Tano Cavattoni
L’Universo
Età 13,7 miliardi di anni
Capitolo 7
Il Sole
ico bastarmi per ora l’aver dimostrato che le macchie non
D
sono stelle né materie consistenti, né locate lontano dal Sole,
ma che si producono intorno ad esso, con maniera non
dissimile a quella delle nugole e altre fumosità intorno alla
Terra.
Galileo Galilei
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Capitolo 7
Il Sole
Struttura della fornace solare
Principali caratteristiche del Sole
La struttura del Sole
La fonte di energia del Sole
Lezione 17
§ 7.1
§ 7.2
§ 7.3
Lezione 18
§ 7.4
§ 7.5
Il Sole dà spettacolo
L’attività del Sole
Il ciclo del Sole
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§ 7.1
Principali caratteristiche del
Sole
Distanza media dalla Terra: 1,49·108 km
Raggio equatoriale:
6,67·105 km
Massa:
1,99·1030 kg
Densità:
1,41 g/cm3
Accelerazione di gravità:
274 m/s2
Velocità di fuga:
617 km/s
Periodo di rotazione medio: 25,4 giorni
(equatore: 25d; poli: 35d)
Luminosità:
3,8·1026 W
Temperatura superficiale:
5800 K
Dimensione angolare:
32'
Inclinazione del piano equatoriale rispetto
all’eclittica:
7,25°
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§ 7.2
La struttura del Sole
Un viaggio di 100 000 anni.
Nucleo
È la regione dove l’idrogeno
si fonde in elio. La pressione
è 300 miliardi di volte quella
atmosferica e la materia è
allo stato di plasma.
Zona radiativa
Nella zona che avvolge il
nucleo l’energia si propaga
come onda elettromagnetica.
Lungo il cammino i fotoni Χ
interagiscono con la materia
e perdono energia.
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§ 7.2
La struttura del Sole
Un viaggio di 100 000 anni.
Zona convettiva
Deve il suo nome alla
modalità di trasporto
dell’energia. La velocità di
risalita del gas va dai pochi
cm/s ai diversi km/s.
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§ 7.2
La struttura del Sole
Un viaggio di 100 000 anni.
La fotosfera
Rappresenta la superficie del
Sole a noi visibile. Ha uno
spessore di soli 500 km e una
temperatura media di 5800 K.
Nella parte più esterna la
densità è di 10–6 g/cm3.
Granulo
Corsia intergranulare
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§ 7.2
La struttura del Sole
Un viaggio di 100 000 anni.
La cromosfera
È lo strato più interno
dell’atmosfera solare. Deve
il suo nome alla colorazione
rossa dovuta all’emissione
dell’idrogeno (Hα).
La cromosfera, visibile solo durante un’eclissi.
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§ 7.2
La struttura del Sole
Un viaggio di 100 000 anni.
La corona solare
È la parte più esterna e rarefatta
dell’atmosfera solare, con
densità che raggiunge i 10–19
g/cm3.
La temperatura cala da 2·106 K
(nella parte interna) a 105 K.
La corona solare, visibile solo durante un’eclissi.
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§ 7.2
La struttura del Sole
Oltre l’atmosfera: il vento solare.
Si tratta di particelle espulse dal
Sole (principalmente protoni,
ma anche nuclei di elio ed
elettroni) al ritmo di 2·107 kg/s e
può raggiungere la velocità di
centinaia di km/s. Il vento solare
si spinge fino a circa 100 UA.
Traiettoria a spirale del vento solare causata dalla
rotazione del Sole.
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§ 7.3
La fonte di energia del Sole
La fornace del Sole
Tutta l’energia irradiata dal Sole è prodotta nel nucleo dal
processo di fusione che trasforma l’idrogeno in elio.
Quattro protoni vengono fusi in un nucleo di elio-4, producendo
un difetto di massa sotto forma di energia.
La massa mancante è
trasformata in energia in
accordo con la famosa
equazione di Eistein:
Pur bruciando ogni secondo 4
milioni di tonnellate di
idrogeno, il Sole durerà altri 5
miliardi di anni.
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§ 7.3
La fonte di energia del Sole
La catena protone-protone
Fase 1
Due nuclei di idrogeno (protoni)
si fondono producendo energia,
deuterio, un positrone e un
neutrino elettronico.
