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