Ако навън е слънчево, излезте за малко и оставете слънчевите лъчи да докоснат кожата ви — но не прекалявайте и не забравяйте слънцезащитата. Светлината, която достига до вас, е стара. Част от нея може да е на възрастта на пирамидите; друга може да е била създадена във време, когато неандерталците все още са споделяли Земята с нас. А част от нея вероятно е много по-стара от самия човешки вид. Как е възможно това?
Защо пътят на светлината през Слънцето не е прав
Светлината се движи толкова бързо, колкото изобщо може да се движи нещо във Вселената — но това важи за вакуум. Вътре в Слънцето пътят ѝ е много по-мъчителен и заплетен. Там разстояние, което при нормални условия светлината би изминала за секунди, се превръща в пътешествие, продължаващо хилядолетия. Радиусът на Слънцето е 695 700 километра, така че един фотон — частица светлина — би могъл да измине това разстояние за малко над две секунди. Само че Слънцето определено не е празно пространство.
Плазмата — средата, в която фотоните се лутат
Слънцето е изградено от водородна плазма — т.нар. четвърто състояние на материята. Това означава, че протоните и електроните, които изграждат водорода, не са подредени в обичайната атомна форма. Плазмата е флуид от заредени частици — можете да си я представите като протони в море от електрони, или обратното. Фотоните непрекъснато биват поглъщани и излъчвани от тези частици по траектория, която прилича на движение на топче във флипер: те се блъскат, отклоняват се, сменят посоката си отново и отново, преди най-сетне да успеят да се измъкнат от повърхността на Слънцето.
„Случайната разходка“ на светлината
Това явление е известно като случайна разходка. Колко време ще отнеме тя, зависи до голяма степен от това колко плътно е „натъпкана“ средата, през която фотонът се опитва да премине. Именно тук идва понятието среден свободен пробег. То описва средното разстояние, което един фотон може да измине, преди да бъде погълнат и след това излъчен отново — често в съвсем различна посока.
Един сантиметър, 70 милиарда стъпки и хиляди години
За Слънцето средният свободен пробег обикновено се посочва като около 1 сантиметър. Това означава, че ако един фотон можеше да прави тези „стъпки“ по невъзможно права линия, щяха да са му нужни около 70 милиарда стъпки. В действителност обаче той не се движи направо, а се лута хаотично. Реалното разстояние, което фотонът би изминал при такава случайна разходка, нараства с квадрата на тази стойност — до 4,9 милиарда трилиона сантиметра. Това е около 20 процента от разстоянието между Земята и центъра на нашата галактика. За да измине подобен път, на светлината биха ѝ били нужни над 5000 години.
По-новите оценки удължават пътешествието още повече
По-нови оценки предполагат, че средният свободен пробег на един фотон в ядрото на Слънцето може да е под един милиметър — над 10 пъти по-малко от предишната оценка. А тъй като реалният брой стъпки зависи от квадрата на тази стойност, това означава 100 пъти повече отклонения, поглъщания и повторни излъчвания. В този сценарий времето, необходимо на светлината да си проправи път от слънчевото ядро до външните слоеве, нараства до над половин милион години. По-сложни симулации дават по-умерена, но пак впечатляваща стойност — около 170 000 години.
Фотосферата — последната спирка преди открития космос
Реалната възраст на всеки отделен фотон не може да бъде изчислена точно. Тя обаче вероятно попада някъде между тези стойности — от хиляди до стотици хиляди години. Когато фотонът най-сетне достигне слънчевата фотосфера, той вече е преминал през невероятно дълго вътрешно пътешествие. Именно тази видима „повърхност“ на нашата звезда е мястото, откъдето светлината най-сетне може да се отправи свободно към Космоса. А самата фотосфера е далеч от спокойна — тя е белязана от гранули, движения на плазма, магнитни полета и скрита турбулентност в атмосферата на Слънцето.
От Слънцето до кожата ви — само за 8 минути и 20 секунди
След като излезе от слънчевата повърхност, на фотона му остава само едно кратко последно пътуване. Той стига до Земята за 8 минути и 20 секунди, преди да докосне кожата ви. Изумително дълъг път — за такава приятна топлина.
