Что произойдет, если Солнце остановится? Часть 3: Фотонная пробка

(Это третья часть серии о том, что произойдет, если Солнце остановится. Сначала прочитайте Часть 1 и Часть 2.)

Представьте, что вы стоите посреди переполненной комнаты. Не просто переполненной комнаты. Упакованной. Плечом к плечу. Так переполненной, что вы не можете сделать больше одного шага в любом направлении, прежде чем наткнуться на кого-то. И каждый раз, когда вы сталкиваетесь с кем-то, вас разворачивает в совершенно новом случайном направлении. Вы не видите стен. Вы не видите дверей. Все, что вы можете сделать, это толкаться, сталкиваться, вращаться. Толкаться, сталкиваться, вращаться.

Вы уже чувствуете, как у вас поднимается кровяное давление. Вы хотите выйти. Сейчас. Сколько времени вам потребуется?

Ответ зависит от того, насколько велика комната, конечно, но он также зависит от чего-то более тонкого. Вы не выходите из комнаты. Вы случайно выходите из комнаты. Каждый шаг оказывается в совершенно случайном направлении. Половину времени вы углубляетесь в толпу, не осознавая этого. Иногда вы кружите. Иногда вы делаете небольшой прогресс, а затем сразу же отменяете его.

Это неэффективный способ передвижения.

Существует математика, описывающая, сколько времени это занимает, и эта математика разочаровывает, особенно если вы спешите. Она говорит, что для того, чтобы преодолеть определенное расстояние случайным образом, вы не можете просто взять количество шагов, необходимых для прямого пути. Вы должны взять квадрат этого числа. Если дверь находится в 4 шагах в обычной прогулке, то она находится в 16 шагах в случайной прогулке. Если это 10 шагов в пустой комнате, то в переполненной это 100.

Каждый фотон, рожденный в ядре Солнца, находится в точно такой же ситуации. На самом деле, даже хуже. Внутри Солнца не газ, а плазма, каждый атом лишен оболочек и свободные электроны блуждают повсюду. А фотоны абсолютно обожают взаимодействовать со свободными электронами. Фотон, рожденный в ядре, проходит около одного сантиметра, прежде чем столкнуться с электроном, рассеиваться в совершенно случайном направлении, проходить еще один сантиметр, снова сталкиваться с другим электроном, снова рассеиваться. И снова. И снова.

Один. Сантиметр. Радиус Солнца составляет 70 миллиардов сантиметров. Это расстояние по прямой, в пустой комнате, в обычной прогулке. Для фотона, фактически застрявшего внутри Солнца, это 70 миллиардов в квадрате шагов.

Если бы вы пытались считать их по одному в секунду, вам бы потребовалось больше времени, чем текущее возраст Вселенной. Несколько раз.

Каждый шаг занимает лишь долю наносекунды, что хорошо. Но их ошеломляющее количество — это плохо. Проведите арифметику, и фотон, рожденный в ядре Солнца, занимает около 100,000 лет, чтобы пробиться к поверхности.

Сто тысяч лет.

Если бы фотоны могли просто вырваться наружу, поездка заняла бы около двух секунд. Вместо этого, отскакивая, как самый неудачливый пинбол в истории, путешествие занимает 100,000 лет. Случайная прогулка увеличивает время в пути примерно в триллион раз.

Фотон, который сейчас касается вашего лица, был рожден примерно в то время, когда анатомически современные люди впервые начали распространяться за пределами Африки. Неандертальцы все еще существовали. Сельское хозяйство еще не было изобретено. Устная речь, как мы ее понимаем, еще не существовала. Каждая цивилизация, каждая религия, каждая память во всей человеческой истории моложе, чем путешествие, которое только что завершил этот фотон.

Солнечный свет действительно ОЧЕНЬ старый.

И, кстати, это даже не тот же самый фотон, который начал путешествие. Фотоны в солнечном интерьере не просто отскакивают, как шарики для бильярда. Они постоянно поглощаются электронами и затем повторно излучаются в новых случайных направлениях и с немного другой энергией. Таким образом, гамма-луч, рожденный в ядре, несущий около миллиона электронвольт, постепенно перерабатывается шаг за шагом в более длинный, мягкий, низкоэнергетический свет. К моменту, когда он покидает поверхность, это видимый свет, около одного электронвольта, достигающий пика в тех самых длинах волн, которые наши глаза эволюционировали для восприятия. Энергия выжила в путешествии. Исходный фотон — не так уж много.

Большая часть этого столетнего ползания происходит в том, что мы называем радиационной зоной, внутренние 70 процентов Солнца по радиусу, где плазма плотная и горячая, а фотоны заперты в своем пинбольном кошмаре. Над радиационной зоной находится конвективная зона, где плазма наконец становится достаточно холодной и непрозрачной, чтобы радиация не могла больше переносить энергию достаточно быстро. Поэтому Солнце отказывается от радиации и начинает КИПЕТЬ. Массовое движение берет верх: горячие комки плазмы физически поднимаются к поверхности, сбрасывают свое тепло и снова опускаются вниз. Как только энергия достигает конвективной зоны, она вырывается на поверхность всего за несколько месяцев.

Суть в том, что все, что происходит в ядре Солнца, остается невидимым с поверхности в течение примерно 100,000 лет. Свет, который вы видите от Солнца сегодня, сообщает о состоянии в ядре во время последнего ледникового периода. Если бы скорость слияния в сердце Солнца тихо изменялась в течение последних 50,000 лет, мы бы не имели ни малейшего представления. Что касается света, поверхность Солнца — это 100,000-летняя задержка трансляции.

Солнце гигантское. Солнце переполнено. Изменения глубоко внутри него требуют огромного количества времени, чтобы распространиться наружу. Мы уже знали, что слияние настолько неэффективно, что Солнце в основном использует накопленное тепло, и что механизм Кельвина-Гельмгольца может поддерживать свет в течение десятков миллионов лет самостоятельно.

Теперь добавьте к этому тот факт, что сама поверхность транслирует из ста тысячелетий в прошлом.

Вы можете видеть, куда это ведет.

В Часть 4 мы наконец нажмем на курок, выключим слияние и проследим, как и как медленно Солнце на самом деле умрет.