9 augustus 2020

Hoe lang doet een foton erover de rand van de zon te bereiken?

Credit: WikiImages/Pixabay.

De zon is een enorme kernfusiecentrale: in z’n kern worden bij een temperatuur van 15,5 miljoen K waterstofkernen omgezet in helium, middels de zogenaamde proton-proton cyclus. Je ziet hieronder dat in deze pp-cyclus naast Helium-4 ook elektronen (e+), neutrino’s (νe) en fotonen (γ) worden geproduceerd:

Credit: Doctor C/Wikipedia.

Fotonen zijn lichtdeeltjes en als die eenmaal het oppervlak van de zon hebben bereik kunnen ze in acht minuten bij de aarde zijn, waardoor wij de zon kunnen zien. De vraag is interessant hoe lang die fotonen erover doen het oppervlak van de zon te bereiken. De straal van de zon is 696.000 km, dus de met de lichtsnelheid reizende fotonen zouden in theorie ruim twee seconden moeten doen over die afstand. De neutrino’s doen dat inderdaad in die tijd, omdat ze nauwelijks reageren met andere deeltjes in de zon, maar de fotonen doen er in werkelijkheid heel wat langer over. Zij reageren namelijk continue met de ionen in de kern van de zon, de waterstof- en heliumkernen. Onder de omstandigheden in de kern – een druk van zo’n 2 x 10^16 pascal – kan een foton gemiddeld één centimeter reizen voordat ‘ie weer reageert met een ion. Dat zorgt er voor dat een foton voortdurend van richting veranderd en daarom is z’n reis een toevalsbeweging (Engels: random walk).

Credit: Richard Pogge Ohio State U.

Hoe verder de fotonen in hun reis door de zon van de kern raken des te langer wordt het pad dat ze afleggen voordat ze weer reageren met ionen. Op ongeveer 2/3e van de afstand kern-oppervlak bereiken de fotonen de zogenaamde convectiezone, waar de temperatuur zakt van twee miljoen K naar 5300 K en waar de gassen door convectie omhoog en omlaag gaan. De fotonen reizen mee met de gassen en zo bereiken ze uiteindelijk het oppervlak. Berekend is dat de reis van de kern tot het oppervlak tussen de 20.000 en 150.000 jaar kan duren. Als wij dus vervolgens acht minuten later de fotonen zien dan kijken we eigenlijk naar licht dat tussen de 20.000 en 150.000 jaar oud is. Bedenk daarbij wel dat het foton dat in de kern bij de pp-cyclus was geproduceerd niet hetzelfde is als het foton dat ons oog bereikt. De fotonen in de kern zijn zeer energetisch, gammastraling vormend. Bij iedere interactie met ionen verliezen ze wat energie en ontstaan nieuwe fotonen. Eén hoogenergetisch foton produceert tijdens dit proces uiteindelijk enkele miljoenen fotonen van lagere energie aan het oppervlak. Bron: Brian Koberlein + NASA.

Comments

  1. hoi Arie, eerst even :

    zogenaamd = maar niet heus
    en zogenoemd is een afspraak.

    verder vermoed ik dat eea onder de noemer “meest plausibele aanname” valt.
    en dan bedoel ik , de fotonenreis.

    om maar aan “de harde kern” te refereren, de harde getalletjes ontbreken.

  2. Co van Driel zegt

    Ik als beginnend scheikundigetje snap hier helemaal niets van. Het is voor mij zeg maar hogere scheikunde c.q. abracadabra. Ik weet wat waterstof is en ik weet wat helium is en dat daar binnen in de zon een enorme hoge druk heerst, maar verder gaat mijn kennis over de zon niet.

    • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

      *uch* kernfusie in de zon is natuurkunde en geen scheikunde. je schikt en herschikt immers niet dezelfde atomen tot allerlei moleculen, maar je verandert de daadwerkelijke atomen *uch*

      • gert1904 gert1904 zegt

        CvD valt hier met zijn eerlijke opmerking door de mand als HTK-kosmoloog.

        • gert1904 gert1904 zegt

          Hm. Mijn eerdere reaktie is bij nader inzien wat ongepast en kort-door-de-bocht.

          Co, Astroblogs: mijn welgemeende excuses daarvoor.

          Co, wat ik zéér waardeer aan je eerlijke reactie: je geeft je achtergrond (“scheikundige(tje)”) aan. Zoals Olaf al schrijft: de processen in de Zon betreffen natuurkunde, en geen scheikunde.

          • gert1904 gert1904 zegt

            Natuurlijk kan ik zelf dan niet achterblijven. Uiteraard.

            Ik ben een drs. natuurkunde, met ruime kennis van de astronomie.

          • Enceladus Enceladus zegt

            Werk je als docent in het onderwijs?

            groet,
            Gert (Enceladus)

          • gert1904 gert1904 zegt

            Dit lijkt me een vraag die ik beter in Astrocorner beantwoord. We blijven wél on-topic, natuurlijk 😉.

    • Hallo Co,

      zijn de chemische/natuurkundige effecten van kernfusie je ondertussen al wat duidelijker, of heb je interesse in een spoedcursusje?

      Groet, Paul

  3. Quote : “Onder de omstandigheden in de kern “ een druk van zo’n 2 x 10^16 pascal “ kan een proton gemiddeld één centimeter …”

    Correctie : “Onder de omstandigheden in de kern “ een druk van zo’n 2 x 10^16 pascal “ kan een FOTON gemiddeld één centimeter …”

    Groet, Paul

  4. Hans van der Valk zegt

    De zon maakt door een pp1 process He4. De fotonen die ontstaan zijn Gamma stralen. Gamma stralen hebben een golflengte van <0.001 nm. Hoe komen de andere golflengten tot stand: X-ray (0.001-1 nm), UV (1-400 nm), visable light (400-750 nm), IR (750-25000 nm) en Microwaves en Radio waves (etc nm).

    In de text van het artikel spreekt men over Gamma straling en over fotonen. Maar ook X-ray, UV, Visible light, etc zijn fotonen (electromagnetische golven) en verschillen alleen van Gamma straling door een andere golflengte.

    De ontstane positronen in het pp1 process zullen wel inihaleren met electronen in de zon en de ontstane electron neutrino's zullen wel naar alle kanten (dus ook richting de Aarde) gaan.

    Groet en alvast bedankt, Hans

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: