Gli enigmi del Sole
Prof A.Greco, Moschetti C. e Viccari V. (III Bocb)
Una striscia luminosa densa di stelle, gas e polveri, che attraversa il cielo notturno, ci
rivela il piano della galassia a cui apparteniamo, da tempo chiamata Via Lattea per il suo
aspetto.
Vista dal di fuori la Via Lattea deve
rassomigliare molto alle altre galassie, con
la forma di una gigantesca girandola
contenente da 100 a 200 miliardi di stelle,
con un nucleo centrale rigonfio, circondato
da un alone diffuso, ed un diametro di circa
100.000 anni luce.
Ma che le stelle della nostra galassia siano
così fitte è in realtà solo una illusione
prospettica, essendo situate a varie
distanze da noi, pur dandoci l'impressione di
appartenere a gruppi di stelle che
chiamiamo costellazioni.
Eppure, almeno la metà delle stelle che
osserviamo sono stelle doppie, legate tra
loro in un elegante balletto, svelato, nel loro alterno avvicinarsi o allontanarsi da noi, dalla
presenza di un variabile effetto Doppler nella radiazione luminosa che ci mandano.
Oggi sappiamo che la radiazione stellare non si limita solo alla luce visibile, che anzi ne
rappresenta una minima parte, bensì abbraccia radiazioni più energetiche, come i raggi
ultravioletti, i raggi X e i raggi gamma, e radiazioni meno energetiche, come i raggi
infrarossi, le microonde e le onde radio.
L'atmosfera terrestre, se da un lato ci protegge da radiazioni pericolose, dall'altro ci
impedisce di "vedere" altre componenti, lasciandoci solo una piccola "finestra" nel visibile,
che l'occhio umano percepisce come luce di vario colore, ed una seconda preziosa
finestra nel campo delle onde radio. Tuttavia lo sviluppo recente di telescopi spaziali, in
orbita terrestre al di sopra dell'atmosfera, ci ha aperto la vista di un universo davvero
"multicolore" e ha dato il via ad una nuova Astronomia!
Il Sole è una stella qualunque, immersa in uno dei bracci laterali della Via Lattea, con il
suo corteo di pianeti che trascina con sé nella lenta rotazione attorno al nucleo della
galassia. L'insieme delle radiazioni visibili emesse dal sole, o "spettro solare", ha il suo
massimo nel giallo, a cui l'occhio umano è
più sensibile, e presenta delle lacune a
determinate lunghezze d'onda, o "righe",
che evidenziano l'assorbimento della luce
dovuto alla presenza di determinati elementi
nella nostra atmosfera o nel Sole stesso.
Il recente passaggio di Venere, pianeta di
dimensioni simili a quelle terrestri, davanti al
Sole ci offre una stima efficace delle relative
grandezze. Pur essendo la nostra stella un
campione di media misura, ci appare subito
colossale, con un diametro di quasi un
milione e mezzo di chilometri e una massa
di 330.000 Terre.
La fusione nucleare, che avviene al suo interno trasformando l'idrogeno in elio, sviluppa
l'energia corrispondente a qualcosa come mille miliardi di bombe idrogeno al secondo!
Inoltre, dato che materia ed energia sono tra loro legate, il Sole perde ogni secondo
quattro milioni di tonnellate della sua massa sotto forma di radiazione!
Tutto questo si verifica dal momento in cui il Sole si formò, circa quattro miliardi e mezzo di
anni di anni fa, a partire da una nube di gas e polveri relativamente fredda, con densità
migliaia di volte maggiore di quella della circostante materia interstellare.
Come sempre avviene, la nascita di una stella inizia con la contrazione di questo gas e il
suo conseguente riscaldamento continua finché esso si trasforma in una protostella, che
emette radiazioni elettromagnetiche nella
banda dell'infrarosso. La temperatura
interna cresce ulteriormente fino a
raggiungere un valore di circa 10 milioni di
gradi, sufficiente perché si inneschino le
reazioni
nucleari
che
trasformano
l'idrogeno e il deuterio (il cosiddetto
idrogeno
pesante)
in
elio,
con
conseguente emissione di una grande
quantità di energia. In questo stadio la
contrazione si arresta e la stella vive una
fase di stabilità, che è quella in cui il Sole
rimarrà ancora per altri cinque miliardi di
anni.
