Що станеться, якщо Сонце зупиниться? Частина 3: Фотонна пробка

Це частина 3 серії про те, що станеться, якщо Сонце зупиниться. Спочатку прочитайте частини 1 і 2.

Уявіть, що ви стоїте в центрі переповненої кімнати. Не просто в будь-якій переповненій кімнаті. У заповненій. Пліч-о-пліч. Так переповнено, що ви не можете зробити більше одного кроку в будь-якому напрямку, перш ніж наткнутися на когось. І щоразу, коли ви натрапляєте на когось, вас обертає в абсолютно новому випадковому напрямку. Ви не бачите стін. Ви не бачите дверей. Все, що ви можете зробити, це штовхати, натикатися, обертатися. Штовхати, натикатися, обертатися.

Ви вже відчуваєте, як підвищується ваш артеріальний тиск. Ви хочете вийти. Зараз. Скільки часу вам знадобиться?

Відповідь залежить від того, наскільки велика кімната, звичайно, але також залежить від чогось більш тонкого. Ви не виходите з кімнати. Ви виходите з кімнати випадковою ходою. Кожен крок робиться в абсолютно випадковому напрямку. Половину часу ви йдете глибше в натовп, не усвідомлюючи цього. Іноді ви ходите колами. Іноді ви робите невеликий прогрес, а потім відразу ж скасовуєте його.

Це неефективний спосіб подорожувати.

Є деяка математика, що описує, скільки часу це займає, і ця математика є розчаровуючою, особливо якщо ви поспішаєте. Вона говорить, що для того, щоб подолати певну відстань випадковою ходою, ви не можете просто взяти кількість кроків, які знадобилися б для прямої ходи. Вам потрібно взяти квадрат цього числа. Якщо двері знаходяться на відстані 4 кроків у звичайній ході, то вони на відстані 16 кроків у випадковій ході. Якщо це 10 кроків у порожній кімнаті, то це 100 у заповненій.

Кожен фотон, народжений у ядрі Сонця, опиняється в точно такій же ситуації. Ще гірше. Внутрішня частина Сонця не є газом, це плазма, кожен атом знятий до голих ядер і вільних електронів, які дрейфують скрізь. І фотони абсолютно обожнюють взаємодіяти з вільними електронами. Фотон, народжений у ядрі, проходить близько одного сантиметра, перш ніж натрапити на електрон, розсіятися в абсолютно випадковому напрямку, пройти ще один сантиметр, натрапити на ще один електрон, знову розсіятися. І знову. І знову.

Один. Сантиметр. Радіус Сонця становить 70 мільярдів з них. Це відстань прямою лінією, у порожній кімнаті, звичайною ходою. Для фотона, який насправді застряг всередині Сонця, це 70 мільярдів в квадраті кроків.

Якщо ви намагалися б рахувати їх по одному за секунду, вам знадобилося б більше часу, ніж поточний вік Всесвіту. Кілька разів.

Кожен крок займає лише частку наносекунди, що добре. Але їх неймовірно багато, що погано. Розрахуйте арифметику, і фотон, народжений у ядрі Сонця, витрачає близько 100,000 років, щоб пробратися до поверхні.

Сто тисяч років.

Якщо б фотони могли просто прямувати прямо, поїздка зайняла б близько двох секунд. Натомість, відскакуючи, як найневдаліший пінбол в історії, подорож займає 100,000 років. Випадкова хода збільшує час подорожі в тисячу разів.

Фотон, який зараз торкається вашого обличчя, народився приблизно в той час, коли анатомічно сучасні люди вперше почали розповсюджуватися за межі Африки. Неандертальці ще були навколо. Сільське господарство ще не було винайдено. Говорена мова, яку ми б впізнали, ще не існувала. Кожна цивілізація, кожна релігія, кожна пам'ять в усій історії людства молодша за подорож, яку щойно завершив цей фотон.

Сонячне світло ДІЙСНО старе.

І, до речі, це навіть не той самий фотон, який почав подорож. Фотони в сонячному інтер'єрі не просто відскакують, як кулі для більярду. Вони постійно поглинаються електронами, а потім повторно випромінюються в нових випадкових напрямках і з трохи іншими енергіями. Тож гамма-промінь, народжений у ядрі, несучи близько мільйона електронвольт, поступово перетворюється крок за кроком на довше, м'якше, низькоенергетичне світло. До моменту, коли він виривається на поверхню, це видиме світло, близько одного електронвольта, з піком зручно в тих довжинах хвиль, які наші очі еволюціонували, щоб ловити. Енергія пережила подорож. Оригінальний фотон — не дуже.

Більшість цього столітнього повзання відбувається в тому, що ми називаємо радіаційною зоною, внутрішніми 70 відсотками Сонця за радіусом, де плазма щільна і гаряча, а фотони затиснуті в їхньому пінбольному кошмарі. Над радіаційною зоною знаходиться конвективна зона, де плазма нарешті стає досить холодною і непрозорою, щоб радіація більше не могла переносити енергію досить швидко. Тож Сонце відмовляється від радіації і починає КИПІТИ. Масове рухання бере верх: гарячі грудки плазми фізично піднімаються на поверхню, скидають своє тепло і знову занурюються вниз. Як тільки енергія досягає конвективної зони, вона виривається на поверхню всього за кілька місяців.

Суть в тому, що все, що відбувається в ядрі Сонця, залишається невидимим з поверхні приблизно 100,000 років. Світло, яке ви бачите від Сонця сьогодні, повідомляє про умови в ядрі під час останнього льодовикового періоду. Якщо б швидкість злиття в серці Сонця тихо змінювалася протягом останніх 50,000 років, ми б не мали жодної ідеї. Що стосується світла, поверхня Сонця — це 100,000-річна затримка трансляції.

Сонце гігантське. Сонце переповнене. Зміни глибоко всередині нього займають величезну кількість часу, щоб поширитися назовні. Ми вже знали, що злиття настільки неефективне, що Сонце в основному використовує збережене тепло, і що механізм Кельвіна-Гельмгольца може підтримувати світло протягом десятків мільйонів років сам по собі.

Тепер додайте до цього той факт, що сама поверхня транслює з ста тисяч років у минулому.

Ви можете бачити, куди це веде.

У частині 4 ми нарешті натискаємо на спусковий гачок, вимикаємо злиття і точно простежуємо, як і як повільно Сонце насправді помре.