Sunlight is way older than you think - Sten Odenwald

Summary

El texto explora el tiempo que tarda la luz en viajar desde el núcleo hasta la superficie del Sol, un proceso que toma 170,000 años, mucho más que los 8 minutos para llegar a la Tierra. Se explica cómo los fotones, generados en el núcleo, se desplazan en zigzag debido a las colisiones con protones, lo que les hace rebotar como balas. La densidad variable del Sol y la energía de los fotones, que disminuye a medida que se alejan del núcleo, influyen en su trayectoria. Este viaje, que comienza en el núcleo y termina en la superficie, es una odisea que nos conecta con el pasado prehistórico de la humanidad.

Takeaways

• 🌞 La luz tarda aproximadamente 170,000 años en viajar desde el núcleo del Sol hasta su superficie.
• ⏱ La velocidad de la luz es de 300,000 kilómetros por segundo, pero su trayectoria hacia la superficie del Sol es muy indirecta.
• 🔄 Los fotónes, al interactuar con la materia en el Sol, pierden energía y cambian de longitud de onda, desde los rayos gamma hasta la luz visible.
• 🎾 El viaje de los fotónes dentro del Sol se asemeja a un 'camino aleatorio', donde cada colisión los desvía en una dirección diferente.
• 🔢 El número de pasos en el 'camino aleatorio' se calcula mediante la fórmula: distancia = tamaño del paso × raíz cuadrada del número de pasos.
• 🌌 El Sol no tiene una densidad uniforme; es más denso en el núcleo y menos denso en la superficie, lo que afecta la trayectoria de los fotónes.
• 🚫 La idea de que los fotónes tocan un protón en cada colisión es incorrecta; en realidad, pueden 'omitir' muchos protones.
• 🌡 La energía de los fotónes determina cuán probable es que interactúen con un protón; fotónes de alta energía tienen menos probabilidades de interactuar.
• 📊 Los modelos del interior del Sol muestran que la densidad y la energía de los fotónes varían a lo largo de su viaje, lo que se toma en cuenta en los cálculos.
• ⏳ La luz que impacta nuestros ojos hoy comenzó su viaje hace dos glaciaciones, alrededor del mismo tiempo que los humanos comenzaron a usar ropa.

Q & A

¿Cuánto tiempo toma la luz para viajar desde el núcleo del Sol hasta su superficie?

Según el guion, la luz tarda aproximadamente 170,000 años en llegar desde el núcleo del Sol hasta su superficie.

¿Por qué tarda tanto tiempo la luz en salir del núcleo del Sol?

La luz se detiene debido a que los fotones, al interactuar con la materia y perder energía, cambian su dirección y frecuentemente chocan con protones, lo que los desvía en múltiples direcciones, similar al problema del recorrido aleatorio.

¿Cómo se producen los fotones en el núcleo del Sol?

Los fotones se producen como resultado de las reacciones nucleares en el núcleo del Sol.

¿Cuál es la relación entre la energía de un fotón y su probabilidad de interactuar con un protón?

Un fotón con una pequeña cantidad de energía interactúa más probablemente con un protón, mientras que un fotón de alta energía interactúa menos probablemente con protones, que se ven como más pequeños.

¿Cómo cambia el espectro de luz de un fotón a medida que se desplaza desde el núcleo hacia la superficie del Sol?

Un fotón comienza como rayos gamma en el núcleo, pero se convierte en rayos X, ultravioleta o luz visible a medida que se acerca a la superficie.

¿Qué es el 'problema del recorrido aleatorio' mencionado en el guion?

El 'problema del recorrido aleatorio' se refiere a la distancia que un fotón recorre después de cada colisión, y se describe mediante la fórmula: distancia igual al tamaño del paso multiplicado por la raíz cuadrada del número de pasos.

¿Cómo se calcula el número de pasos que un fotón necesita para llegar desde el núcleo hasta la superficie del Sol?

Se asume que el fotón realiza un recorrido aleatorio y se calcula el número de pasos necesarios basándose en la densidad media de protones en el Sol y la distancia desde el núcleo a la superficie.

¿Cómo se ajusta la densidad del Sol desde el núcleo hasta la superficie?

El Sol tiene una densidad no uniforme; el núcleo es mucho más denso que el plomo, mientras que el plasma caliente cerca de la superficie es un millón de veces menos denso, con una gama de densidades entre ellos.

