livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Stella, Sole, cicli solari
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Dice un proverbio Maori, “Gira il tuo viso verso il sole e le ombre cadranno dietro di te.” Oggi parliamo del nostro Sole, ovvero della stella al centro del Sistema Solare intorno al quale ruotano la Terra e gli altri pianeti.
Il Sole si formò circa 4,6 miliardi anni fa dal collasso gravitazionale della materia all’interno di una grande nube molecolare. La maggior parte di questa materia si raccolse al centro della nube, mentre il resto si distribuì in un disco orbitante che diede origine al nostro Sistema Solare. L’addensamento della massa centrale fu tale che innescò la fusione nucleare nel suo nucleo che, per nostra fortuna, continua tutt’oggi. nel Nucleo è stimato che ogni secondo siano fusi circa 600 milioni di tonnellate di idrogeno in elio.
photo credit NASA Images of Sun (nasa.gov)
Questa energia è la fonte della luce e del calore del Sole
Come tutte le stelle ha una sua vita che terminerà fra … 5,5 miliardi di anni portando la fine della vita sul nostro pianeta. Tutto incomincerà quando il Sole non sarà più in equilibrio idrostatico ed il suo nucleo subirà un marcato aumento di densità e temperatura ed i suoi strati esterni si espanderanno. Il Sole si trasformerà in una gigante rossa. tanto grande da inghiottire le attuali orbite di Mercurio e Venere e rendere la Terra inabitabile. Dopodiché, si libererà dei suoi strati esterni e diventerà una stella nana bianca, non producendo più energia per fusione ma emettendo comunque calore dalla sua precedente fusione.
Come è fatto il Sole?
La stella è situata in una regione periferica della Galassia, più precisamente all’interno di una cavità nel mezzo interstellare della Cintura di Gould, collocata nel bordo più interno del Braccio di Orione. Data la relativa lontananza dal centro galattico, da altre regioni ad elevata densità stellare e da forti sorgenti di radiazioni come le pulsar, il Sole si trova in quella che gli scienziati definiscono zona galattica abitabile. La sua direzione punta verso la stella Vega e la costellazione di Ercole, con un’inclinazione di circa 60° in direzione del centro galattico. Una cosa interessante è che si ritiene che l’orbita del Sole abbia una forma ellittica quasi circolare, ed oscilla al di sopra e al di sotto del piano galattico mediamente 2,7 volte ogni orbita, secondo un andamento assimilabile ad un moto armonico. Poiché la densità stellare è piuttosto alta tali oscillazioni coincidono spesso con un incremento nel tasso degli impatti meteoritici, che furono responsabili in alcuni casi di catastrofiche estinzioni di massa sulla Terra. In base alla sua classe spettrale il Sole è considerata una stella di sequenza principale di tipo G, una stella nana gialla sebbene la sua luce sia più vicina al bianco che al giallo. Il sole ha una forma quasi perfetta di plasma riscaldato dall’incandescenza dalle reazioni di fusione nucleare nel suo nucleo. Questa attività irradia energia principalmente come energia luminosa e radiazione infrarossa. Il suo diametro è circa 1,39 milioni di chilometri (109 volte quello della Terra) e la sua massa è circa 330.000 volte quella del nostro pianeta, circa il 99,86% della massa totale del Sistema Solare. Il sole è costituito principalmente da idrogeno (73%) e da elio (~25%), con quantità molto minori di elementi più pesanti, tra cui ossigeno, carbonio, neon e ferro.
Photo credit NASA
https://photojournal.jpl.nasa.gov/target/Sun
La struttura interna del Sole, come quella delle altre stelle, appare costituita di strati concentrici che hanno caratteristiche e condizioni fisiche ben precise, che li differenziano. Gli strati sono, dal centro verso l’esterno sono:
– Il nucleo dove avvengono le reazioni di fusione nucleare, fonte principale dell’energia solare, ha dimensioni prossime a 0,2 raggi solari.
