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Le soleil est une boule d'hydrogène si grosse que la pression gravitationnelle au centre enlève les électrons des atomes d'hydrogène et rapproche les protons les uns des autres. Le "collage" crée finalement de l'hélium et libère également de l'énergie sous forme de photons à rayons gamma. Ces photons traversent les particules du soleil, perdent de l'énergie en cours de route et finissent par sortir du soleil sous forme de rayons X, de lumière infrarouge et visible. Le chemin du centre à l’émergence du soleil prend de nombreuses étapes et de nombreuses années.
Rayons gamma
La création d'hélium à partir d'hydrogène dans le cœur du soleil est un processus en trois étapes qui libère directement un rayon gamma et en libère indirectement un autre. Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques, au même titre que les micro-ondes, la radio et les ondes lumineuses, ce qui signifie qu'ils se déplacent à la vitesse de la lumière: 300 000 kilomètres par seconde. Le rayon de soleil est d'environ 700 000 kilomètres. On peut donc raisonnablement s’attendre à ce que les rayons gamma s’éloignent du soleil environ 2,3 secondes après sa création. Mais cela n'arrive pas.
Les collisions
Au centre du soleil, les noyaux de protons et d'hélium sont si épais qu'un rayon gamma émis ne peut aller très loin avant d'être absorbé. Si vous imaginez qu'un rayon gamma est émis directement au centre du soleil, il se dirigera directement vers la surface. Lorsque la collision entre en collision avec un proton, le résultat est un proton avec une énergie supplémentaire. Le proton renonce à cette énergie supplémentaire en émettant un autre photon à rayons gamma. Mais celui-ci pourrait aller dans n'importe quelle direction - même à l’origine. Et ainsi de suite, les rayons gamma se dirigeant d’une collision à l’autre, changeant de direction chaque fois qu’ils sont absorbés et réémis.
La promenade au hasard
Imaginez un gars tellement ivre qu'il a besoin de tenir un poteau lumineux pour se lever. Il veut se rendre au prochain poteau lumineux, à seulement 10 pas, mais il est tellement saoul qu'il ne peut pas marcher en ligne droite. Heck, il est tellement soûl qu'après avoir fait un pas, il pourrait aller dans une autre direction. C’est ce que les physiciens et les mathématiciens appellent un problème de «promenade d'ivrognes» ou de «marche aléatoire». La question qui se pose est la suivante: combien de temps faudra-t-il au gars pour passer d’un lampadaire à l’autre? La réponse est que si son point de départ et son point d'arrivée sont séparés par 10 étapes, il lui faudra - en moyenne - 100 étapes pour y arriver - soit 10 carrés. C’est la même situation à laquelle un rayon gamma fait face au cœur du soleil.
Hypothèses
Lorsque vous essayez de résoudre un problème de marche aléatoire, la chose la plus importante que vous devez savoir est la taille des étapes. Trouver cela pour un photon de rayons gamma au soleil pose deux problèmes. Premièrement, les conditions ne sont pas les mêmes partout dans le soleil. La distance entre les "chocs" des rayons gamma et les autres particules change. Deuxièmement, personne n’a jamais visité le centre du soleil, de sorte que certaines hypothèses doivent être faites, de toute façon. Il y a toutes sortes d'hypothèses raisonnables, allant du dixième de millimètre à environ un centimètre. Le choix de cette distance a un impact important sur le calcul du temps.
Le temps qu'il faut
Le rayon du soleil est de 700 000 kilomètres, soit 7 000 milliards d’étapes si chaque pas est égal à un dixième de millimètre et de 70 milliards d’étapes si chaque pas est égal à 1 centimètre. En ce qui concerne le problème des ivrognes marcheurs, vous savez que le nombre moyen de pas nécessaires pour atteindre une certaine distance est égal au carré du nombre de pas nécessaires pour effectuer une ligne droite. Il faudrait donc 49 milliards de milliards de pas de 0,1 millimètre et 490 milliards de pas de 1 centimètre chacun. Le temps nécessaire pour parcourir ces étapes correspond à la distance totale divisée par la vitesse de la lumière. Ainsi, si vous pensez que les photons ne parcourent que 0,1 millimètre entre les collisions, il leur faudra plus d'un demi-million d'années pour échapper au soleil. Si vous pensez que c'est environ un centimètre, alors il faudra environ 5000 ans pour que le photon se trouve hors du soleil.