IL SOLE

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Il Sole è una comune stella G2, una delle più di 100 miliardi di stelle della nostra galassia.

Il Sole è di gran lunga l'oggetto più grande nel sistema solare.

Esso contiene infatti più del 99.8% della massa totale del sistema solare (e Giove contiene la maggior parte di quella restante).

Il Sole è personificato in molte mitologie: i Greci lo chiamavano Helios e i Romani lo chiamavano Sol.

Attualmente il Sole è costituito per circa il 75% da idrogeno e per il 25% da elio, se si considera la massa (92,1% di idrogeno e 7,8 di elio se si considera il numero di atomi); tutto il resto (“metalli”) ammonta a solo 0,1%. Le percentuali cambiano, sia pure lentamente, con il passare del tempo, poiché il Sole nel suo nucleo converte l'idrogeno in elio.

Gli strati esterni del Sole mostrano una rotazione differenziata: all'equatore la superficie ruota con un periodo di 25,4 giorni, mentre vicino ai poli esso è pari a 36 giorni. Questo strano fenomeno è dovuto al fatto che il Sole non è un corpo solido come la Terra. Effetti analoghi vengono osservati nei pianeti gassosi. La rotazione differenziata si estende notevolmente in profondità all'interno del Sole, ma il nucleo solare ruota come un corpo solido.

Le condizioni nel nucleo del Sole sono davvero estreme. La temperatura raggiunge i 15,6 milioni di gradi Kelvin e la pressione è di 250 miliardi di atmosfere. I gas del nucleo hanno una densità 150 volte maggiore di quella dell'acqua.

La produzione di energia del Sole (3.86e33 ergs/secondo o 386 miliardi di miliardi di megawatt) è determinata dalle reazioni di fusione nucleare. Ogni secondo, circa 700.000.000 di tonnellate di idrogeno vengono convertite in circa 695.000.000 di tonnellate di elio e 5.000.000 di tonnellate (=3.86e33 ergs) di energia sotto forma raggi gamma.

Viaggiando verso l'esterno, l'energia è continuamente assorbita e riemessa a temperature sempre più basse, cosicché quando raggiunge la superficie appare soprattutto come luce visibile. Per l'ultimo 20% del percorso verso la superficie l'energia viene portata più dalla convezione che dalla radiazione.

La superficie del Sole, chiamata fotosfera, ha una temperatura di circa 5.800 K. Le macchie solari sono regioni “fredde”, solo 3.800 K (esse appaiono scure solo in confronto alle regioni circostanti). Le macchie possono essere molto ampie, fino a 50.000 km di diametro. Esse sono causate da complicate interazioni, non ancora molto ben comprese, con il campo magnetico solare.

Una piccola regione detta cromosfera si stende al di sopra della fotosfera.

La zona estremamente rarefatta sopra la cromosfera, chiamata corona, si estende per milioni di chilometri nello spazio ma è visibile solamente durante le eclissi (a sinistra). Le temperature della corona superano il milione di gradi Kelvin.

Il campo magnetico del Sole è molto forte (in base ai parametri terrestri) e assai complesso. La sua magnetosfera (conosciuta anche come eliosfera) si estende ben al di là di Plutone.

Oltre al calore e alla luce, il Sole emette pure una corrente di particelle cariche (per lo più elettroni e protoni), nota come vento solare, che si propaga attraverso il sistema solare ad una velocità di circa 450 km/sec. Il vento solare e le particelle molto più energetiche eiettate dai brillamenti solari possono avere effetti notevoli sulla Terra, dai colpi di corrente, alle interferenze radio, alle stupende aurore boreali.

Dati raccolti di recente dalla sonda Ulysses mostrano che il vento solare che proviene dalle regioni polari viaggia ad una velocità quasi doppia, 750 km/sec, di quella alle basse latitudini. Anche la composizione del vento sembra essere differente sopra le regioni polari. Il campo magnetico del Sole sembra invece essere sorprendentemente uniforme.

