我们每天都在过着“日出而作，日落而息”的生活，那么你可曾思考过我们每天早上迎接的第一缕阳光，是用了多久才来到地球的吗？有的人说是8分钟20秒，因为光速c为30万公里每秒，而日地的平均距离是1.5亿公里。这个时间并没有错，但计算的只是光子从太阳表面达到地球的时间，并没有加上光子在太阳内部“飞行”的时间。
太阳半径大约为69万公里，光速飞行仅仅2秒多钟，那么这几十万年的时间到底是怎么得出来的哪？今天就来看一下，光从产生到达地球上到底有多长时间。
图源网络：地球绕太阳公转为椭圆轨道，平均距离1.5亿公里
1.太阳光的产生-核聚变
核聚变大多数人应该都不会陌生，简单的理解就是两个原子核在高温、高雅的环境下发生融合，损失质量释放巨大能量，人类对于核聚变的应用目前只在军事上那就是氢弹。而核电站里发生的核反应是核裂变，过程和核聚变相反但是相对来说更容易控制发生。
而太阳的发光发热本质上来说就是核聚变反应，但是核聚变反应的条件非常苛刻，需要非常高的温度和压强。太阳作为太阳系的核心，质量占据了太阳系总质量的99.85%，自身的引力塌陷作用使内核处产生了2500亿个大气压标准大气压，以及1500万摄氏度的高温。在这样的条件下太阳内部每秒钟将会有6亿吨氢核发生聚变，形成5.95亿吨的氦核，损失掉的500万吨质量，最终就是光和热，当然地球上所能接收到的辐射能量仅占据总辐射能量的二十亿分之一。
因为核聚变只能发生在太阳内核处，大约也就是40万公里的直径内，光子产生后需要跨越30万公里的辐射区以及19万公里跨度的对流区，之后才能到达太阳表面开始太8分钟20秒的“旅程”。
2、光子在太阳内部如何“飞行”
为了说明这个问题就先要介绍一个概念：随机漫步模型。
图源：《从一到正无穷》
随机漫步模型又被形象的称为醉汉随机行走问题，这可以更好的让我们理解，一个醉汉没有了方向意识，它的每一步行走都是随机的，那么他向前后左右四个方向的概率就是相同的，很可能发生一种状况从A点走到B点，之后这个醉汉又从B点返回了A点。但是通过大量的数据得到的结果是，这个醉汉随着行走会距离出发点越来越远。
图源网络：计算机模拟出来的结果
而光子在太阳内部的运动就类似于这样的模型，太阳内部聚集着大量的等离子，每运动一小段距离，光子就会和其它粒子发生碰撞被吸收，仅仅69万公里的距离，光子可能需要飞行几十万年的时间。
3、“光子”的艰难旅程
太阳内核处的聚变除了生成氦四之外，就是产生了γ射线光子和中微子，中微子几乎不与其他任何物质发生相互作用，因此在产生了2秒多钟就飞出了太阳。像我们的身体每时每刻就有大量的中微子穿过，但是γ射线光子就不同了，它会不断地与其它粒子碰撞被吸收，之后再被释放，就这样的随即反复过程需要持续1万-17万年的时间。每一次碰撞光子都会损失能量，最终达到太阳表面就变成了波长较长的电磁波，例如X射线、紫外线或者电磁波。
4、总结：
每个人计算这个时间都不会得到相同的值，因为在计算过程中需要加入大量假设的前提条件，太阳内部等离子体并非是均匀分布，从内到外类似于分成结构，而每层的结构密度都不相同。密度决定了光子需要和多少个质子碰撞才能飞出太阳，这样可以得到光子的自由行程。在把太阳内部密度均匀来看的时候，计算出的时间大约是4000亿年，但实际上太阳的寿命也仅仅不过50亿年，目前被公认的最可能时间是1万年-17万年之间。现在我们知道每天清晨迎接到的那缕阳光，是在十几万年前就已经产生了。
参考资料：
Mitalas, R. and Sills, K. 1992, "On the photon diffusion time scale for the sun", The Astrophysical Journal, Vol. 401, p. 759-760.Odenwald, S. F. 2004 - "How old is sunlight?" A classroom activity on the random walk problem. https://image.gsfc.nasa.gov/poetry/MathDocs/sunlight.html
文/科学黑洞，图片来源网络侵删。