¿Cuál es la duración estimada actual de la luz desde el centro del Sol hasta nosotros?

La luz que impacta nuestros ojos hoy en día ha pasado aproximadamente 170,000 años en su camino hacia la superficie del Sol, más los ocho minutos que toma para llegar al espacio.

¿Cuál es la edad del Sol y cómo se compara con el tiempo que tarda la luz en salir de su núcleo?

El Sol tiene aproximadamente 4.6 mil millones de años de edad, lo que es menor que el tiempo que tardan los fotones en llegar a la superficie, lo que indica que el cálculo de 170,000 años es una estimación basada en modelos actuales.

Outlines

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🌞 Viaje de la luz desde el núcleo del Sol

Este párrafo explica el proceso por el cual la luz viaja desde el núcleo del Sol hasta su superficie. La luz toma alrededor de 170,000 años para alcanzar la superficie del Sol, un viaje que se describe como un 'camino aleatorio'. Los fotones nacen como rayos gamma en el núcleo y, tras colisionar con partículas cargadas, cambian su energía y su longitud de onda, emergiendo como rayos X, ultravioleta o luz visible. La densidad variable del Sol y la energía de los fotones afectan su probabilidad de interactuar con protones, lo que determina su trayectoria hacia la superficie.

Keywords

💡Fotón

Un fotón es una partícula elemental que transporta la energía en la luz y otros tipos de radiación electromagnética. En el contexto del video, los fotones son generados por reacciones nucleares en el núcleo del sol y su viaje hacia la superficie es el tema central. El guion menciona que los fotones, al interactuar con la materia y perder energía, cambian de gamma rayos a ondas de ultravioleta o luz visible a medida que se aproximan a la superficie del sol.

💡Núcleo del sol

El núcleo del sol es la región central donde ocurren las reacciones nucleares de fusión, produciendo energía en forma de luz y calor. El video destaca que los fotones son creados en el núcleo y deben viajar a través de diferentes capas del sol antes de emerger en la superficie, lo que demuestra la complejidad del proceso.

💡Zona radiativa

La zona radiativa es una capa del sol que se encuentra entre el núcleo y la zona convectiva. Según el guion, en esta zona la energía se transporta principalmente a través del transporte radiativo, es decir, la emisión y absorción de radiación por parte de los átomos y moléculas. Los fotones viajan a través de esta zona antes de llegar a la zona convectiva.

💡Zona convectiva

La zona convectiva es la capa externa del sol donde la energía se transporta a través de la convección, un proceso en el que el material se mueve físicamente desde áreas calientes a áreas frías. El video menciona que esta zona extiende desde la zona radiativa hasta la superficie del sol.

💡Camino aleatorio

El camino aleatorio, también conocido como 'random walk', es un concepto utilizado para describir el movimiento de los fotones dentro del sol. Cada vez que un fotón choca con un protón, su trayectoria cambia de dirección de manera aleatoria, lo que se compara con el concepto de caminar aleatoriamente con un paso de un metro cada segundo.

💡Energía del fotón

La energía de un fotón determina su interacción con los protones y otros partículas dentro del sol. El guion explica que los fotones de alta energía tienen menos probabilidades de interactuar con los protones, mientras que los de baja energía son más propensos a ser desviados. Esta relación es crucial para entender el tiempo que tardan los fotones en llegar a la superficie del sol.

💡Densidad del sol

La densidad del sol varía considerablemente a lo largo de sus diferentes capas, siendo el núcleo mucho más denso que el plomo y la plasma cerca de la superficie mil veces menos denso. El video menciona que esta variación en la densidad afecta el número de colisiones que experimentan los fotones y, por ende, su tiempo de viaje hacia la superficie.

💡Fusión nuclear

La fusión nuclear es el proceso que ocurre en el núcleo del sol, donde los átomos de hidrógeno se combinan para formar helio, liberando energía en el proceso. Este es el origen de los fotones que eventualmente serán emitidos como luz y calor.

💡Luz visible

La luz visible es el rango de longitudes de onda de la luz que pueden ser detectadas por el ojo humano. El video destaca que los fotones que comienzan como gamma rayos en el núcleo del sol eventualmente se convierten en luz visible a medida que se acercan a la superficie, lo que permite que podamos ver y calentarnos el sol.

