Il sole

IL SOLE

Il Sole è la stella madre del Sistema solare, attorno al quale orbitano nove pianeti(Mercurio,il più vicino al Sole, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone);almeno 54 satelliti principali e numerosi anelli di materiali in frammenti; migliaia di asteroidi; una quantità di frammenti di varia origine e natura, troppo piccoli per essere chiamati pianetini:tali frammenti, se attratti dalla Terra tanto da attraversarne l'atmosfera, si arroventano per attrito e possono o bruciare completamente, come le meteore, o consumarsi solo in parte, nel qual caso il loro nucleo colpisce il suolo come meteorite; e, infine, numerose piccole masse ghiacciate che si manifestano sotto forma di comete. Il sole è classificata come una nana gialla, che fa parte delle altre milioni di stelle all'interno della Via Lattea. Ha una temperatura superficiale che le conferisce un colore bianco, ma appare giallo a causa dello scattering dell'atmosfera terrestre.  La stella da cui riceviamo costantemente luce e calore è una sfera gigantesca che ruota intorno a un proprio asse, ma con velocità diversa a seconda della latitudine: minore ai poli e crescente verso l'Equatore; la sua rotazione dura 25 giorni all'Equatore, mentre al polo dura più di 30 giorni , per cui almeno la parte più esterna della nostra stella non si comporta rigidamente, ma come un fluido. Il Sole è una potentissima fonte si energia, che viene irradiata senza posa in ogni direzione dello spazio. Un metro quadrato della superficie della Terra riceve dal Sole, quando questo è allo Zenit, energia, soprattutto sotto forma di luce e calore, per una potenza di circa 1000 W, pari a quella assorbita da un comune ferro da stiro. La potenza per unità di superficie è detta costante solare. La struttura del Sole può essere suddivisa in una serie di involucri concentrici, pur sapendo che, essendo tutti gassosi, non esistono tra di loro limiti precisi. Nel cuore del Sole, dove le temperature sono abbastanza elevate da mantenere attiva la catena protone-protone e dove la pressione gravitazionale dell'enorme involucro circostante è in grado di contenere la violenza esplosiva delle reazioni termonucleari, si è individuato così un nucleo che è la zona di vera produzione di energia e in cui aumenta continuamente l'elio a spese dell'idrogeno. L'energia in esso prodotta si trasmette per irraggiamento verso l'esterno con un processo di radiazione che interessa l'involucro gassoso, chiamato zona radiativa, in cui gli atomi dei gas assorbono ed emettono energia. Il trasporto di energia avviene per convenzione e questo involucro di gas più esterno, con pressioni e temperature minori, viene chiamato zona convettiva, organizzata su tre livelli, con celle convettive più grandi in profondità, responsabili della formazione della superficie luminosa del Sole, e più piccole verso la superficie solare. Le più piccole sono responsabili della formazione delle granulazioni brillanti visibili sulla superficie del Sol, che è chiamata fotosfera. Quest'ultima è l'involucro che irradia quasi tutta la luce solare e corrisponde, quindi, al disco luminoso del Sole. Quella che vediamo, in realtà, è solo la parte sommitale dell'involucro di gas incandescente che costituisce l'intera zona convettiva. La superficie della fotosfera non è liscia, ma presenta, su un fondo meno chiaro, una struttura a granuli brillanti. Ogni granulo dura solo pochi minuti, ma il movimento di tutti i granuli fa sembrare la superficie della fotosfera in continua ebollizione. La superficie brillante della fotosfera non è omogenea, ma appare costellata, con una certa periodicità, da macchie solari, continuamente variabili per dimensioni, per forma e, soprattutto, per numero. Sono piccole aree scure, depresse rispetto alla superficie circostante, nelle quali si distingue una zona centrale più scura, ombra, circondata da una fascia più chiara, penombra. In realtà tali strutture appaiono più scure solo per contrasto con la fotosfera, rispetto alla quale la loro luminosità è ridotta. Le macchie appaiono in genere a gruppi e in ognuno di tali gruppi si osserva una regolare evoluzione: per un certo tempo dopo la loro comparsa, le macchie aumentano di dimensioni e di numero, poi cominciano a ridursi fino ad estinguersi, mentre nascono e si sviluppano altri gruppi di macchie. Una caratteristica interessante delle macchie solari, nella quale probabilmente è la chiave per interpretare la natura e l'origine di tale complessa attività, è che alle grandi macchie è associato un forte campo magnetico, molto più intenso di quello terrestre. La loro migrazione viene rappresentata da un diagramma definito "farfalla di Maunder", dove le macchie si susseguono con cicli di opposta polarità. A volte i cicli di macchie solari si interrompono: in questi periodi sulla Terra non si verificano né tempeste