Appunti realizzati da: Tiziano Niglio. QUESITI, Capitolo 7, Il Sole

Appunti realizzati da: Tiziano Niglio.
QUESITI, Capitolo 7, Il Sole
QUALI SONO LE PERCENTUALI DI IDROGENO ED ELIO NEL SOLE?
Il sole è una sfera di gas nel quale l’idrogeno è presente in una percentuale del 71%, mentre per l’elio è del 27%. Vi sono
anche tracce di altri elementi.
QUAL È L’ORDINE DI GRANDEZZA DELLA MASSA DEL SOLE? DESCRIVI UN METODO PER LA SUA DETERMINAZIONE
L’ordine di grandezza della massa del sole è 1030 Kg, circa 340.000 volte quella della terra
QUAL è LA VELOCITA’ MINIMA CHE DEVE AVERE UN FASCIO DI IONI PER SLEGARSI COMPLETAMENTE DAL CAMPO
GRAVITAZIONALE SOLARE? NON DIPENDE ANCHE DALLA MASSA DELLE SINGOLE PARTICELLE?
La velocità di fuga sulla superficie solare è di 617 km/s, 56 volte quella della superficie terreste. No, essa non dipende
dalla massa delle singole particelle.
DESCRIVI ALCUNE CONSEGUENZE PROVOCATE DAL VENTO SOLARE SULLA TERRA
Il vento solare è un flusso di particelle atomiche emesse a grande velocità dalla corona. Esso si spinge sino a 100 UA di
distanza, 3 volte le dimensioni del sistema solare. Nonostante la bassa densità con il quale raggiunge la superficie
terrestre, il vento solare compie un’azione fondamentale sul campo magnetico terrestre, che ci protegge dai pericolosi
raggi cosmici. Nei momenti di massima attività solar può però disturbare le trasmissioni radio e provocare le aurore
polari. Inoltre causa l’accensione delle comete.
DESCRIVI, AIUTANDOTI CON UN DISEGNO, LA STRUTTURA INTERNA DEL SOLE
Partendo dal centro, la struttura del sole si compone in questo modo: il nucleo, nel quale avvengono le reazioni di
fusione nucleare, il diametro del quale occupa circa ¼ del totale, e la sua densità è circa 150 volte quella dell’acqua; la
zona radioattiva, che avvolge il nucleo con uno spessore di circa 350.000 km che permette con le sue radiazioni
elettromagnetiche il trasporto di energia verso gli strati più esterni della stella; la zona convettiva, che ha uno spessore
di circa 200.00 km e che deve il suo nome alla modalità di trasporto dell’energia al suo interno (essa infatti è formata
dalle celle convettive, nelle quali il plasma sale al centro per poi scendere a lato, che variano in dimensioni dai 1.000 ai
100.000 km. Sono queste masse di plasma che viaggiano a 7 km/s che producono i bang sonici che causano svariati sismi
sulla superficie solare); la fotosfera, nella quale si fonde la sommità della zona convettiva e che è la parte luminosa che
si mostra all’occhio umano e rappresenta la vera superficie solare (da qui in poi il sole non è più opaco e i fotoni
viaggiano liberamente. Essa è composta di granuli, gli apici delle celle convettive dove il gas incandescente raggiunge la
sommità della fotosfera e brilla anche fino a 20 minuti); la cromosfera che è lo strato gassoso che avvolge il sole con uno
spessore di circa 10.000 km e che non è normalmente visibile, tranne durante le eclissi, che è inoltre caratterizzata dalla
spicole, getti di gas proiettati verso la corona; la zona di trasmissione; infine, la corona, che è la parte più esterna e
rarefatta ed è composta da particelle ionizzate in rapido allontanamento dalla superficie solar, ed è caratterizzata dai
buchi coronali, regioni molto meno dense delle zone circostanti.
CHE COSA SI INTENDE CON ROTAZIONE DIFFERENZALE? SPIEGA IN MODO DETTAGLIATO
È il moto con diverse velocità angolari a diverse latitudini: le varie “fasce” del sole non ruotano tutte alla stessa velocità
attorno all’asse solare.
