太阳到地球的距离约为1.5亿千米，光在真空中的速度约为每秒30万千米。
一束光从太阳出发到达地球，需要8分20秒。但在这之前，如果一个光子想要逃离太阳，却要花费上百万年的时间。
这究竟是怎么一回事？在这个过程中，光子经历了怎样的旅程？而这一结果又是如何得出的呢？
关键词：科普；太阳结构；光子辐射；随机行走
一个光子要逃离太阳的话，几乎会把所有时间消耗在最开始的40万km处，也就是辐射区，需要100 000~1 700 000 年。
在这段区间内，这个光子一天只能向外走不到10米（太艰难了）。
随后的10万多km比较轻松，10天左右就可以走完。而离开太阳大气之后，便只需用8分钟走完1.5亿km，就能到达地球。
因为太阳的辐射区这一部分非常致密，所以光子自由程很小——可以理解为光子在从日核往外走的过程中，不停地撞来撞去，所以走了非常长的光程。
太阳结构
太阳的内部结构分为三层：日核，辐射区，对流区
能量产生在日核。这些能量在通过辐射区的过程中的主要传输形式是辐射，而在穿过对流区的时候的主要输运形式则是对流。
辐射区比对流区要致密的多，所以光子自由程短，碰撞次数多，会“走很多弯路”，从而很大幅度的延长光程，如下图：
因此，一个在日核附近产生的光子如果不被吸收或者发生光子核反应。或者类似地转化成其他形式的能量，则要百万年才能从产生地到离开太阳。
好辛苦的小光子。
光子在辐射区的随机行走
对于光子在辐射区里的传播时间，不同的学者通过不同的方法给出过很不同的结论。
这里可以给出一个非常简单的模型来估计辐射区域的时间量级。
考虑一个光子从坐标为0的位置出发，出发之后会经过电子或者质子的散射，机制类似汤姆孙散射【电磁辐射和一个自由带电粒子产生的弹性散射。入射电磁波的电场使粒子加速，从而激发粒子产生和入射波频率相同的辐射（散射波）】，也有可能会被吸收，如下图：
上图这个过程的逆过程就是发射过程，吸收之后有可能会被再次发射，然后再次被吸收。对于这个吸收和再发射的过程，我们可以认为这是一次光子和有质量的粒子进行的有能量交换的碰撞。
这样的吸收和再发射过程，导致光子经历所谓碰撞之后的出射方向和它的入射方向没有任何关系。这样的过程就可以用随机行走来描述。
假设一个光子从原点0开始，在一维的空间里走，每走单位长度1就会碰撞一次，有可能改变方向，也有可能维持原有方向。所以第一步的结果可能是+1或者-1。 如果第一步是+1，那么第二部分的结果可能是0或者+2。同样的，如果第一步是-1，则下一步就是等可能性的-2或者0。就这样一直漫无目的地走，直到走到边界的位置。
在这个过程中有个很重要的概念是：平均自由程（这里记为d）。就是平均下来一次碰撞所经历的路程。
现在在二维情形下考虑这个问题：
经历N次碰撞之后的结果是：
N次碰撞之后距离原点的平均距离是：
又因为任何两次碰撞之间的角度不相关所以有：
也就是经历N步之后的平均距离是：
光子从中心走到边缘的时间取决于平均自由程d。定性地来说平均自由程有如下表达式：
其中 k 是单位质量的吸收系数，而 ρ 是密度，对于太阳辐射区，有：
所以d大致是 10^−5 的量级。辐射区的厚度是 10^8 m的量级。
所以可以算出来N：
进而可以给出总路程：
在这个路程上光子在致密介质中的波速要显著低于真空光速,这里取1/10倍光速，则有：
结论
10^7年，也就是百万量级，这就是我们估计的光子穿过辐射区所需要的平均时间。
上面的估算用到了很多假设和近似，所以是一个非常粗略而定性的估计，仅仅给出一个大致的数量级，不过但看这个数量级也是十分惊人了。
前人结果也是几万年到几十万年不等，因为我们对于太阳内部还知之甚少，仅仅通过日震学对于内部分层结构有所了解。所以光子经历时间的估计也只是能给出大致的数量级。
正如康德在他的著作《实践理性批判》中所说：
“有两种东西，我对它们的思考越是深沉和持久，他们在我心灵中唤起的赞叹和敬畏就会越来越历久弥新，一是我们头顶浩瀚灿烂的星空，一是我们心中崇高的的道德法则。”
越是探索宇宙，我们越能认知到人类的渺小。与宇宙尺度的事件动不动几百万、几千万、乃至上亿年的时间量级比起来，人类的历史实在不过沧海一粟。
而正是这样的人类，却能怀抱着无限的好奇心，努力地探索未知，从古至今，不断一步一步地迈向更广阔的空间。
星辰与我们作伴，我们将不断前进。
参考资料：
[1] 2006 Lisa [http://physics.wooster.edu/JrIS/Files/Walker_Web_Article.pdf ] 给出的结果是 3∗10^6 年。
[2] 1992 Mitalas, R [On the photon diffusion time scale for the sun] 给出的结果是 1.7∗10^5 年
[3] 图片来源 xinhuanet.com及https://www.pexels.com/
[4] 动图来源 https://giphy.com/