– La zona radiativa, situata all’esterno del nucleo, si estende da circa 0,2 sino a 0,7 raggi solari e assorbe l’energia prodotta dal nucleo trasmettendola per irraggiamento (come farebbe un radiatore) agli strati superiori.
– La zona di Tachocline, che svolge un ruolo determinante nella genesi del campo magnetico solare, in quanto interverrebbe sul meccanismo grazie al quale si origina il campo magnetico della nostra stella.
– La zona convettiva, nella porzione esterna del Sole, ha temperature e densità inferiori a quelle degli strati sottostanti per cui energia e calore non possono essere trasferiti per irraggiamento, ma attraverso moti convettivi. La materia più calda e meno densa viene quindi portata in superficie, dove cede parte della propria energia termica; una volta raffreddata, la materia risprofonda alla base della zona convettiva, dove riceve in un ciclo continuo il calore proveniente dalla zona radiativa.
– La fotosfera, il primo strato visibile dal quale l’energia proveniente dall’interno è libera di propagarsi nello spazio. È la sede di importanti fenomeni come le macchie solari e i brillamenti.
– L’atmosfera solare è formata dagli strati al di sopra della fotosfera; in particolare, abbiamo:
- la cromosfera, una sottile fascia spessa circa 2000 km, chiamata cromosfera a causa dei suoi brillamenti colorati visibili subito prima e subito dopo le eclissi totali di Sole. È un sottile involucro costituito da gas rarefatto che appare di colore rossastro (da cui il nome cromosfera, sfera colorata) a causa degli atomi di idrogeno, che alle più basse pressioni della cromosfera emettono radiazioni di tale colore.
- la zona di transizione, in cui la temperatura sale rapidamente dai circa 100 000 gradi K degli strati più esterni della cromosfera fino al milione di kelvin della corona; tale incremento causa una transizione di fase dell’elio, che qui diventa completamente ionizzato per le elevate temperature.
- la corona, costituita da plasma, è la parte esterna dell’atmosfera solare, non ha limiti definiti e si estende nello spazio per decine di milioni di chilometri in modo molto tenue.
Photo credit NASA – https://photojournal.jpl.nasa.gov/target/Sun
Il vento solare
il Sole emette un flusso di particelle dall’atmosfera superiore chiamato vento solare che è formato da plasma la cui composizione chimica è 73% idrogeno e 25% elio, con il restante 2% formato da elementi in tracce. Nel suo viaggio tende ad attenuarsi e, quando arriva nei pressi della Terra, la sua velocità varia tra 200 e 900 km/s (in media 450 km/s). Il vento solare trasporta radialmente il campo magnetico del Sole nello spazio interplanetario, fino ad una distanza di circa 160 unità astronomiche. Il vento solare si muove in direzione radiale rispetto al Sole, creando una “bolla” nel mezzo interstellare, che prende il nome di eliosfera e si estende da una distanza di circa 20 raggi solari dalla corona e si estende oltre la Fascia di Kuiper, fino all’eliopausa, dove forma una forte onda d’urto di confine (bow shock) con il mezzo interstellare.
Il ciclo solare
Il ciclo dell’attività magnetica solare è il tempo, mediamente pari a undici anni, che intercorre tra due periodi di minimo dell’attività solare ed è la causa principale delle periodiche variazioni di tutti i fenomeni solari che influiscono sul tempo meteorologico spaziale. Il ciclo solare si divide in due fasi: una fase di massimo, in cui l’attività della stella si presenta più frenetica, e una fase di minimo, in cui l’attività è meno intensa.
diagramma che mostra il numero di macchie solari negli ultimi 4 secoli notare come sia aumentato dal 1750 – Fonte INGV – https://ingvambiente.com/2019/12/23/lattivita-solare-e-il-clima-sulla-terra/
L’attività solare durante il minimo coincide spesso con temperature più basse rispetto alla media sulla Terra, mentre le fasi di massimo più ravvicinate tendono ad essere correlate a temperature più alte rispetto alla media.
