Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

Ánh sáng mặt trời già hơn bạn nghĩ - Sten Odenwald

Translator: Trang-Nha Nguyen

You may know that it takes light a zippy eight minutes

Có thể bạn đã biết ánh sáng chỉ mất tám phút

to reach us from the surface of the Sun,

để đến với chúng ta từ bề mặt Mặt Trời,

so how long do you think it takes light

nhưng bạn nghĩ sẽ mất bao lâu

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

để ánh sáng từ lõi Mặt Trời tới được bề mặt của nó?

A few seconds or a minute at most?

Chỉ vài giây hay cùng lắm là một phút?

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

Thật ra, câu trả lời là hàng ngàn năm.

Here's why.

Vì sao ư?

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

Photon được tạo ra bởi các phản ứng hạt nhân trong lõi Mặt Trời.

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

Ra khỏi lõi, chúng phản ứng với vật chất và mất dần năng lượng,

becoming longer wavelength forms of light.

trở thành dạng sóng ánh sáng bước dài.

They start out as gamma rays in the core,

Ban đầu là tia gamma trong lõi, nhưng khi tới gần bề mặt,

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

chúng trở thành tia X, tia cực tím, hoặc ánh sáng thường.

However, that journey is neither simple nor direct.

Tuy nhiên, hành trình ấy không hề đơn giản.

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

Khi được sinh ra, mỗi photon di chuyển với tốc độ 300,000 km/s

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

tới khi nó va chạm với một hạt khác và bị chuyển hướng,

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

giống như một viên đạn nẩy lại khi chạm phải bất cứ hạt nào.

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

Vấn đề photon này đi được bao xa tính từ lõi Mặt Trời

after each collision

sau mỗi lần va chạm

is known as the random walk problem.

được gọi là vấn đề du động ngẫu nhiên.

The answer is given by this formula:

Câu trả lời được đưa ra nhờ công thức sau:

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

khoảng cách bằng độ dài bước sóng nhân căn bậc hai của số bước sóng.

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

Vậy nếu bạn bước đi ngẫu nhiên từ cửa nhà bạn

with a one meter stride each second,

với tốc độ 1m/bước/giây,

it would take you a million steps and eleven days

bạn sẽ mất 1,000,000 bước và 11 ngày

just to travel one kilometer.

chỉ để đi bộ 1km.

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

Vậy một hạt photon sinh ra ở lõi Mặt Trời sẽ mất bao lâu

to reach you?

để đến được chỗ bạn?

We know the mass of the Sun

Biết khối lượng của Mặt Trời,

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

ta có thể dùng nó để tính số lượng proton bên trong.

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

Giả sử các hạt proton trong Mặt Trời được phân bố đồng đều,

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

khoảng cách trung bình giữa chúng sẽ là 1x10^-10 m.

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

Để du động ngẫu nhiên 690,000 km từ lõi tới bề mặt Mặt Trời

would then require 3.9 x 10^37 steps,

cần 3.9 x 10^37 bước,

giving a total travel time of 400 billion years.

tương đương với 400 tỉ năm.

Hmm, that can't be right.

Hừm, có gì đó không đúng.

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

Mặt Trời chỉ mới 4.6 tỉ năm tuổi. Có điều gì đó không ổn?

Two things:

Có hai điều:

The Sun isn't actually of uniform density

Mật độ các hạt trong Mặt Trời không đồng đều

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

và các photon sẽ mất vài proton sau mỗi va chạm.

In actuality, a photon's energy,

Trong thực tế, năng lượng của một photon

which changes over the course of its journey,

thay đổi theo đường đi của chúng,

determines how likely it is to interact with a proton.

quyết định chúng có phản ứng với proton hay không.

On the density question,

Về mật độ,

our models show that the Sun has a hot core,

mô hình của chúng ta cho thấy Mặt Trời có lõi nóng,

where the fusion reactions occur.

ở đó phản ứng nóng chảy diễn ra.

Surrounding that is the radiative zone,

Bao quanh nó là vùng bức xạ,

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

tiếp đến là vùng đối lưu, mở rộng đến tận bề mặt.

The material in the core is much denser than lead,

Vật chất ở lõi đặc hơn chì,

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

trong khi dung nham nóng chảy gần bề mặt lỏng hơn khoảng một triệu lần

with a continuum of densities in between.

với mật độ năng lượng dày đặc.

And here's the photon-energy relationship.

Và đây là mối liên hệ giữa photon và năng lượng của nó.

For a photon that carries a small amount of energy,

Với một photon mang năng lượng nhỏ,

a proton is effectively huge,

nó thật sự rất lớn,

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

và rất có khả năng sẽ bị bật nảy.

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

Còn photon mang mức năng lượng cao thì ngược lại.

Protons are effectively tiny.

Nó sẽ rất bé.

Photons start off at very high energies

Các hạt photon ban đầu mang rất nhiều năng lượng

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

so với khi chúng bị phát xạ từ bề mặt Mặt Trời.

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

Khi sử dụng máy tính và mô hình Hệ Mặt Trời phức tạp

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

để tính phương trình du động ngẫu nhiên với những tham số này,

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

ta được con số sau: 170,000 năm

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

Những khám phá về Mặt Trời trong tương lai có lẽ sẽ tính ra con số chính xác hơn,

but for now, to the best of our understanding,

nhưng giờ đây, tất cả những gì ta biết là,

the light that's hitting your eyes today

ánh sáng đang làm chói mắt ta mỗi ngày

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

đã mất tận 170,000 năm va chạm để tìm đường đến bề mặt Mặt Trời,

plus eight miniscule minutes in space.

cộng thêm 8 phút ở ngoài không gian.

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

Nói cách khác, hạt photon ấy đã bắt đầu hành trình của mình

around the same time when humans first started wearing clothes.

từ hai Kỷ Băng Hà trước, lúc con người mới bắt đầu biết mặc quần áo.