magnetiche né aurore polari. All'esterno della fotosfera si trovano la cromosfera e la corona solare. La prima è un involucro trasparente di gas incandescente che avvolge la fotosfera ed è visibile per un breve tempo durante un'eclissi totale di Sole, quando la Luna nasconde completamente il disco della fotosfera; essa appare come un sottile alone roseo, il cui bordo esterno è sfrangiato in numerose punte luminose, che ricordano nell'insieme l'aspetto di una prateria in fiamme. La cromosfera è, in pratica, uno strato di transizione a bassa temperatura tra la fotosfera e la corona. Quest'ultima è la parte più esterna dell'atmosfera solare ed è formata da un involucro di gas ionizzati, sempre più rarefatti man mano che ci si allontana dalla sottostante cromosfera. La sua luminosità è così bassa che la corona si può osservare direttamente solo durante un'eclissi totale, quando assume l'aspetto di un tenue alone con una luminosità pari a metà di quella della Luna piena. Nella parte più estrema della corona le particelle ionizzate hanno velocità sufficienti per sfuggire all'attrazione gravitazionale del Sole e si disperdono perciò nello spazio come vento solare dai cosiddetti buchi coronali. Tra le attività del Sole nel descrivere la struttura c'è la continua produzione di energia che dal nucleo, attraverso la zona radiativa e la zona convettiva, raggiunge la superficie e viene irradiata nello spazio, e il flusso di particelle che si disperde come vento solare. I granuli della fotosfera e la terminazione della corona sono quindi tracce visibili della normale attività del Sole, dalla quale dipende la cosiddetta radiazione stazionaria. Esistono altri aspetti molto vistosi dell'attività della parte più esterna del Sole, che ne possono modificare lo stato "normale": uno è rappresentato dal periodico formarsi e scomparire delle macchie, gli altri sono le protuberanze e, soprattutto, i brillamenti. Le protuberanze sono grandi nubi filamentose di idrogeno che si innalzano dalla cromosfera e penetrano ampiamente nella corona. Esse si osservano durante un'eclissi totale come lingue luminose che sporgono dalla cromosfera; se si osservano, invece, contro il disco del Sole appaiono come strutture lunghe e oscure, chiamate filamenti. I brillamenti (o flares) sono violentissime esplosioni di energia, lampi di luce intensissimi associati a potenti scariche elettriche: compaiono in prossimità di grandi gruppi di macchie e nel giro di pochi minuti si propagano su un'area di milioni di km² , per poi estinguersi completamente. Nel corso di tali esplosioni vengono liberate enormi quantità di energia, con un'ampia gamma di radiazioni, che rinforzano notevolmente la radiazione stazionaria del Sole. Oltre a radiazioni di carattere ondulatorio, i brillamenti possono lanciare getti di materia gassosa incandescente, ma, soprattutto, emettono un intenso flusso di particelle atomiche che lasciano il Sole verso lo spazio viaggiando ad alta velocità. Nel caso dei flares più intensi, si osserva anche l'emissione di un'ultraradiazione, formata da particelle ad altissima energia che si propagano a velocità prossima a quella della luce. Quando un brillamento esplode in prossimità del centro del disco solare nel giro di 26 ore il flusso di particelle raggiunge il nostro pianeta. I velocissimi corpuscoli di origine solare colpiscono con violenza le particelle ionizzate dell'alta atmosfera terrestre, soffiandole verso la bassa atmosfera, dando origine alle aurore polari . la forma del campo magnetico terrestre fa sì che le particelle, elettricamente cariche, possono penetrare nell'atmosfera soltanto nelle zone prossime ai poli magnetici, dove, ionizzando gli atomi presenti, provocano l'emissione delle luci polari. Dopo un brillamento queste zone dell'atmosfera terrestre rimangono in stato di eccitazione per parecchi giorni, durante i quali le aurore assumono gli aspetti più fantastici. Contemporaneamente alle aurore polari, si verificano forti perturbazioni nel campo magnetico terrestre, chiamate tempeste magnetiche, anch'esse legate alle perturbazioni nella ionosfera. I flares sarebbero prodotti dagli stessi periodici rafforzamenti del campo magnetico, che, generati all'interno del Sole, risalirebbero fino alla fotosfera, dove provocherebbero le macchie, e si estenderebbero fino alla corona; divenuti instabili, tali rafforzamenti collasserebbero, con grande rilascio di energia sotto forma di flares. Nella "vita" della nostra stella i periodi di Sole calmo, si alternano con periodi di attività più o meno intensa, nel corso dei quali alla radiazione stazionaria si sovrappongono, sommandosi, radiazioni ondulatorie collegate soprattutto alla comparsa di macchie solari e brillamenti, e radiazioni corpuscolari emesse soprattutto dai brillamenti. L'interno del sole è costituito per almeno il 98% da idrogeno ed