💡Tiempo de viaje del fotón

El tiempo que tarda un fotón en llegar desde el núcleo del sol hasta la superficie es un tema central del video. A pesar de que la velocidad de los fotones es de 300,000 kilómetros por segundo, el tiempo total de viaje es de 170,000 años debido a las colisiones y el camino aleatorio que siguen dentro del sol.

Highlights

La luz tarda 8 minutos en llegar desde la superficie del Sol.

La luz viaja de su núcleo al exterior en miles de años.

Los fotones son producidos por reacciones nucleares en el núcleo del Sol.

Los fotones interactúan con la materia y pierden energía en su viaje.

Los fotones comienzan como rayos gamma y terminan como luz visible.

El viaje de los fotones es complicado y no directo.

El problema de la distancia que recorre un fotón tras cada colisión es conocido como el problema del paseo aleatorio.

La fórmula para el paseo aleatorio es: distancia igual al tamaño del paso multiplicado por la raíz cuadrada del número de pasos.

Un paseo aleatorio de un metro por segundo tomaría 11 días para recorrer un kilómetro.

El Sol no es de densidad uniforme y los fotones pueden saltar entre protones.

El Sol tiene un núcleo denso, una zona radiativa y una zona convectiva.

La energía del fotón determina la probabilidad de interactuar con un protón.

Los fotones empiezan con alta energía y disminuyen hasta ser radiados desde la superficie.

El cálculo del paseo aleatorio con un modelo del interior del Sol da como resultado 170,000 años.

El Sol es de 4.6 mil millones de años y los fotones tardan 170,000 años en llegar a la superficie.

La luz que impacta nuestros ojos hoy comenzó su viaje hace dos glaciaciones.

El fotón comenzó su viaje en la era en la que los humanos comenzaron a usar ropa.

Transcripts

You may know that it takes light a zippy eight minutes

to reach us from the surface of the Sun,

so how long do you think it takes light

to travel from the Sun's core to its surface?

A few seconds or a minute at most?

Well, oddly enough, the answer is many thousands of years.

Here's why.

Photons are produced by the nuclear reactions deep in the core of our Sun.

As the photons flow out of the core, they interact with matter and lose energy,

becoming longer wavelength forms of light.

They start out as gamma rays in the core,

but end up as x-rays, ultraviolet or visible light as they near the surface.

However, that journey is neither simple nor direct.

Upon being born, each photon travels at a speed of 300,000 kilometers per second

until it collides with a proton and is diverted in another direction,

acting like a bullet ricocheting off of every charged particle it strikes.

The question of how far this photon gets from the center of the Sun

after each collision

is known as the random walk problem.

The answer is given by this formula:

distance equals step size times the square root of the number of steps.

So if you were taking a random walk from your front door

with a one meter stride each second,

it would take you a million steps and eleven days

just to travel one kilometer.

So then how long does it take for a photon generated in the center of the sun

to reach you?

We know the mass of the Sun

and can use that to calculate the number of protons within it.

Let's assume for a second that all the Sun's protons are evenly spread out,

making the average distance between them about 1.0 x 10^-10 meters.

To random walk the 690,000 kilometers from the core to the solar surface

would then require 3.9 x 10^37 steps,

giving a total travel time of 400 billion years.

Hmm, that can't be right.

The Sun is only 4.6 billion years old, so what went wrong?

Two things:

The Sun isn't actually of uniform density

and photons will miss quite a few protons between every collision.

In actuality, a photon's energy,

which changes over the course of its journey,

determines how likely it is to interact with a proton.

On the density question,

our models show that the Sun has a hot core,

where the fusion reactions occur.

Surrounding that is the radiative zone,

followed by the convective zone, which extends all the way to the surface.

The material in the core is much denser than lead,

while the hot plasma near the surface is a million times less dense

with a continuum of densities in between.

And here's the photon-energy relationship.

For a photon that carries a small amount of energy,

a proton is effectively huge,

and it's much more likely to cause the photon to ricochet.

And for a high-energy photon, the opposite is true.

Protons are effectively tiny.

Photons start off at very high energies

compared to when they're finally radiated from the Sun's surface.

Now when we use a computer and a sophisticated solar interior model

to calculate the random walk equation with these changing quantities,

it spits out the following number: 170,000 years.

Future discoveries about the Sun may refine this number further,

but for now, to the best of our understanding,

the light that's hitting your eyes today

spent 170,000 years pinballing its way towards the Sun's surface,

plus eight miniscule minutes in space.

In other words, that photon began its journey two ice ages ago,

around the same time when humans first started wearing clothes.