COSA SI INTENDE COL TERMINE PLASMA?
È uno stato della materia, nel quale ioni, nuclei di idrogeno ed elio, ed elettroni sono slegati
QUANTO TEMPO IMPIEGA UN FOTONE PER ANDARE DAL NUCLEO ALLA SUPERFICIE DEL SOLE?
Per attraversare tutto il sole, un fotone impiega circa 100.000
LA ROTAZIONE DIFFERENZIALE INTERESSA TUTTO IL SOLE O SOLO UNA SUA PARTE?
Essa interessa tutta la superficie che si divide appunto in fasce che effettuano una rotazione differenziale.
CHE COSA SONO I BUCHI CORONALI?
I buchi coronali sono regioni meno dense rispetto a quelle circostanti che caratterizzano la corona.
PERCHE’ LA CROMOSFERA è STATA IN PASSATO CHIAMATA “PRATERIA INFUOCATA”?
Perché si osservano le spicole, simili a piccole fiammelle sotto l’azione del vento.
QUAL È L’ORDINE DI GRANDEZZA DELLA MASSA CHE OGNI SECONDO VIENE MEDIAMENTE DISPERSA DAL VENTO
SOLARE?
La massa che viene mediamente dispersa dal vento solare è di circa 2*107
DESCRIVI UTITLIZZANDO AL MASSIMO 6 RIGHE LE VARIE IPOTESUI CHE DURANTE IL XIX SECOLO HANNO CERCATO DI
GIUSTIFICARE L’ENERGIA IRRADIATA DAL SOLE. PERCHE’ NON POTEVANO ESSERE ACCETTATE DAGLI EVOLUZIONISTI?
La teoria evoluzionista (quella Darwiniana), comporta tempistiche molto lunghe. Nel corso del 19° secolo emersero le
seguenti ipotesi: quella del Corpo Caldo, ideata da Lord Kelvin che affermava che il sole è un corpo caldo che perde
calore e comportava tempi troppo brevi; Corpo che Brucia, ideata anch’essa da Lord Kelvin il quale sosteneva che
l’energia interna al sole fosse dovuta a processi chimici ad esso interni, ma richiedeva tempi troppo stretti; la
Contrazione di Helmholtz, che prende il nome dal grande fisiologo il quale sosteneva che l’energia solare provenisse
dall’energia potenziale gravitazionale dovuta all’attrazione tra le particelle.
COSA SI INTENDE CON IL TERMINE ATTIVITA’ SOLARE?
È il complesso dei fenomeni riguardanti la dinamica degli strati più esterni del sole.
CHE COSA SONO LE REGIONI ATTIVE SUL SOLE?
Sono le aree in cui avviene l’attività solare.
CHE COSA SONO I GRANULI DELLA FOTOSFERA?
Sono gli apici delle celle convettive, dove il gas incandescente raggiunge la sommità della fotosfera e rimane brillante
anche per 20 minuti. Essi hanno dimensione nell’ordine di migliaia di kilometri.
DESCRIVI NEL DETTAGLIO LA CATENA PROTONE-PROTONE CHE DESCRTIVE LA FUSIONE DELL’IDROGENO IN ELIO NEL
NUCLEO DEL SOLE.
È il processo di fusione nucleare, descritto da Bethe e Crichfield.
Fase 1: troviamo la reazione di due protoni che si fondono in un nucleo di deuterio, formato da un protone e un
neutrone, con l’emissione di un positrone e+ e di un neutrino elettronico ve che lascia definitivamente la stella. I due
protoni si devono avvicinare molto, e possono avvicinarsi solo se è fornita ai protoni l’energia sufficiente. Fuori dal sole
ciò sarebbe estremamente difficile.
Fase 2: vi è una seconda reazione molto veloce, causata dal grande numero di protoni presenti nell’ambiente. Si ottiene
un nucleo dell’isotopo leggero dell’elio e un fotone gamma altamente energetico.
Fase 3: La catena termina con questa terza ed ultima reazione: due nuclei di isotopo di elio leggero, prodotto della
seconda fase, si fondono formando un nuovo nucleo, emettendo due protoni in eccesso che si rendono disponibili per
nuove fusioni.
