Как рождается фотон (6 фото + 1 гиф)

1 декабря 2015

Видимый свет достигает поверхности нашей планеты всего за 8 минут от Солнца. Но мало кто знает, что фотоны, достигающие наших глаз, зарождались еще около миллиона лет назад в недрах звезды. Давайте рассмотрим, как это происходит.

В ядре Солнца атомы водорода сталкиваются друг с другом, производя мощные взрывы. Каждое такое столкновение рождает вспышку энергии - сгустки света, очень маленькие, но невероятно сильные. Им удается перенести свою энергию на Землю, чтобы жизнь на ней никогда не прекращалась. Но в момент рождения он не похож на свет, который мы видим, и способен убить нас. Эта форма называется гамма-излучением, которая является самой сильной формой излучения во Вселенной. Их интенсивность в десятки тысяч, или даже в миллионы раз выше видимого света. К счастью, они не могут покинуть Солнце в момент зарождения.

Если бы ничего не мешало гамма-лучам покинуть солнечное ядро, они бы достигли поверхности звезды всего за 2 секунды. Покинув ядро, новорожденный фотон пробирается сквозь густой слой атомов водорода и потратит около 100 лет на его преодоление.

Над ядром, на расстояниях примерно от 0,2–0,25 до 0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса. Материя в этой радиационной зоне чрезвычайно плотная, что превращает ее в плазму. Плазма - 4я форма материи, в ней атомы расщеплены и их электроны оторваны от ядра. Также плазма имеет электрический заряд, способный удерживать фотоны. Фотоны ударяются о заряженные частицы плазмы. На долю секунды частица удерживает фотон, затем он сталкивается со следующей, пока не окажется на поверхности. Постепенно фотон трансформируется, теряя часть своей энергии, пока не станет рентгеновским лучом. Именно этот слой фотон преодолевает очень продолжительное время - в среднем 170 000 лет, но некоторые фотоны находятся там миллионы лет.

Далее фотон попадает в конвективную зону протяженностью около 200 000 км. Потоки газа поднимаются и опускаются, подталкиваемые теплом из недр звезды. На дне конвективной зоны фотоны ударяются об атомы плазмы, доводя их до точки кипения, но атомы поглощают фотоны и выталкиваются с кипящим течением на поверхность, т.е. атомы уносят фотоны с собой (как транспорт для фотона). Этот путь занимает всего неделю, но при этом фотон снова трансформируется - он остывает, теряя энергию и становится видимым светом.

Наконец, фотон на поверхности Солнца - в его фотосфере. Фотосфера образует видимую поверхность звезды, по которой определяются размеры Солнца, расстояние от Солнца и т. д. Отсюда фотон покидает поверхность звезды.

И вот, фотоны вырываются с поверхности Солнца на свободу. Их путешествие в далекие миры может продолжаться миллиарды лет. А те, что достигают поверхности Земли, питают жизнь нашей планеты.