太陽のコアから表面まで光が届くまでにかかる時間はどのくらいですか？

概要

本記事では、光子が太陽のコアから表面まで旅する過程と、ランダムウォーク問題と呼ばれる過程によってエネルギーを失い方向を変える様子について探求します。また、太陽の密度が光子の旅にどのように影響するかについても学びます。コンピュータと太陽内部モデルを使用して、光が太陽のコアから表面まで届くのに約170,000年かかることを計算します。

コアから表面までの光子の旅

太陽の表面から私たちに届くまでの光の旅はわずか8分ですが、コアから表面までの光子の旅ははるかに長く複雑です。光子は太陽のコアで起こる核反応で生成されます。コアから流れ出すと、物質と相互作用してエネルギーを失い、波長が長くなった光の形になります。コアではガンマ線として発生しますが、表面に近づくにつれてX線、紫外線、または可視光になります。

ランダムウォーク問題

太陽のコアから表面までの光子の旅は単純で直接的なものではありません。誕生後、各光子は秒速300,000キロメートルで移動し、プロトンと衝突すると別の方向に進路を変え、撃った弾丸のように衝突するすべての帯電粒子から跳ね返されます。この光子が毎回衝突後に太陽の中心からどのくらい離れるかという問題をランダムウォーク問題と呼びます。答えは式で表されます：距離はステップサイズにステップ数の平方根をかけたものです。

太陽の密度

太陽は一様な密度ではなく、光子は衝突の間にかなりのプロトンを逃してしまいます。私たちのモデルによると、太陽には核融合反応が起こる熱いコアがあります。その周りには放射層があり、表面まで続く対流層が続きます。コアの物質は表面付近のプラズマよりもはるかに密度が高く、その間には密度の連続があります。エネルギーが少量しかない光子にとって、プロトンは実質的に巨大であり、光子を跳ね返す可能性がはるかに高くなります。高エネルギーの光子にとっては逆のことが当てはまります。光子は、太陽の表面から放射されるときに比べて非常に高いエネルギーで始まります。

コアから表面までの光が届くまでの時間の計算

コンピュータと高度な太陽内部モデルを使用して、変化する量を考慮してランダムウォーク方程式を計算することで、光が太陽のコアから表面まで届くのにかかる時間を推定できます。太陽のすべてのプロトンが均等に分布していると仮定すると、平均距離が約1×10-10メートルになり、コアから太陽表面まで690,000キロメートルのランダムウォークには3.9×10-37パワーステップが必要で、合計の移動時間は4000億年になります。しかし、太陽は実際には一様な密度ではなく、光子は衝突の間にかなりのプロトンを逃してしまいます。太陽の密度と光子のエネルギーを考慮に入れると、光が太陽のコアから表面まで届くのに約170,000年かかることが計算されます。

結論

光子が太陽のコアから表面まで旅する過程は長く複雑です。ランダムウォーク問題により、光子は衝突するたびにエネルギーを失い方向を変えます。太陽の密度も光子の旅に影響を与え、高エネルギーの光子は表面付近のプラズマを通過する可能性が高くなります。コンピュータと太陽内部モデルを使用して、光が太陽のコアから表面まで届くのに約170,000年かかることが推定されます。