ILLUSTRA, UTILIZZANDO AL MASSIMO 10 RIGHE I VARI FENOMENI VISIBILI LEGATI ALL’ATTIVITA’ SOLARE
L’attività solare causa vari fenomeni.
Le macchie solari sono il più evidente. Esse sono sedi di intensi campi magnetici che provocano un vorticoso moto a
spirale del plasma durante la risalita lungo le celle convettive, con conseguente espansione e raffreddamento. Esse
appaiono con una depressione centrale detta ombra, circondata da un alone grigio detto penombra. Riguardo alle loro
dimensioni possono essere classificate da pori alle grandi macchie.
Vi sono poi le facole che sono aree più calde e luminose della circostante fotosfera, visibili soprattutto nel lembo solare
che risulta più scuro per il maggior strato di atmosfera. La luminosità maggiore deve essere dovuta all’intenso campo
elettromagnetico.
Gli anelli coronali sono tubi di campo magnetico all’interno dei quali il plasma è convogliato e compresso.
I Brillamenti Solari sono vere e proprie esplosioni della corona, che possono durare anche qualche ora. Durante questi
brillamenti viene emessa una radiazione molto intensa a tutte le lunghezze d’onda a circa il 70% della velocità della luce.
Le protuberanze sono enormi lingue di idrogeno ionizzato in emissione con una temperatura di circa 10.000 Kelvin.
Essendo composte da gas, seguono le linee del campo magnetico e possono essere visibili anche per qualche settimana.
I filamenti sono le protuberanze che si osservano sul disco del sole, non solo sul lembo.
PERCHE’IL PUNTO DI FORMAZIONE DELLE MACCHIE SOLARI MIGRA DALLE MEDIE LATITUDINI FINO ALL’EQUATORE?
La migrazione delle macchie (o meglio del punto in cui esse si formano), è dovuta ad un moto degli strati più profondi
della zona convettiva dai poli verso l’equatore, mentre la superficie ha moto opposto.
DESCTIVI, UTILIZZANDO AL MASSIMO 10 RIGHE, IL FENOMENO DEI BRILLAMENTI, ILLUSTRANDO IN PARTICOLARE
L’EMISSIONE DI MASSA SOLARE AD ESSI ASSOCIATA
Durante i Brillamenti viene emessa una forte radiazione luminosa a tutte le lunghezze d’onda e vengono proiettate nello
spazio particelle cariche con una velocità pari a circa il 70% di quella della luce. Queste forti emissioni di energia sono
causate dagli intensi campi magnetici che liberano la suddetta energia a causa di una loro repentina riconfigurazione. Il
campo magnetico immagazzina energia, fino a quando non la rilascia in grandi quantità, assieme ad una quantità di
materiale coronale.
QUANTA ENERGIA PUO’ ESSERE EMESSA DURANTE UN BRILLAMENTO?
Fino a 1025 Joule di energia.
CHE COSA AVVIENE IN PARTICOLARE IN UN BUCO CORONALE?
Il campo magnetico che esce da queste aree genera un forte flusso di particelle cariche che contribuisce in modo
determinante al vento solare. Essi sono zone meno dense delle zone coronali circostanti.
CHE COSA SI INTENDE CON IL TERMINE CICLO SOLARE?
È il periodico ed irregolare alternarsi di picchi di attività ed è stato scoperto nei primi decenni dell‘800 da Samuel
Schwabe. La sua durata è pari a 11,1 anni, e fu calcolata dall’astronomo Rudolf Wolf
CHE COSA È IL NUMERO DI WOLF? CHE COSA MISURA?
L’astronomo svizzero Rudolf Wolf scoprì la formula della valutazione dell’intensità dell’attività solare attraverso un
parametro, detto appunto numero di Wolf
R = k(10g+f)
Esso dipende quindi dal numero totale di gruppi di macchie visibili (g), dal numero totale di singole macchie visibili (f) e
da un parametro (k) legato allo strumento utilizzato per le osservazioni.