Ulteriori studi del vento solare verranno effettuati dalle sonde, lanciate di recente, Wind, ACE e SOHO dal punto dinamicamente stabile tra la Terra e il Sole, a circa 1,6 milioni di chilometri dalla Terra.

Il vento solare ha notevoli effetti sulle code delle comete, e perfino sulle traiettorie delle sonde.

Spettacolari “anelli” e protuberanze sono spesso visibili sul bordo del Sole (a sinistra).

L'energia sviluppata dal Sole non è sempre costante. E nemmeno il numero di macchie solari. Ci fu un periodo di attività molto scarsa durante la seconda metà del XVII secolo, chiamato Maunder Minimum. Esso coincise con uno strano periodo di freddo nell'Europa settentrionale, conosciuto anche come Piccola Età Glaciale. Dalla formazione del sistema solare, l'energia sviluppata dal Sole è aumentata di circa il 40%.

Il Sole ha più o meno 4,5 miliardi di anni. Dalla sua nascita ha utilizzato all'incirca metà dell'idrogeno del suo nucleo. Continuerà a brillare “tranquillamente” per altri 5 miliardi di anni o quasi (sebbene alla fine la sua luminosità sarà raddoppiata). Ma a quel punto terminerà il suo carburante idrogeno. Ciò causerà radicali cambiamenti i quali, pur essendo assolutamente normali per gli standard stellari, provocheranno la totale distruzione della Terra (e probabilmente la creazione di una nebulosa planetaria).
L'Atmosfera solare

Al di sopra della fotosfera i gas solari si estendono nello spazio per distanze anche di migliaia di chilometri, formando l'atmosfera solare, che diviene sempre più rarefatta e quindi più trasparente mano a mano che si procede verso l'esterno.
L'atmosfera solare è distinta in due regioni:

la cromosfera,

la corona.

La Cromosfera

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La cromosfera, così chiamata per il suo colore rosso vivo dovuto alla composizione prevalentemente di Idrogeno, è lo strato gassoso che sovrasta immediatamente la fotosfera fino ad un'altezza di circa 15.000 km, visibile nel corso di un'eclisse di Sole o, in assenza di eclissi, con strumenti particolari detti coronografi.

Osservata con forte ingrandimento al telescopio, la bassa cromosfera appare costituita da innumerevoli lingue di fuoco, dette spicole, ondeggianti, al punto da suggerire l'immagine di una prateria in fiamme, che si estendono verso l'alto per circa 7000 km.

La temperatura della cromosfera è, nella sua parte bassa, inferiore a quella della fotosfera; a partire da circa 500 km di quota comincia a salire, fino a raggiungere qualche milione di gradi nella parte più alta.

La cromosfera solare è sede di fenomeni di intensa attività: le eruzioni cromosferiche.

Le eruzioni cromosferiche

In corrispondenza alle zone fotosferiche dove appaiono macchie o gruppi di macchie, si verificano fenomeni che investono l'atmosfera solare. All'interno della cromosfera o più frequentemente nella ristretta regione fra le macchie in sviluppo e soprattutto in vicinanza della linea di separazione fra i forti campi magnetici di polarità opposta, vengono osservate le eruzioni cromosferiche, vere e proprie esplosioni di materia e di luce, accompagnate da emissione radio ed X.

All'improvviso, e per qualche minuto o qualche ora, una parte di un'area attiva diventa luminosissima.

Riprese cinematografiche mostrano che un'eruzione provoca l'innesco di processi simili in regioni anche distanti decine di migliaia di chilometri della fotosfera in modo fulmineo. Tutto il processo ha la caratteristica di un'esplosione accompagnata da una forte contrazione della materia in un certo volume di cromosfera. La quantità totale di energia, che si sprigiona sotto forma di radiazione ottica, ultravioletta, X e radio, supera i 1021 joule, una quantità veramente enorme!

Per avere un idea dell'ordine di grandezza basti pensare che è quella necessaria per sollevare una massa di centomila miliardi di tonnellate fino ad un'altezza di mille metri sulla superficie della Terra.

La corona solare

La corona solare si estende, oltre la cromosfera, fino a distanze di milioni di chilometri ed è costituita da un gas estremamente rarefatto, qualche milionesimo di microgrammo per centimetro cubo. Questo spiega il fatto che essa non sia normalmente visibile, così come invece lo è la fotosfera, ma appare in tutto il suo splendore solo durante le eclissi totali di Sole, con una luminosità circa uguale a quella della Luna piena.

La temperatura della corona solare è di qualche milione di gradi. Questo fatto comporta un elevatissimo grado di ionizzazione del gas che è quindi un plasma. I gas ionizzati della corona solare subiscono fortemente l'influsso dei campi magnetici solari, sia di quello globale, sia di quello molto intenso associato alle macchie solari.

La conseguenza è che la forma della corona e la sua estensione possono cambiare fortemente in concomitanza con l'attività solare: con il Sole attivo si presenta di forma circolare e simmetrica, mentre è fortemente asimmetrica nei periodi di Sole calmo.

Nei periodi di intensa attività solare la corona solare è sede di protuberanze.

Conseguenza dell'alta temperatura è la straordinaria estensione della corona, che per questo motivo tende ad espandersi, anche se si mantiene in una sorta di equilibrio dinamico. Nonostante l'espansione sia continua, la densità è mantenuta costante nel suo insieme da un flusso continuo di particelle provenienti dal Sole, in prevalenza protoni ed elettroni, che danno luogo al vento solare.

La corona solare presenta molti enigmi non ancora del tutto risolti. Uno di questi è dato dalla sorgente di energia che causa il riscaldamento della corona ad una temperatura estremamente più elevata di quella fotosferica, che si trova al suo interno. Molte teorie in proposito sono state formulate, alcune convincenti ed in accordo con i dati sperimentali, ma il problema è lungi dall'essere stato risolto.

Le protuberanze

Il Giornale OnlineLe protuberanze sono formazioni attive osservabili nella corona solare, di colore rosso vivo per la predominanza di idrogeno, intimamente legate all'evoluzione dei gruppi di macchie solari.

Le protuberanze sono le più grandi formazioni dell'atmosfera solare, estese per centinaia di migliaia di chilometri e con una larghezza dell'ordine di 10.000 km circa. La loro parte inferiore si confonde con la cromosfera realizzando così uno scambio permanente di materia tra la cromosfera e la corona.

Le protuberanze possono assumere forme e dimensioni molto varie; le più frequenti si elevano quasi perpendicolari alla superficie del Sole, per poi ricadere su di essa, formando struttura arcuate. Ai primi stadi di sviluppo di una zona attiva di macchie, si formano delle protuberanze stabili, dette protuberanze quiescenti; successivamente si sviluppano nella protuberanza getti di materia, dette protuberanze eruttive, animate da rapido movimento.

Il vento solare

Il vento solare è costituito da un flusso continuo di particelle provenienti dal Sole, in prevalenza protoni ed elettroni, che, sfuggite alla gravitazione del sole, sono in grado di raggiungere le regioni più estreme del Sistema solare, fino all'orbita di Plutone, il pianeta più esterno del Sistema solare, ed anche oltre.

Alla distanza della Terra il vento solare ha una velocità di circa 400 km/sec, con una densità di poche decine di particelle per centimetro cubo. Il vento solare, nel momento in cui raggiunge la Terra è causa di importanti fenomeni, che vanno sotto il nome di relazioni Sole Terra.

L'attività solare

La comparsa delle macchie solari sulla fotosfera denota una certa condizione di irrequietezza dinamica del Sole. Altri fenomeni occasionali fortemente energetici, che si accompagnano alla comparsa delle macchie, coinvolgono anche l'atmosfera solare.

