Il Sole va a scuola II - Astrofisica del Sole Lezioni di Fisica Solare nell'ambito del progetto: L'Astrofisica va a scuola Th. Straus (parte I) & V. Andretta (Parte II)

Com'è fatto il Sole Dati fondamentali: Distanza media: 1,496 x 108 km = 1 Unità Astronomica Raggio: 6,96 x 105 km ~ 109 raggi terrestri Massa: 1,99 x 1030 kg ~ 3,33 x 105 masse terrestri Densità media: 1,4 g/cm3 (Terra: 5,5 g/cm3) Temperatura superficiale: ~6000 K!

Com'è fatto il Sole: Interno Quanto emette il Sole: Luminosità: 3,98 x 1026 W Età: 4,5 x 109 anni Qual´è la fonte di energia? Energia da reazioni chimiche (tempi-scala: 104 anni) Energia dalla gravitazione (tempi-scala: 107 anni) Energia dalle reazioni nucleari (tempi-scala: 1010 anni) Reazioni nucleari (fusione dell'idrogeno)! Catena protone-protone (p-p): 41H  4He + 2e+ +2n La differenza di massa (0,029 mp) viene convertita in energia: E=mc2 Da: “Astrophysical Concepts” (Harrwit 1988, p. 306): 1) Reazioni chimiche: max 100 kcal ~ 4 10^12 erg/g -> t=6 10^4 anni 2) Energia gravitazionale: E=-3/5 G M^2/R -> t=2 10^7 anni (tempo di Kelvin- Helmholtz) 3) Energia nucleare: 6 10^18 erg/g -> t=10^11 anni

Com'è fatto il Sole: superficie Superficie: disco dal bordo netto, anche visto con i migliori telescopi (risoluzione massima attualmente raggiungibile: circa 0,1” ~ 150 km) sembra un disco solido, e invece è una sfera di gas... Scala di altezza, H=5,8 x T/(mg) [km]: m=peso molecolare medio g=accelerazione di gravità superficiale T=temperatura superficiale (H=altezza a cui la pressione atmosferica si dimezza) Esempi: Sole: m~1,2, g=274 m/s2  H~100 km Atmosfera terrestre: m~29, g=9,8 m/s2  H~6 km Supergigante tipo K5 Ib: T~3700 K, g=0.04 m/s2  H~6,4x105 km H=ln2 x RT/mg= 5,8 T/mg km m=(SiNi mi/mH)/(SiNi), sommatoria su tutte le specie gassose: mi/mH=massa atomica/molecolare relativa all'idrogeno, Ni=densita numerica della specie i-esima. Sole: T=5800 K, m=1,2 (plasma debolmente ionizzato: ne~0), g=274 m/s2  H~100 km Terra: T=300 K, m~29 (78% N2 [peso atomico=14x2], 21% O2 [peso atomico=16x2], 1% Ar [peso atomico=40]), g=9,8 m/s2 % H~6 km K0 Ib: T=3700 K, m=1,2 (come nel Sole), g=0.04 m/s2 % H~640.000 km (~0,9 RSole; Rstella=150 Rsole) Per ulteriori informazioni sull'atmosfera terrestre (temperatura, composizione chimica, scala di altezza): http://en.wikipedia.org/wiki/Earth's_atmosphere

Com'è fatto il Sole: struttura dell'atmosfera “Limb-Darkening”: Andamento della temperatura verso l'esterno.

Com'è fatto il Sole: rotazione Rotazione del Sole (macchie solari): Periodo: circa ?? giorni (ESERCIZIO: misurarlo) Rotazione differenziale: è un gas!

Com'è fatto il Sole: l´interno Nucleo: Produzione di energia, e trasporto per diffusione radiativa Zona di convezione: Trasporto di energia per convezione Atmosfera: La ¨superficie¨ visibile del Sole. E oltre...

Com'è fatto il Sole: dal nucleo alla superficie Effetti sulla superficie della convezione: la granulazione

Il Sole invisibile: magnetismo solare Il gas del Sole è un gas particolare: in pratica completamente ionizzato: un plasma Altamente conduttivo  campo magnetico! Manifestazioni più evidenti: macchie solari: Più “fredde”: “solo” 4000 K (rispetto ai quasi 6000 K della superficie “normale”). Campo magnetico intenso: dell´ordine dei 103 Gauss (campo magnetico terrestre: circa 1 Gauss). Campo magnetico tanto intenso da sopprimere la convezione...

Il Sole invisibile: magnetismo solare Non solo macchie: anche facole. Un po´ più calde e dense. Associate normalmente a macchie, e quindi al campo magnetico.

Il Sole invisibile: le eclissi Cosa si vede durante un´eclisse totale? La cromosfera La corona È l´atmosfera esterna del Sole...

Il Sole invisibile: la cromosfera La cromosfera in Ha: Temperatura: circa 104 K.

Il Sole invisibile: la corona La corona nell´Estremo Ultravioletto (EUV) e nell'X: He+ Fe+8,Fe+9 Raggi X Fe+10 Fe+11 Temperatura: circa 106 K!

Il Sole invisibile: il ¨vento solare¨ Un vento un po' particolare...

Il Sole invisibile: che c´entra il campo magnetico? Il campo magnetico solare e l´atmosfera esterna: dalle cromosfera giù fino alle macchie

Il Sole invisibile: che c´entra il campo magnetico? Il campo magnetico solare e l´atmosfera esterna: linee di forza...

Il Sole invisibile: la corona La corona vista più in dettaglio: archi magnetici:

Il Sole invisibile: esplosioni solari Brillamenti (“flares”) “Coronal Mass Ejections” (CME) Un po´ di attualità: “Space Weather”

Come cambia il Sole: il ciclo solare Il ciclo di 11 anni delle macchie:

Come cambia il Sole: il ciclo solare La corona durante il ciclo solare:

Come cambia il Sole: il ciclo solare Il diagramma “a farfalla”:

Come cambia il Sole: il ciclo solare La polarità delle macchie:

Come cambia il Sole: l´irradianza L´energia totale emessa dal Sole non è costante anche a breve termine...

Come cambia il Sole: la dinamo solare Un modello della dinamo solare...

Come cambia il Sole: variazioni secolari Il “minimo di Maunder”

Fonti delle immagini e dei filmati Le immagini e i filmati di questa presentazione sono stati tratti dal materiale didattico ottenibile da: The Education and Public Outreach Page of the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO): http://sohowww.estec.esa.nl/explore/#

Altro materiale in rete: “The Dynamic Sun: http://sohowww.estec.esa.nl/explore/materials/DSweb/DSweb1.htm “Best of SOHO”: http://sohowww.estec.esa.nl/freestuff/cd_info.html#download E ancora altro: SOHO: http://sohowww.estec.esa.nl/ TRACE: http://vestige.lmsal.com/TRACE/ YOHKOH: http://www.lmsal.com/YPOP/ ...