Вы уходите с вечеринки. Ночь закончилась, ноги устали, а дверь находится всего в десяти шагах. Но здесь возникает проблема.
Кто-то хочет показать вам смешной мем. Затем другому нужно объятие. Еще один друг рассказывает историю про своего бывшего, которая требует целого монолога.
К тому времени, как вы наконец пересекаете порог и выходите на крыльцо, час исчезает бесследно.
Такова жизнь фотона, рожденного в ядре Солнца.
Мы знаем, что солнечному свету требуется 8 минут, чтобы преодолеть 150 миллионов километров между звездой и Землей. Это кажется мгновенным. Кажется прямым. Но эта скорость относится только к последнему этапу пути. Прежде чем эта энергия достигнет нашей атмосферы, она проходит через лабиринтное путешествие по внутренним слоям Солнца, занимающее тысячелетия.
Миф о прямой линии
Логично предположить, что энергия вырывается из центра Солнца, как пуля. Если бы пространство было пустым, гамма-фотон покрыл бы расстояние от ядра до поверхности (695 700 км) всего за 2,3 секунды.
Но происходит не так.
Внутреннее устройство Солнца представляет собой плотный суп из плазмы. Оно настолько плотно упаковано, что фотон едва может продвинуться на толщину волоса, прежде чем столкнуться с другой заряженной частицей. Он поглощается, рассеивается и переизлучается в совершенно случайном направлении. Или же он отражается вбок. Затем снова. И снова.
Физики называют это «случайным блужданием».
Долгое время в расчетах считалось, что длина шага — расстояние, которое фотон проходит до столкновения, — постоянна. Ученые оценивали эту дистанцию в 0,5–1 сантиметра. Они подставляли эти числа в модели диффузии. Результат? Энергии требуется от 3 000 до 90 000 лет, чтобы покинуть звезду.
Близко, но неправильно.
Ошибка в оценке плотности
В 1992 году астрофизики Ромас Миталас и Кеннет Р. Силлс из Университета Западного Онтарио провели анализ данных. Они обнаружили ошибку в предположении о постоянной длине шага.
Солнце неоднородно по плотности. Оно сжато сильнее в центре и становится менее плотным к краям.
Представьте ученого, стоящего через дорогу и наблюдающего за тем, как вы идете от машины к тротуару. Он засекает время этого короткого рывка, чтобы вычислить вашу скорость ходьбы. Затем он использует эту скорость, чтобы предположить, сколько времени вам потребовалось, чтобы пробраться через тесный дом.
Он проигнорировал друзей, останавливающих вас внутри. Он измерил только свободное пространство на улице.
Миталас и Силлс поняли, что «свободное пространство» внутри Солнца было гораздо меньше, чем считалось ранее, особенно во внутренних слоях. Когда они смоделировали реальные градиенты плотности солнечного недр, цифры кардинально изменились.
Длина шага падала ниже 0,1 см на более чем 50% радиуса Солнца.
Малейшее изменение. Огромные последствия.
170 000 лет ожидания
Эта коррекция не просто поправила оценку. Она переписала хронологию.
Время диффузии растянулось с десятков тысяч лет примерно до 170 000 лет.
Именно столько времени энергия проводит в ловушке случайного блуждания, прежде чем прорваться к фотосфере. Она отскакивает, рассеивается и проникает все глубже в неопределенность, пока наконец не достигает поверхности.
Как только она преодолевает фотосферу, путь открывается. Больше никаких частиц, блокирующих дорогу. Космический вакуум пуст. Энергия ускоряется до скорости света, достигая Земли всего за 8 с лишним минут.
Тепло древней истории
Поэтому в следующий раз, когда вы почувствуете тепло Солнца на коже, осознайте, что вы чувствуете не текущие события. Вы чувствуете доисторическое прошлое.
Энергия, согревающая ваше лицо, покинула ядро более 100 000 лет назад. Это было до того, как древние египтяне заложили первые камни пирамид. Это было до того, как отступил последний ледниковый период. Тепло, которое вы ощущаете, — это ископаемое, рожденное в глубинах задолго до того, как сформировалась человеческая цивилизация.
Фотон, наконец, вырвался. Длинный путь закончен. И вот он, здесь.