L'insieme di tutti questi fenomeni, dei quali la comparsa delle macchie è il segno più facilmente evidente, costituiscono l'attività solare e le zone dove i fenomeni si presentano sono dette zone attive del Sole.

Nei momenti in cui tali fenomeni si manifestano si parla di Sole attivo; in assenza di questi si parla di Sole calmo.
Uno dei fenomeni fotosferici collegato all'attività solare è quello costituito dalle facole, regioni più brillanti della fotosfera rispetto a quelle circostanti, che non vanno confuse con la granulazione. Nell'area della loro comparsa si generano solitamente le macchie solari. Nelle facole l'intensità del campo magnetico diviene centinaia di volte maggiore di quello globale. L'estensione dell'insieme delle facole può arrivare a coprire una frazione importante della superficie solare visibile.

Formazioni attive osservabili nelle corona sono le protuberanze. Infine, in corrispondenza a certe zone attive del Sole, come le macchie e le eruzioni cromosferiche, si riscontrano nella corona delle aree calde, dette condensazioni coronali, con temperature sui 4 milioni di gradi e densità sensibilmente superiori a quelle circostanti.

Relazioni Sole-Terra

La relazione più importante Sole-Terra è certamente quella in base alla quale la nostra stessa esistenza viene assicurata dal flusso continuo e costante di energia, che procura temperature vivibili, anche se con differenze da luogo a luogo e da stagione a stagione. Tuttavia altri fenomeni interessano la Terra, principalmente a causa del vento solare e dell'attività solare.

Gli sciami di particelle del vento solare, interagendo col campo magnetico terrestre, si dirigono verso i suoi poli ed, entrando in collisione con gli ioni dell'alta atmosfera, la cosiddetta ionosfera, danno luogo ad una debole luminescenza del cielo.

Al di là delle manifestazioni particolari, cui abbiamo accennato, non v'è dubbio che il ciclo di attività solare abbia i suoi riflessi sulla Terra, sulle sue vicende meteorologiche, sulle stagioni, forse sulla fisiologia stessa delle piante e degli animali, uomo compreso. Si è trovato infatti che lo spessore degli anelli di accrescimento delle piante è correlato al ciclo di attività solare, o almeno con la serie storica dei numeri di Wolf.

Estrapolando verso il passato tale correlazione, sulla base degli spessori degli anelli di accrescimento di piante secolari o millenarie fossili, in modo da ricostruire i numeri di Wolf per le epoche in cui tali dati non sono disponibili, si sono trovate interessanti correlazioni tra il ciclo di attività solare e le glaciazioni terrestri.

è importante per lo sviluppo e il mantenimento della vita sulla Terra e consiste in una successione di periodi caldi e freddi in cui la temperatura media della Terra diminuisce di 5-10 gradi (periodi glaciali) o aumenta di altrettanto (periodi interglaciali).

Le cause di queste fluttuazioni sono state

* prettamente terrestri – polveri immesse in atmosfera da eruzioni vulcaniche e in grado, trasportate dai venti, di attutire l'intensità della radiazione solare sulla superficie terrestre o diminuzione della concentrazione di gas serra in atmosfera;

* miste terrestri-astronomiche – polveri dovute ad impatti di meteoriti di grandi dimensioni oppure il ruolo giocato dalla radiazione ultravioletta e dalla sua variabilità nella formazione dello strato di ozono;

* astronomiche – variazioni nell'emissione solare causate dalla naturale evoluzione del Sole; presenza di agglomerati molto vasti di macchie e facole, in grado di modificare la superficie radiante del Sole in un continuo bilanciamento reciproco, regolato dai campi magnetici solari; influenze dovute a cambiamenti nell'obliquità dell'asse di rotazione terrestre (con un periodo di circa 41000 anni) o alla precessione degli equinozi (periodo di circa 26000 anni).