Fase 2
Il deuterio si fonde con un
protone dando origine all’elio-3 e
a un fotone gamma.
Fase 3
Due nuclei di elio-3 si fondono in
elio-4 con la produzione di
energia e liberando due protoni.
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§ 7.4
L’attività del Sole
L’attività solare è il complesso di fenomeni
riguardanti la dinamica degli strati più esterni del
Sole. Le aree interessate dai fenomeni si dicono
regioni attive.
Le macchie solari sono il
principale indicatore di attività
sulla superficie del Sole.
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§ 7.4
L’attività del Sole
Le macchie solari
Sono sedi di intensi campi
magnetici, causa
dell’espansione del plasma in
risalita, con conseguente
abbassamento di temperatura.
Ombra: la parte centrale più
scura e più fredda (1600 K in
meno della fotosfera).
Penombra: circonda l’ombra
(500 K in meno della
fotosfera).
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§ 7.4
L’attività del Sole
Le facole
Sono aree più calde (+ 300 K)
e più luminose della
circostante fotosfera. Sembra
che la causa dell’innalzamento
della temperatura sia il campo
magnetico che comprime il
gas aumentandone la
temperatura.
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§ 7.4
L’attività del Sole
Gli anelli coronali
Sono tubi di campo magnetico
all’interno del quale il gas è
compresso fino a raggiungere
temperature di milioni di gradi.
Gli anelli coronali si
accompagnano spesso al
fenomeno dei brillamenti.
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§ 7.4
L’attività del Sole
I brillamenti
Chiamati anche solar flares,
sono vere e proprie esplosioni
che avvengono a livello della
corona.
Durante un brillamento, che
può durare qualche ora,
vengono espulse intense
radiazioni e particelle cariche
con velocità pari al 70% della
velocità della luce.
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§ 7.4
L’attività del Sole
Le protuberanze solari
Si tratta di enormi lingue di
idrogeno ionizzato (linea Hα),
proiettate alla velocità di
2.000 km/s verso le parti più
esterne della corona solare.
La temperatura del gas è
intorno ai 10.000 K, inferiore
alla circostante atmosfera: se
visti sul disco del Sole, le
protuberanze appaiono come
filamenti più scuri.
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§ 7.4
L’attività del Sole
I filamenti
Sono le protuberanze,
osservate però sul disco del
Sole, rispetto al quale
appaiono più scure.
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§ 7.5
Il ciclo del Sole
L’attività del Sole viene misurata da un particolare parametro: il
numero di Wolf (R):
R = k(10g + f)*
L’attività ha un andamento ciclico della durata di 11,1 anni.
* k: parametro legato al tipo di telescopio utilizzato; g: n° di gruppi di macchie; f: n° di singole macchie.
In questo periodo, noto come minimo di Maunder, sparirono
le aurore polari (per 70 anni). La loro ricomparsa creò il panico
nella popolazione che ne aveva perso la memoria.
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§ 7.5
Il ciclo del Sole
La farfalla di Maunder
All’inizio di ogni ciclo solare le macchie si formano intorno ai
30° di latitudine. Con l’avvicinarsi della fine del ciclo,
appaiono sempre più prossime all’equatore, come illustrato dal
diagramma in basso: la farfalla di Maunder.
Latitudine delle macchie
all’inizio del ciclo.
Latitudine delle macchie
all’approssimarsi del
minimo di attività.
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§ 7.5
Il ciclo del Sole
La farfalla di Maunder
All’inizio di ogni ciclo solare le macchie si formano intorno ai
30° di latitudine. Con l’avvicinarsi della fine del ciclo,
appaiono sempre più prossime all’equatore, come illustrato dal
diagramma in basso: la farfalla di Maunder.
Un nuovo ciclo comporta
l’inversione delle polarità
magnetiche delle
macchie nei due emisferi.
Il Sole ritorna nella stessa
situazione solo dopo 22,2
anni: il cosiddetto ciclo di
Hale.
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§ 7.5
Il ciclo del Sole
La causa del ciclo solare
Sembra accertato che la ciclicità dell’attività solare sia causata
dalla rotazione differenziale del Sole che provoca locali
aumenti del campo magnetico con un successivo
riarrangiamento del campo solare.
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