Le reazioni di fusione dell'idrogeno in elio hanno luogo nel "nucleo" del Sole, dove la
densità del gas è circa 150 volte superiore a quella dell'acqua e la temperatura arriva a 14
milioni di °C. L'energia, sviluppata nel nucleo sotto forma di raggi X e gamma, si propaga
per irraggiamento attraverso strato radiativo, la cui densità è circa uguale a quella
dell'acqua e la temperatura scende a 2,5 milioni di gradi. Nello strato convettivo la
propagazione avviene grazie al rimescolamento dei gas che qui hanno una densità pari a
un decimo di quella dell'acqua e una temperatura di 2 milioni di °C. La circolazione
convettiva agisce come una dinamo naturale, originando il campo magnetico. Le
turbolenze dello strato convettivo emergono poi sulla superficie del Sole, la "fotosfera",
conferendole un aspetto maculato e brulicante. Qui il campo magnetico solare viene
distorto dalla rotazione differenziale e la temperatura scende a circa 5700 °C e la densità a
un milionesimo di quella dell'acqua, liberando energia sotto forma di luce e calore.
La superficie della fotosfera appare costellata di aree
scure, grandi anche più della Terra, variabili per
forma e per numero, nelle quali si distingue una zona
centrale (ombra), circondata da una regione di bordo
leggermente meno scura (penombra). Queste
strutture prendono il nome di "macchie solari" e
rappresentano di fatto dei "punti freddi" della
fotosfera, anche se al confronto brillerebbero come la
luna piena. Nel 1908 Hale scoprì che le macchie
solari sono sede di intensi campi magnetici, mille
volte il campo magnetico terrestre, che fuoriescono
dalla fotosfera. Le macchie solari compaiono
generalmente a coppie, con campi magnetici di
polarità opposta. Dapprima aumentano di numero,
comparendo alle alte latitudini, per poi diminuire,
popolando l'equatore, con un ciclo regolare che dura circa 11 anni, già noto almeno
dall'inizio del XVIII secolo.
Subito prima, a cavallo tra il XVII e il XVIII secolo, si verificò per circa settant'anni un
periodo di ridottissima attività solare, noto come minimo di Maunder, durante il quale le
macchie solari quasi scomparvero del tutto. Il risultato sulla Terra fu un notevole
abbassamento della temperatura media, in Europa circa due gradi e, ad esempio, i dipinti
dell'epoca abbondano spesso di paesaggi innevati e invernali. Di questo raffreddamento
generalizzato rimane memoria negli anelli dei tronchi di alcuni alberi ed il legno denso e
resistente disponibile in quegli anni è probabilmente il segreto principale degli inimitabili
violini di Stradivari, che in quell'epoca costruì oltre mille strumenti musicali, di cui 600 sono
sopravvissuti fino ai giorni nostri.
L'intensificazione dei campi magnetici nelle
regioni attive è la causa di spettacolari
"protuberanze"
eruttive,
equivalenti
a
potentissime esplosioni che si sviluppano dalla
superficie del Sole, espellendo gas ed elettroni
veloci in tutto il sistema solare. Esse cominciano
come protuberanze quiete di gas più caldo
sostenute dai campi magnetici che passano tra
gruppi
di
macchie
solari,
ma
talora
improvvisamente i campi si attorcigliano e
finiscono per catapultare il gas direttamente nello
spazio, formando una protuberanza eruttiva che
si estende per centinaia di migliaia di chilometri!
Ma la potenza del campo magnetico solare si rivela ancor più nei cosiddetti "brillamenti",
esplosioni che scagliano nello spazio soprattutto particelle ad altissime velocità e scarse
quantità di gas. Un tipico brillamento avviene dapprima in una piccola area per poi
espandersi rapidamente a quelle circostanti guidato dai campi magnetici, come un
fiammifero acceso gettato in una pozzanghera di benzina, accendendo rapidamente
regioni più grandi dell'intera Terra! Dai magnetogrammi appare evidente che, dopo il
brillamento, la struttura dei campi magnetici si semplifica di molto, segno che il brillamento
stesso è in realtà innescato da un cortocircuito tra macchie solari di polarità opposta che si
annichilano a vicenda.
