La stella Sole

La stella Sole

Il Sole ha un raggio medio di circa 700.000 km (pari a 109 volte il raggio della Terra), volume pari a 1,41210^18 km^3 (pari a 1.300.000 volte il volume terrestre), densità media di 1,41 g/cm^3 (pari a ¼ di quella della terra). L'accelerazione di gravità, alla sua superficie, è circa 28 volte quella terrestre (tanto che un uomo di 70 kg sulla superficie del Sole peserebbe circa 2.000 kg).

Il Sole ruota intorno a un proprio asse, con velocità diversa a seconda della latitudine (minore ai poli e crescente verso l'Equatore); la rotazione dura 25 giorni all'Equatore, mentre al polo dura più di 30 giorni, per cui almeno la parte più esterna del Sole non si comporta rigidamente, ma come un fluido.

Il Sole è una potente fonte di energia; un m^2 della Terra riceve dal Sole allo Zenit energia per una potenza di circa 1.000 W. La potenza per unità di superficie è detta costante solare. La potenza di irraggiamento totale del Sole è di 380.000 miliardi di miliardi di kW.

La struttura del Sole

La struttura del Sole può essere suddivisa in una serie di involucri concentrici (gassosi: non esistono dunque limiti netti tra essi):

l'interno del Sole, formato da un nucleo avvolto da una zona radiativa, che passa a sua volta a una zona convettiva; esso contiene quasi tutta la massa solare e non è accessibile all'osservazione diretta;

la superficie visibile (fotosfera);

l'atmosfera, distinta in due strati: cromosfera e corona.

L'interno del Sole. Nel cuore del Sole hanno luogo reazioni termonucleari, la cui violenza esplosiva è contenuta dalla pressione gravitazionale dell'enorme involucro di materiali sovrastanti. Il nucleo, la zona di vera produzione di energia, ha un raggio di circa 150.000 km e in esso aumenta costantemente l'elio a spese dell'idrogeno.

L'energia da esso si trasmette verso l'esterno con un processo di radiazione che interessa l'involucro gassoso circostante, spesso circa 450.000 km, chiamato zona radiativa, in cui gli atomi dei gas assorbono ed emettono energia, ma per la minor temperatura non danno luogo a reazioni nucleari. Alla profondità di circa 10.000 km i gas, per la minore pressione, sono meno stabili e si innescano giganteschi movimenti convettivi. Il trasporto di energia avviene quindi per convezione e questo involucro di gas più esterno viene chiamato zona convettiva.

La superficie del Sole. La fotosfera (<<sfera di luce>>) è l'involucro che irradia quasi tutta la luce solare e corrisponde al disco luminoso del Sole. La temperatura media superficiale del Sole è di 5.785 K e ad essa è dovuto il suo colore giallo.

La superficie della fotosfera presenta una struttura a granuli brillanti (granulazione), i quali segnano l'affiorare di gigantesche bolle di gas molto caldi e corrispondono alla parte sommitale dei movimenti in atto nella sottostante zona convettiva. La superficie inoltre non è omogenea, ma appare costellata con una certa periodicità di macchie solari. Esse 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).

L'atmosfera del Sole. La cromosfera è un involucro trasparente di gas incandescenti che avvolge la fotosfera, con uno spessore di circa 10.000 km. E' visibile per breve tempo durante un'eclissi totale di Sole, quando la Luna nasconde completamente il disco della fotosfera: la cromosfera appare allora come un sottile alone roseo, il cui bordo esterno è sfrangiato in numerose punte luminose, dette spicole.

La corona 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. 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.

L'attività solare

Oltre alle macchie solari, esistono altri aspetti vistosi dell'attività della parte più esterna del Sole, che ne possono modificare sensibilmente lo stato "normale": le protuberanze e, soprattutto, i brillamenti (o flares).

Le protuberanze sono grandi nubi di idrogeno che si innalzano dalla cromosfera e penetrano ampiamente nella corona; hanno forma di fiammate, vortici, archi giganteschi.

I brillamenti (flares) sono violente esplosioni di energia, lampi di luce intensissimi associati a potenti scariche elettriche: compaiono di tanto in tanto in prossimità di grandi gruppi di macchie e nel giro di pochi minuti si propagano su un'area di milioni di km^2, per poi estinguersi. Nel corso di tali esplosioni la temperatura può raggiungere parecchi milioni di gradi e vengono liberate enormi quantità di energia, con un'ampia gamma di radiazioni che rinforzano notevolmente la radiazione stazionaria del Sole.

Quando un flare esplode presso il centro del disco solare, nel giro di 26 ore il flusso di particelle atomiche emesso raggiunge il nostro pianeta, colpendo violentemente le particelle ionizzate dell'alta atmosfera terrestre che, spinte verso la bassa atmosfera, danno origine alle aurore polari (boreali e australi). Contemporaneamente alle aurore polari si verificano forti perturbazioni nel campo magnetico terrestre, chiamate tempeste magnetiche.

Dunque i periodi di Sole calmo, con una radiazione stazionaria legata solo alla temperatura del Sole, si alternano periodi di attività, nel corso dei quali alla radiazione stazionaria si sovrappongono radiazioni ondulatorie e radiazioni corpuscolari. Tutti i fenomeni periodici e temporanei che caratterizzano l'attività dell'atmosfera solare risultano collegati in qualche modo ai cicli di 11 anni delle macchie solari, a loro volta condizionati da fluttuazioni del campo magnetico solare.

La composizione del Sole

L'interno del Sole è costituito per almeno il 98% da idrogeno ed elio allo stato di plasma. I due elementi sono presenti in quantità uguali, mentre elementi più pesanti non rappresentano che il 2% della massa totale.

Gli strati più esterni del Sole invece sono composti per l'85% da idrogeno, per circa il 15% di elio e per la restante frazione (meno dell'1%) di elementi più pesanti.