PERCHE’ SI PARLA DI CICLO DI HALE DELLA DURATA DI 22,2 ANNI?
È l’intervallo di tempo (che dura appunto 22,2 anni) che intercorre tra due configurazioni della polarità identiche per il
sole.
CHE COSA È STATO IL MINIMO DI MAUNDER?
Fu l’intervallo tra il 1645 e il 1715, durante il quale l’attività solare fu praticamente nulla. Fu un periodo particolarmente
freddo su tutto il pianeta.
C’è UN LEGAME FRA ATTIVITA’ E CAMPO MAGNETICO?
Le cosiddette zone attive del sole hanno un campo magnetico più intenso e concentrato.
QUESITI, capitolo 8, il sistema solare
CHE COS’È IL SISTEMA SOLARE? FINO A QUALE DISTANZA SI ESTENDE?
Il sistema solare è l’insieme costituito dal sole e da tutti corpi che vi orbitano attorno. Esso include otto pianeti ed un
centinaio di satelliti, oltre che un numero incalcolabile di asteroidi e comete, i pianeti nani e le polveri e i gas. Il suo
confine è dato dalla fascia di Kuiper. Esso si estendo oltre l’orbita dell’ultimo pianeta, fino a circa 100 UA dal sole.
ILLUSTRA, UTILIZZANDO AL MASSIMO DIECI RIGHE, LA NASCITA DEL SISTEMA SOLARE A PARTIRE DA 5 MILIARDI DI ANNI
FA.
Secondo la teoria più accreditata, il sistema solare ebbe origine circa 5 miliardi di anni fa quando per causo non del tutto
chiare, si ruppe il fragile equilibrio in una nebulosa molto fredda (qualche kelvin), formata da gas e polveri, e iniziò il
collasso gravitazionale. Col precipitare della materia verso il centro di condensazione, si rese disponibile un’enorme
quantità di energia gravitazionale che contribuì ad innalzare la temperatura. Inoltre andava formandosi il nucleo
centrale che richiamava altra materia, facendo così aumentare la velocità dio rotazione del sistema. Mentre il nucleo
continuava ad aumentare la propria temperatura, il materiale circostante iniziava a disporsi su un disco avente per asse
quello del nucleo. Il nucleo al centro di questa nebulosa prendi il nome di protosole. Dal disco la materia continuò a
precipitare sul nucleo e le polveri circostanti ad esso iniziarono ad aggregarsi formando granuli via via sempre più grandi
(processo di accrescimento). In 100.000 il nucleo raggiunse una temperatura di qualche migliaio di kelvin e in questa
fase si formarono aggregati di materia chiamati planetesimi, che andavano a loro volta aggregandosi, aumentando
anche la loro velocità di crescita. Con dimensioni di qualche migliaio di km e forma ormai sferica, prendono il nome di
protopianeti, i quali continuarono ad essere bombardati da corpi rocciosi. Per essere chiamato pianeta, il corpo celeste
deve “dominare” la sua zona orbitale, quindi deve aver allontanato o inglobato tutti i planetesimi a lui circostanti. La
composizione chimica di pianeti e satelliti fu influenzata dalla distanza dal sole: i pianeti più vicini erano privi degli
elementi più leggeri che non condensavano, sorte a cui sfuggirono Giove e Saturno, capaci di trattenere le sostanze della
nebulosa originaria, grazie alla loro distanza dal sole e dimensioni.
PERCHE’ I PIANETI SONO STATI SUDDIVISI IN TERRESTI E GIOVIANI?
Per le caratteristiche simili che accumunano i pianeti dei due gruppi: quelli terrestri hanno densità elevata, volume non
molto grande e sono formati da materiali solidi, oltre al fatto che hanno un’atmosfera poco densa. Essi sono divisi da
quelli gioviani da una fascia di asteroidi. I gioviani sono invece caratterizzati da elevati volumi e densità molto bassa,
essendo praticamente enormi sfere fluide. La loro grande massa e distanza dal sole comportano basse temperature e
impediscono ai gas di fuggire nello spazio.
QUAL È IL PIANETA CON LA MASSIMA ALBEDO? COME SI SPIEGA UN VALORE COSÌ ALTO?