Ma quali sono gli effetti sul pianeta?
Il Sole ha una sua vita, i suoi cicli, le sue variazioni che non sono direttamente apprezzabili dall’Uomo ma interagiscono con la nostra vita molto di più di quanto possiamo immaginarci. Ad esempio l’emissione di radiazioni elettromagnetiche legata all’espulsione di “materia” dalla corona del Sole influenza l’atmosfera terrestre in maniera diversa in quanto il nostro pianeta ha una forma sferica. Questo comporta che il sole riscaldi maggiormente le regioni equatoriali. Per nostra fortuna la Terra cerca di bilanciare questa distribuzione non uniforme del calore. In parole molto semplici a causa del riscaldamento differenziato le masse d’aria sono riscaldate diversamente e, a seguito della rotazione della Terra si genera una circolazione globale di aria calda e fredda. È noto che un aumento dell’attività solare può comportare un aumento dell’energia che raggiunge l’atmosfera terrestre e quindi influire sul clima.
variazioni della temperatura sulla Terra in relazione all’irradianza solare – Credit NASA/Climate/NASA/GOV – Fonte INGV https://ingvambiente.com/2019/12/23/lattivita-solare-e-il-clima-sulla-terra/
Gli astronomi possono fare delle previsioni analizzando le macchie solari, che seguono un ciclo di 11 anni durante il quale, tra il punto di massimo e quello di minimo, si ha una variazione della radiazione solare di circa il 0,1 %. Normalmente, durante il minimo solare le macchie sono assenti o molto esigue poi, man mano che il ciclo avanza verso il massimo, le macchie si fanno sempre più frequenti e tendono a spostarsi verso le zone equatoriali del Sole. Di massima un aumento delle macchie solari indica un aumento dell’attività solare. Il maggiore impatto si ha sui livelli più bassi della stratosfera terrestre, dove abbiamo lo strato di ozono, in cui può avvenire un cambiamento di temperatura dello 0,4% a causa dell’impatto della UV proveniente dal Sole. L’ozonosfera ha un compito importantissimo perché scherma e riflette nello spazio buona parte della radiazione, in particolare le radiazioni a bassa lunghezza d’onda, proveniente direttamente dal Sole che altrimenti sarebbe nociva per la vita.
Tutti noi ci serviamo dell’energia del Sole, direttamente o indirettamente.
Il Sole è estremamente importante per la Terra perché contribuisce al suo riscaldamento. Senza le sue radiazioni luminose le specie animali e vegetali non potrebbero sopravvivere. Basti pensare alla fotosintesi clorofilliana: una reazione chimica che avviene nelle piante, in modo particolare nei cloroplasti contenenti clorofilla nelle sue foglie, che permette il consumo di anidride carbonica producendo ossigeno e carboidrati che, a loro volta, sono utilizzati dalle piante per vivere. A sua volta l’ossigeno prodotto si accumula in atmosfera e viene utilizzato per la respirazione degli esseri viventi. L’energia solare può essere raccolta tramite pannelli solari ed essere utilizzata per il riscaldamento dell’acqua o la produzione di energia elettrica con dei pannelli fotovoltaici.
Avete capito ora perché è così importante studiarlo? Nei prossimi articoli attraverseremo il sistema solare, pianeta per pianeta, fino allo spazio esterno, dove il vento solare, emesso dal nostro Sole, è fermato dal mezzo interstellare.
in anteprima: Il 19 luglio 2012, una “pioggia” di plasma ricadde sul sole causando un’esposizione magnetica abbagliante nota come pioggia coronale – Fonte: NASA/GSFC/SDO – Pubblicato: 28 marzo 2013
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
Onore al Contrammiraglio Andrea Mucedola. Grazie per le divulgazioni culturali scientifiche ?♂️
Grazie, gentilissimo … ringrazio a nome di tutti i collaboratori