Wussten Sie? Das Sonnenlicht, das auf uns scheint, stammt tatsächlich aus der Zeit vor 5 Millionen Jahren

Wie lange dauert es, bis das Sonnenlicht die Erde erreicht?

8 Minuten. Dies dürfte Allgemeinwissen sein, das sogar Grundschüler kennen, denn die durchschnittliche Entfernung zwischen Sonne und Erde beträgt etwa 149,6 Millionen Kilometer, und die Lichtgeschwindigkeit beträgt 299.792.458 Meter pro Sekunde, sodass die Lichtgeschwindigkeit etwa 8 Minuten beträgt. Das heißt, die Sonne, die wir in diesem Moment sehen, ist tatsächlich die Sonne von vor 8 Minuten. Wenn in diesem Moment die Sonne untergeht, werden wir 8 Minuten brauchen, um es zu bemerken. Das Sonnenlicht benötigt 8 Minuten, um die Erde zu erreichen. Diese 8 Minuten werden anhand der Zeit berechnet, die das Licht von der Sonnenoberfläche benötigt, um die Erde zu erreichen. Wenn wir also von der Zeit an zählen, in der das Sonnenlicht entsteht, wie lange dauert es, bis das Licht die Erde erreicht? Dies wird lange dauern. Woher kommt das Sonnenlicht? Es kommt aus dem Kern der Sonne, denn nur im Kern der Sonne herrschen ausreichend Druck und Temperatur, um eine Kernfusion von Wasserstoff auszulösen.

Die Sonne ist ein riesiger Stern mit einem Radius von 695.500 Kilometern. Für Photonen ist dieser Radius jedoch nicht sehr groß und die Flucht dauert weniger als 3 Sekunden. Doch so einfach ist das Problem nicht.

Im Kern der Sonne geborene Photonen können nicht so ungehindert umherschwirren wie im nahezu luftleeren Universum. Die Sonne ist ein Stern mit einer Dichte von etwa 1.408 Kilogramm pro Quadratmeter. Wenn Photonen vom Zentrum der Sonne zur Oberfläche laufen wollen, kollidieren sie mit verschiedenen Molekülen im Inneren der Sonne, sodass sie nicht wie ein Lichtstrahl geradeaus laufen können. Sie können nur in Form der Brownschen Bewegung zur Sonnenoberfläche diffundieren, was einige Zeit dauert. Um zu ermitteln, wie viel Zeit benötigt wird, müssen wir bei der Brownschen Bewegung selbst beginnen.

Unter Brownscher Bewegung versteht man die ununterbrochene, unregelmäßige Bewegung von Teilchen in einer Flüssigkeit oder einem Gas. Die Brownsche Bewegung wurde schon sehr früh, nämlich im Jahr 1827, entdeckt. Der Entdecker dieses Phänomens war kein Physiker, sondern der britische Botaniker R. Brown.

Als Botaniker ist Pollen sein regelmäßiges Forschungsobjekt. Einmal streute Brown zur Beobachtung Pollen ins Wasser und fand etwas Interessantes. Das heißt, der Pollen war ständig im Wasser in Bewegung. Brown beobachtete lange, aber der Pollen im Wasser hörte nicht auf. Also begann Brown, über den Grund nachzudenken. Brown stellte den Wasserbecher zunächst in einen geschlossenen Raum und beobachtete ihn, doch die Bewegung hörte immer noch nicht auf, sodass er eine „Luftstörung“ als Ursache ausschloss. Da die Ursache nicht in der Luft liegt, wird sie durch den Pollen selbst verursacht. Da Pflanzen Lebewesen sind, könnte also auch Pollen lebendig sein? Brown stellte die Hypothese auf, dass Bewegung ein aktives Verhalten von Pollen sein könnte.

Dieses Mal briet Brown den Pollen und streute ihn zurück ins Wasser, und der Pollen bewegte sich immer noch.

Brown dachte erneut: Wenn es kein Problem mit dem Pollen war, musste etwas im Wasser sein. Ja, es waren Mikroorganismen im Wasser. Also streute Brown den Pollen in Alkohol und Kerosin, und der Pollen bewegte sich trotzdem. Dies verwirrte Brown und er kam schließlich zu folgendem Schluss: „Aktive Moleküle sind in zahlreichen organischen und anorganischen Substanzen weit verbreitet.“ Übersetzt bedeutet dieser Satz, dass Leben überall ist, sei es Alkohol oder Kerosin. Offensichtlich ist Browns Schlussfolgerung falsch. Fast ein Jahrhundert später erkannten die Menschen die Existenz von Molekülen und Atomen und lösten schließlich das Rätsel der Brownschen Bewegung.

Ob gasförmig, flüssig oder fest, alle Materie besteht aus Molekülen oder Atomen, und Moleküle und Atome sind immer in Bewegung.

Da sich die Moleküle bewegen und Wasser aus Wassermolekülen besteht, kollidieren die Wassermoleküle während der Bewegung unvermeidlich mit großen Partikeln, wie beispielsweise Pollen, sodass sich auch der Pollen bewegt. Da die Bewegung der Wassermoleküle zufällig ist, scheint auch die Bewegung des Pollens zufällig zu sein. Da Temperatur im Wesentlichen auf Bewegung beruht, bewegen sich die Moleküle in einem Objekt umso schneller, je höher seine Temperatur ist. So bewegen sich Pollen in heißem Wasser schneller als in kaltem Wasser. An diesem Punkt war das Rätsel der Brownschen Bewegung endlich gelöst. Die Brownsche Bewegung selbst ist eine Art zufällige Bewegung. Können wir also die Zeit berechnen, die Photonen benötigen, die in Form der Brownschen Bewegung im Inneren der Sonne diffundieren, um vom Zentrum der Sonne aus die Oberfläche der Sonne zu erreichen? fähig.

Die Entfernung, die Photonen in Form der Brownschen Bewegung aus dem Inneren der Sonne nach außen diffundieren, hängt von drei Schlüsselfaktoren ab: der Geschwindigkeit der Photonen, der Diffusionszeit und der mittleren freien Weglänge.

Die mittlere freie Weglänge bezeichnet den durchschnittlichen Abstand zwischen zwei benachbarten Kollisionen von Molekülen. Speziell für die Sonne ist die Entfernung bekannt, die Photonen vom Zentrum bis zur Oberfläche der Sonne zurücklegen. Dabei handelt es sich um den Radius der Sonne, der 695.500 Kilometer beträgt. Auch die Geschwindigkeit der Photonen ist bekannt, nämlich die Lichtgeschwindigkeit, die 299.792.458 Meter pro Sekunde beträgt. Was die mittlere freie Weglänge von Photonen betrifft, die sich innerhalb der Sonne bewegen, so liegen zwar keine genauen Daten vor, doch schätzen Wissenschaftler, dass sie etwa 0,01 mm beträgt. Mit diesen drei bekannten Größen können wir die Zeit berechnen, die ein Photon benötigt, um vom Zentrum zur Oberfläche zu gelangen. Dies ist der Radius der Sonne geteilt durch das Produkt aus Lichtgeschwindigkeit und mittlerer freier Weglänge, was etwa 5 Millionen Jahre beträgt. Mit anderen Worten: Die Photonen, die auf uns scheinen, stammen von vor 5 Millionen Jahren.

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