Venere è il pianeta con l’albedo più alta, seconda nell’intero sistema solo alla luna. Questo elevato valore è dovuto alla
forte densità dell’atmosfera del pianeta.
CHE COSA SI INTENDE CON IL TERMINE PROTOSOLE?
È il sole nelle fasi iniziali della sua formazione, quando ancora non si erano innescate le reazioni di fusione nucleare
QUAL È LA DIFFERENZA FRA PLANETESIMI E ASTEROIDI?
I planetesimi sono corpi formati da roccia o ghiaccio, con dimensioni che vanno da un metro a qualche km e che,
aggregandosi, concorrono alla formazione di un corpo minore. Invece gli asteroidi sono semplici piccoli corpi rocciosi o
metallici, solitamente di forma non sferica, in orbita intorno al sole.
COME SI SPIEGA L’ELEVATA TEMPERATURA AL SUOLO DEL PIANETA VENERE?
La temperatura del pianeta Venere è molto elevata a causa del forte effetto serra causato dalla densissima atmosfera.
QUALE TIPO DI RISONANZA HA IL MOTO DI MERCURIO?
È la risonanza orbitale, che fa sì che il moto di rotazione sia molto lungo: nel caso specifico di Mercurio, il pianeta
effettua due rotazioni in tre rivoluzioni
COM’È STATA GIUSTIFICATA LA ROTAZIONE RETROGRADA DI VENERE?
Probabilmente questa particolarità del moto di Venere è stata causata da un violento impatto con un protopianeta nelle
fasi iniziali della formazione del sistema solare.
CHE COSA SI INTENDE CON RISONANZA ORBITALE? ILLUSTRA CON UN ESEMPIO
La risonanza orbitale è quando il rapporto tra le durate di due moti di rivoluzione di due pianeti è esprimibile in una
frazione con numeri piccoli. Chiaro esempio è il moto di Mercurio, fortemente influenzato dal sole a causa della
vicinanza ad esso.
URANO HA UN MOTO MOLTO PARTICOLARE, QUAL È? QUAL È STATA LA PIU’ PROBABILE CAUSA DI TALE MOTO?
Come Venere, Urano ha un moto di rotazione retrogrado e proprio come il secondo pianeta, anche per Urano questa
caratteristica sarebbe dovuta allo scontro con un corpo celeste di dimensioni planetarie.
PERCHE’ GLI ANELLI CHE CIRCONDANO URANO SONO COSÌ DIFFICILI DA VEDERE?
Perché essi, come scoperto dalla sonda Voyager 2 nel 1977, sono molto scuri.
A CHE COSA E’ DOVUTA LA COLORAZIONE DELL’ATMOSFERA DI NETTUNO?
A causa della presenza di metano, che assorbe la banda del rosso, riflettendo solo quella del blu.
DA CHE COSA SONO FORMATI GLI ANELLI DI SATURNO?
Visti per la prima volta da Galileo Galilei, sono formati principalmente da frammenti di ghiaccio d’acqua con dimensioni
variabili dal micron a qualche metro e assumono colorazioni diverse a seconda delle polveri che ospitano. Essi hanno un
albedo molto elevata, maggiore di qualsiasi altro sistema di anelli del sistema solare.
PERCHE’ LA FASCIA DI ASTEROIDI NON HA DATO VITA AD UN PIANETA?
Secondo le teorie più moderne, sembra che la fascia di asteroidi rappresenti un “pianeta mancato”: i potenziali
planetesimi non si sono aggregati a causa delle forti perturbazioni gravitazionali provocate da Giove
SE CI TROVASSIMO SU IO, IL PIU’ VICINO A GIOVE DEI SATELLITI MEDICEI, QUALI SAREBBERO LE DIMENSIONI ANGOLARI
DI GIOVE?
Io è il più interno dei quattro satelliti medicei ed orbita ad una distanza di circa 351.000 km dalla superficie gioviana.
Giove, dalla superficie di Io, appare sotto un angolo di 19°, come se dalla terra vedessimo la luna con un diametro
angolare 40 volte più grande
QUAL È LA CAUSA DELL’ATTIVITA’ VULCANICA DI IO?