elio allo stato di plasma, cioè sotto forma di una miscela di elettroni liberi e di nuclei atomici. I due elementi sono presenti in quantità uguali, mentre elementi più pesanti non rappresentano complessivamente che il 2% della massa totale. La nostra stella è fatta di materia "riciclata", atomi che per formarsi hanno avuto bisogno di fornaci nucleari che esistono solo all'interno di stelle ben più grandi e massive del Sole. L'immagine che ne abbiamo ricavato è quella di una gigantesca sfera di gas ad elevate temperature, nel nucleo della quale sono in atto reazioni termonucleari che generano enormi quantità di energia. Quest'ultima si propaga, prima per radiazione, poi per convenzione, fino alla superficie del Sole, per irradiarsi successivamente nello spazio, sia come radiazione ondulatoria (luce, calore, onde UV, raggi X), sia associata a flusso di particelle (vento solare). La parte esterna del Sole è caratterizzata da una violenta attività (macchie, protuberanze, brillamenti), che sembra dovuta all'interazione tra il moto dei gas e il campo magnetico solare. A causa delle grandi dimensioni del sole e della limitata estensione del cono d'ombra della Luna, le eclissi totali di sole interessano zone piuttosto ristrette della superficie terrestre. Queste stesse eclissi sono, però, osservabili come eclissi parziali di sole da tutti i luoghi della Terra investiti dalla penombra, la quale si estende intorno all'ombra migliaia di km. Tra le eclissi di Sole, presentano un interesse particolare le eclissi anulari, che si verificano quando la Luna si trova in uno dei nodi e contemporaneamente sta alla sua massima distanza dalla Terra. In queste condizioni il cono d'ombra della Luna non giunge a toccare la superficie terrestre e quindi essa non riesce ad occultare completamente il disco solare, del quale si può vedere la parte periferica a forma di anello luminoso; perciò durante le eclissi anulari è possibile eseguire interessanti osservazioni e studi sugli involucri più esterni del Sole. Poiché nelle eclissi solari è l'ombra della Luna che produce l'occultamento del Sole e quest'ombra si va spostando velocemente con il muoversi della Luna sulla sua orbita, dai diversi luoghi della Terra che sono interessati successivamente al fenomeno l'eclisse può essere osservata per un periodo di tempo piuttosto breve. Le prime ipotesi formulate sull'origine del Sistema solare prevedevano un'origine comune per il Sole e i pianeti, che si sarebbero formati a partire da una "nube solare", che si avviava alla contrazione, al collasso, alla rotazione e al disporsi in forma di disco. La contrazione crea calore, il nucleo denso e caldo diviene un primitivo Sole, altre parti rimaste nella nube vanno a formare pianeti e satelliti. Questa ipotesi è detta monistica, perché fa derivare tutto da un solo ammasso nubiforme. Dopo un secolo, G.L. de Buffon espose una delle ipotesi dualistiche: da un Sole già esistente, una cometa strappa, passandogli vicino, grossi frammenti che diventano pianeti e satelliti. Poco dopo, I. Kant e P.S. de Laplace riproposero la vecchia teoria monistica su basi rinnovate: la nebulosa solare originaria aumenta la velocità di rotazione in proporzione alla contrazione del gas, provocando una forza centrifuga che causò il distacco di alcune parti della nebulosa: tali parti avrebbero costituito i vari pianeti e satelliti, mentre il nucleo centrale della nebulosa avrebbe dato origine al Sole. Successivamente J. Jeans espose una nuova ipotesi, riprendendo un'idea di Buffon. Essa ipotizzava che una stella passando nelle vicinanze del Sole primitivo, avrebbe provocato un'enorme onda mareale, che proiettò parte della materia solare verso l'esterno, dalla quale si sarebbero originati i vari pianeti. Queste ipotesi risultarono tutte geniali, ma adatte solo alle conoscenze astronomiche d'allora e non idonee per i dati astrofisici attuali. Oggi si pensa che il Sistema solare si sia formato da una grande nebulosa, cioè una fredda e rarefatta nube di gas e polveri finissime, la cui composizione chimica comprende idrogeno, elio e polvere cosmica. La nebulosa continuò ad arricchirsi di elementi pesanti finchè una causa sconosciutane perturbò la struttura, costringendo una vasta porzione della nube a collassare suse stessa in un vortice gigantesco. Nella progressiva contrazione e con il crescere della velocità di rotazione la nube assunse la forma di un disco appiattito, nel cui centro si andò accrescendo un nucleo sempre più caldo e denso, detto "protosole". All'interno del disco, ripetute collisioni tra granuli di ghiacci e di polveri portarono all'aggregazione di corpi via via maggiori, fino alle dimensioni degli asteroidi, e questi ultimi, in continua collisione tra loro, andarono ripetutamente frantumandosi per riaggregarsi poi in corpi di dimensioni sempre maggiori, detti "planetesimali".