Dagli studi finora effettuati appaiono in tutta evidenza le relazioni tra la variabilità solare e parametri terrestri che interessano zone comprese tra la superficie terrestre e molte centinaia di chilometri sopra di essa. Sono presenti cicli decennali, in fase con l'attività solare, nella temperatura superficiale della Terra e nell'atmosfera, dalla troposfera alla termosfera.

È anche chiara la connessione tra l'attività complessiva del Sole e la temperatura della Terra negli ultimi secoli; molto meno chiaro e per certi versi ambiguo è capire se le connessioni osservate nei secoli passati sono state controllate dalla variazione dell'emissione solare o se sono dipese da fattori legati meno direttamente al Sole.

In ogni caso, indipendentemente dalle cause che le hanno provocate, delle variazioni di temperatura possiamo dire che:

* hanno avuto ed hanno tuttora una grande influenza sulle specie animali e vegetali che abitano la Terra e in particolare influenzano il loro continuo adattarsi alle condizioni ambientali;

* malgrado la loro influenza, però, non sono state in grado di cancellare la vita sulla Terra. È vero, come si pensa attualmente, che potrebbero essere state la causa della scomparsa dei dinosauri ma, allo stesso tempo, potrebbero essere state la causa dell'evoluzione dei mammiferi fino ai primati e all'uomo. E questo sarebbe “normale avvicendamento” sulla scena terrestre delle forme di vita che meglio resistono alle condizioni ambientali contingenti e non “distruzione della vita”;

* da circa 200 anni, cioè da quando è iniziata la rivoluzione industriale, sono legate anche alle attività umane che immettono nell'atmosfera grandi quantità dei cosiddetti “gas serra”, gas che favoriscono ed aumentano il riscaldamento dell'atmosfera terrestre. Il ritmo alto e accelerato con cui questi gas sono immessi in atmosfera fa pensare che il sistema Terra possa non essere in grado di reagire e di adattarsi ai cambiamenti climatici conseguenti.

Le aurore polari
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In condizioni di Sole attivo, soprattutto in occasione di una grossa eruzione cromosferica o della comparsa di un grosso gruppo di macchie al meridiano centrale del Sole, si aggiungono sciami occasionali di particelle molto veloci espulse dai centri di attività solare, la cui velocità varia entro ampi limiti, fino a circa 40.000 km/s.

Tali particelle raggiungono la Terra entro poche ore dalla comparsa di un fenomeno di attività, dando luogo ad una varietà di fenomeni. Giunge per prima, in circa otto minuti, l'ondata di radiazione ultravioletta ed X che viaggia alla velocità della luce nel vuoto. La conseguenza è una fortissima ionizzazione dell'alta atmosfera, con fortissimi disturbi nelle radiocomunicazioni. Poi, un'ora dopo, giungono i protoni più veloci, appena deviati dal campo magnetico terrestre.

Infine arriva, tra le 20 e le 40 ore dopo, il grosso delle particelle più lente, che, deviate dal campo magnetico terrestre, si concentrano ai Poli terrestri producendo una intensa ionizzazione della ionosfera. Si scatena, allora, una vera e propria tempesta magnetica: le bussole impazziscono mentre le radiocomunicazioni, già disturbate, possono addirittura interrompersi. Nel cielo notturno, nelle regioni artiche ed antartiche in vicinanza dei poli magnetici del campo magnetico terrestre, avvampa una forte luminescenza caratteristica, una aurora polare.

Il cielo appare tutto drappeggiato da coltri luminescenti che ondeggiano, che avvampano e si attenuano, mentre larghi fasci di luce si proiettano attraverso il cielo come il riverbero di un incendio lontano. Le aurore polari durano alcune ore; poi i fenomeni si attenuano e a poco a poco scompaiono, finché si ritorna alla normalità. Occasionalmente, in condizioni di particolare intensità dell'attività solare, le aurore polari possono spingersi anche a latitudini temperate.

Fonte: bo.astro.it

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IL SOLE ultima modifica: 2007-07-13T22:38:21+00:00 da Quantico
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