Tano Cavattoni L’Universo Età 13,7 miliardi di anni

Capitolo 7 Il Sole Dico bastarmi per ora l’aver dimostrato che le macchie non 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

Capitolo 7 Il Sole Lezione 17 Struttura della fornace solare § 7.1 Principali caratteristiche del Sole § 7.2 La struttura del Sole § 7.3 La fonte di energia del Sole Lezione 18 Il Sole dà spettacolo § 7.4 L’attività del Sole § 7.5 Il ciclo del Sole

§ 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°

§ 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. 5 5

§ 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. 6 6

§ 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. Corsia intergranulare Granulo 7 7

§ 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. 8 8

§ 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. 9 9

Oltre l’atmosfera: il vento solare. § 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. 10 10

§ 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: E = mc2 Pur bruciando ogni secondo 4 milioni di tonnellate di idrogeno, il Sole durerà altri 5 miliardi di anni. 11 11

§ 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. 12 12

§ 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. 13 13

§ 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). 14 14

§ 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. 15 15

§ 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. 16 16

§ 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. 17 17

Le protuberanze solari § 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. 18 18

§ 7.4 L’attività del Sole I filamenti Sono le protuberanze, osservate però sul disco del Sole, rispetto al quale appaiono più scure. 19 19

§ 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. 20 20

§ 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. 21 21

§ 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. 22 22

La causa del ciclo solare § 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. 23 23

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