Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

Солнечный свет старше, чем вы думаете — Стен Оденвальд

Переводчик: Natalya Samsonova Редактор: Анастасия Подорожная

You may know that it takes light a zippy eight minutes

Вероятно, вы знаете, что солнечному лучу требуется всего каких-то 8 минут,

to reach us from the surface of the Sun,

чтобы долететь от поверхности Солнца до нас.

so how long do you think it takes light

А как вы думаете, как долго длится

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

путешествие этого луча от ядра Солнца к солнечной поверхности?

A few seconds or a minute at most?

Несколько секунд или не больше минуты?

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

Как ни странно, но ответ — тысячи лет.

Here's why.

И вот почему.

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

Фотоны возникают в результате ядерных реакций глубоко в ядре Солнца.

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

Как только фотоны покидают ядро, они, взаимодействуя с материей, теряют энергию

becoming longer wavelength forms of light.

и становятся более длинными волнами света.

They start out as gamma rays in the core,

В начале пути, в ядре, — это гамма-излучение,

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

затем оно становится рентгеновским, ультрафиолетовым или видимым излучением.

However, that journey is neither simple nor direct.

Однако это путешествие не назовёшь ни простым, ни прямолинейным.

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

С момента рождения каждый фотон движется со скоростью 300 000 километров в секунду

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

пока не столкнётся с протоном, тем самым меняя направление движения,

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

подобно пуле, отскакивая от каждой заряженной частицы при ударе.

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

Вопрос о том, как далеко этот фотон уходит от центра Солнца

after each collision

после каждого столкновения,

is known as the random walk problem.

известен нам как проблема «случайных блужданий».

The answer is given by this formula:

Ответ на этот вопрос заключён в формуле:

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

расстояние равно размеру шага, умноженному на квадратный корень из числа шагов.

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

Так, если бы вы начали «случайно блуждать» от вашей входной двери

with a one meter stride each second,

с шагом один метр в секунду,

it would take you a million steps and eleven days

вам бы понадобился миллион шагов и одиннадцать дней

just to travel one kilometer.

только лишь для того, чтобы пройти один километр.

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

Так сколько же времени нужно фотону, рождённому в центре Солнца,

to reach you?

чтобы добраться до вас?

We know the mass of the Sun

Мы знаем массу Солнца

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

и можем использовать её для подсчёта количества протонов внутри него.

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

Давайте предположим на секунду, что все протоны Солнца равномерно распределены,

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

с расстоянием между ними в среднем 1.0 x 10^-10 метров.

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

Для случайного блуждания на 690 000 км от ядра к солнечной поверхности

would then require 3.9 x 10^37 steps,

может потребоваться 3.9 x 10^37 шагов,

giving a total travel time of 400 billion years.

что соответствует путешествию в 400 миллиардов лет.

Hmm, that can't be right.

Хм, но этого не может быть.

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

Солнцу только 4,6 миллиарда лет. Значит, что-то пошло не так?

Two things:

Два момента.

The Sun isn't actually of uniform density

Солнце имеет неоднородную плотность,

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

и фотоны проходят мимо многих протонов между столкновениями.

In actuality, a photon's energy,

В действительности, энергия фотона,

which changes over the course of its journey,

которая меняется на протяжении пути,

determines how likely it is to interact with a proton.

определяет, насколько вероятно его взаимодействие с протоном.

On the density question,

К вопросу о плотности.

our models show that the Sun has a hot core,

Наши модели показывают, что Солнце имеет горячее ядро,

where the fusion reactions occur.

в котором происходят термоядерные реакции.

Surrounding that is the radiative zone,

Ядро окружено зоной лучистого переноса,

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

затем вплоть до поверхности Cолнца следует конвективная зона.

The material in the core is much denser than lead,

Вещество в ядре намного плотнее, чем свинец,

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

тогда как горячая плазма у поверхности в миллионы раз менее плотная,

with a continuum of densities in between.

а между ними — плотность разной степени.

And here's the photon-energy relationship.

Теперь про отношения между фотоном и энергией.

For a photon that carries a small amount of energy,

Для фотона, который заряжен небольшим количеством энергии,

a proton is effectively huge,

протон действительно огромен,

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

и эта разница, вероятно, является причиной отскакивания фотонов.

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

А для фотонов высокой энергии верно обратное.

Protons are effectively tiny.

Протоны невероятно малы.

Photons start off at very high energies

Фотоны стартуют с очень высокой энергией, по сравнению с тем,

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

что у них остаётся, когда они наконец испускаются с поверхности Солнца.

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

Сегодня, когда мы используем компьютер и более точную модель строения Солнца,

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

подсчёт случайного блуждания с этими изменяющимися величинами

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

даёт нам результат — 170 000 лет.

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

Новые исследования Солнца, возможно, дадут нам более точное число,

but for now, to the best of our understanding,

но сейчас нам известно следующее:

the light that's hitting your eyes today

солнечный свет, слепящий нам глаза сегодня,

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

потратил 170 000 лет на игру в пинбол по дороге к поверхности Солнца,

plus eight miniscule minutes in space.

а затем провёл 8 мимолётных минут в космосе.

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

Другими словами, фотоны начали своё путешествие два ледниковых периода назад,

around the same time when humans first started wearing clothes.

почти в то же самое время, когда люди впервые надели на себя одежду.