L’intensa attività vulcanica del satellite gioviano è dovuta ed alimentata dall’azione mareale esercitata dal vicino pianeta
gigante. La superficie di Io quindi, si rigenera completamente e, perciò, non presenta crateri o irregolarità.
CHE COSA CARATTERIZZA IL MOTO DI PLUTONE E DEL SUO COMPAGNO CARONTE?
Il periodo di rotazione di entrambi è pari al periodo di rivoluzione e quindi ognuno dei due mostra sempre la stessa
faccia all’altro.
ILLUSTRA GLI ELEMENTI CARATTERIZZANTI UNA COMETA
Si definisce cometa un piccolo corpo composto da ghiaccio e polvere in orbita intorno al sole. Esse sono corpi celesti che
si muovono lungo orbite altamente eccentriche, prossime a 1. Esse sono costituite dal nucleo, composto da ghiaccio
d’acqua e diossido di carbonio e polveri; la sua massa è dell’ordine dei miliardi di tonnellate e le dimensioni posso
arrivare a qualche decina di km. Quando è in avvicinamento rispetto al sole, la sua superficie poco densa inizia a
sublimare, dando vita alla chioma, che è l’involucro dei gas e polveri che avvolge il nucleo solido della cometa. Nella fase
in cui produce la chioma, la cometa non solo riflette la luce solare, ma ne emette di propria. Quando scende sotto le 2
UA di distanza dal sole, può formarsi anche la corda, che è la parte della cometa contenente gas e polveri spazzate via
dal vento solare e possono essere di due tipi: quella formata dal gas, e quella formata da.
PERCHE’ UNA COMETA PUO’ AVERE DUE CODE? SPIEGA IL FENOMENO
Perché può averne una di ioni, formata dal gas ionizzato e che si forma per la presenza di monossido di carbonio, con
una forma rettilinea e solitamente molto estesa. La seconda invece è formata dalle polveri ed è solitamente più corta di
quella gassosa. Essa appare inarcate, risentendo meno del vento solare.
ILLUSTRA, UTILIZZANDO AL MASSIMO 6 RIGHE LA DIFFERENZA TRA METEOROIDE, METEORA E METEORITE.
Il meteoroide è un piccolo frammento che entrando nell’atmosfera terrestre può dar vita a una meteora, che invece è
una scia luminosa nella parte superiore dell’atmosfera, provocata appunto da un frammento proveniente dallo spazio.
Nel caso in cui il meteoroide abbia dimensioni abbastanza grandi per giungere al suolo, il frammento che giunge al suolo
prende il nome di meteorite.
ILLUSTRA IL FENOMENO DELLE STELLE CADENTI
Più propriamente parlando, le stelle cadenti, andrebbero chiamate meteore. Si dice meteora una scia luminosa nella
parte superiore dell’atmosfera provocata da un frammento proveniente dallo spazio. Questo piccolo frammento si
chiama meteoroide. La luce non viene emessa dalla meteora, ma per i continui urti con le particelle dell’atmosfera nella
quale sta sfrecciando, il meteoroide cede la propria energia cinetica. In parte la cede agli atomi che incontra lungo il suo
cammino, ionizzandoli, in parte surriscaldandosi fino a bruciare, lasciando dietro di se una scia di gas ionizzato lunga dai
20 ai 30 km, che emette luce a diverse lunghezze d’onda (anche nella banda del visibile). Se il frammento è di almeno 10
cm di diametro, viene classificato per la sua grandezza ed intensità, come bolide. In caso la massa dei meteoroidi sia
superiore ad 1 kg, il meteoroide stesso non si consumerebbe del tutto, ma atterrerebbe al suolo. Questi frammenti
prendono il nome di meteoriti.
COME VIENE DEFINITO UN PIANETA NANO? (ESEMPI: ERIS, CARONTE E CERERE)
Si dice pianeta nano un corpo di forma sferica, orbitante intorno a una stella, non emettente luce propria e che non
domina da un punto di vista gravitazionale la propria zona orbitale.