La "corona", l'atmosfera del Sole, è poco
densa ma incredibilmente estesa. Di norma è
invisibile nell'ottico, dove domina la forte
emissione della superficie del Sole, ma
durante una eclissi totale essa si svela in
tutta la sua grandezza! Archi, anelli e
spettacolari lance di gas caldo si protendono
lontano nello spazio circostante fino distanze
pari a due volte il diametro del Sole.
Le eclissi totali sono eventi rari ma,
osservando il Sole nei raggi X, la luminosità
nel visibile si annulla e ci appare il gas
coronale, senza bisogno di nascondere la superficie. La temperatura della corona è
inaspettatamente altissima, raggiungendo diversi milioni di gradi e causando l'emissione
X. Quest'aspetto è apparso a lungo enigmatico: è come se, allontanandosi da una stufa, la
temperatura aumentasse. Oggi però si ritiene che il responsabile del misterioso
riscaldamento della corona sia il campo magnetico solare che erompe in superficie, anche
se non è ancora ben chiaro come in dettaglio ciò avvenga. L'emissione X della corona ci
appare con chiazze luminose di gas caldo, presente nelle zone ove è confinato dai campi
magnetici che collegano le macchie solari, ed estese zone oscure, i "buchi coronali", dove
il campo magnetico si estende direttamente nello spazio, lasciando il gas libero di sfuggire
dalla superficie.
Nonostante l'aspetto spettacolare delle lance nel visibile, è invece proprio dai buchi
coronali che gas e particelle vengono scagliati più lontano, espulsi a velocità altissime.
Questo "vento solare" giunge sulla Terra cinque giorni dopo, deformando il campo
magnetico terrestre e trasportandoci in definitiva dei "pezzettini di Sole"!
GENESIS
La sonda Genesis è atterrata in modo violento l’8 settembre scorso nel deserto dello
Utah, a una velocità di 300 chilometri orari, perché i paracadute non si sono aperti. Ma
fortunatamente il suo prezioso contenuto è salvo!
Genesis venne lanciata nell’agosto del 2001 per raccogliere un po’ di vento solare: la
materia di cui è fatto il nostro Sole. La sonda ha raccolto il vento a una distanza dalla
Terra di un milione e mezzo di chilometri. Il pezzettino di sole portato a Terra da Genesis è
poco meno di mezzo milligrammo di materia, ma sarà possibile studiare se i nuclei atomici
del vento solare hanno le stesse percentuali di isotopi della materia di cui siamo fatti.
La composizione isotopica ci permetterà cioè di accertare che il Sole e la Terra si siano
formati da uno stesso disco di materia e non separatamente.
Il vento solare produce, con le sue particelle cariche, gli stupefacenti fenomeni atmosferici
noti col nome di aurore boreali ed australi. Le sonde spaziali Pioneer e Voyager, che
hanno ormai superato i confini del sistema solare, hanno raccolto l'eco del vento solare
che laggiù si scontra col gas interstellare. Di fatto quindi il sistema solare è riempito dai
gas espulsi dal Sole, con la Terra e gli altri pianeti che
vi orbitano attorno, letteralmente immersi nella sua
estesa atmosfera!
Il Sole, anonima stella qualunque della Via Lattea,
domina e pervade tuttora con la sua energia lo spazio
circostante, rendendo possibile la complessità e
sostenendo la vita su un piccolo pianeta vicino,
celando numerosi altri misteri che sfidano la nostra
comprensione e mantenendo per questo inalterato il
suo fascino.
Bibliografia essenziale:
 Dwivedi, Philiphs - Il paradosso della corona solare
- Le Scienze, Giugno 2001
 Hendest, Marten - La nuova astronomia - Hoepli
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