는 이동 중에 계속 변화하며

which changes over the course of its journey,

이는 광자가 얼마나 많은 양성자들과 충돌할지에 영향을 줍니다.

determines how likely it is to interact with a proton.

On the density question,

밀도 문제를 살펴보자면

our models show that the Sun has a hot core,

우리가 알고있는 태양은 그 중심에 핵이 존재하고 있으며

where the fusion reactions occur.

바로 이곳에서 융합반응이 일어납니다.

Surrounding that is the radiative zone,

그 주위를 복사층이 둘러 싸고 있으며

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

그 이후부터 표면까지는 대류층이 존재하고 있습니다.

The material in the core is much denser than lead,

핵을 구성하고 있는 물질은 납보다 훨씬 밀도가 높은 반면에

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

핵에서부터 표면으로 갈 수록 밀도는 몇백만배까지 낮아지게 됩니다.

with a continuum of densities in between.

And here's the photon-energy relationship.

광자의 에너지량에 대한 문제도 한 번 살펴봅시다.

For a photon that carries a small amount of energy,

적은 에너지를 지닌 광자에 비해 양성자는 상당히 큰편이고

a proton is effectively huge,

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

이 때문에 광자가 양성자에 부딪혀 튕겨나올 확률이 더 커지고

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

큰 에너지를 지닌 광자의 경우에는 비교적 양자의 크기가 작게 되고

Protons are effectively tiny.

그때는 광자가 튕길 확률이 줄어 듭니다.

Photons start off at very high energies

핵에서 출발 할 때의 광자는 최종적으로 표면에 도달한 광자에 비해

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

에너지량이 매우 높습니다.

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

이제 우리는 컴퓨터를 이용하여 매우 정교한 태양의 내부모형에

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

이런 다양한 변수들을 대입하여 랜덤워크방정식을 계산 할 수 있습니다.

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

그 결과 17만년이라는 값이 나왔지요.

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

앞으로 나올 더 많은 발견들이 이 수치를 또 바꾸어 놓을지 모르지만

but for now, to the best of our understanding,

현재로서 우리가 알 수 있는 것은

the light that's hitting your eyes today

오늘날 당신의 눈에 비치는 빛은

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

태양 표면까지 나오는 데에만 17만년이 걸렸다는 것과

plus eight miniscule minutes in space.

나머지 우주에서는 고작 8분만이 걸렸다는 사실 입니다.

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

그러니까 그 빛은 두 빙하기 전인 인간이 처음 옷을 입었을 때 즈음

around the same time when humans first started wearing clothes.

여행을 시작했다고 할 수 있겠네요.