Il Sole e la sua energia

Il Sole e la sua energia.
Il Sole è la stella intorno a cui orbita la Terra.
Dal nostro punto di vista appare come un disco, di circa
mezzo grado di diametro, che emette luce e calore.
Anche guardandolo con vari strumenti si capisce poco
della sua vera struttura fisica, che è in realtà molto
complessa.
Capire il Sole è (ed è stato) importante da molti punti di
vista.
Prima di tutto la sua luce e la sua energia sono
fondamentali per la vita sulla Terra.
Le piante, la fotosintesi, e quindi tutta la catena
alimentare sono legate alla sua luce.
Indirettamente, quasi tutta l'energia che si trova
immagazzinata in varie forme (combustibili fossili,
biomasse, energia eolica) è energia solare.
Il Sole invia sulla Terra una potenza di 14 Kilowatt su metro quadrato,
l'equivalente della potenza di un ciclomotore, tanto è vero che l'energia
solare viene a volte sfruttata per produrre elettricità in modeste quantità
Adesso si ha una chiara percezione dei fenomeni che
mantengono acceso il Sole, e quindi si sa che non si
corrono rischi che si spenga.
Fino alla fine del secolo scorso questo concetto non era
chiaro, e sembrava inevitabile che prima o poi la luce
solare venisse mancare decretando la "morte termica"
dell'umanità.
Il Sole non emette solo luce, ma anche un flusso di
particelle cariche che viaggiano a circa 500 m/s, che
interagiscono con il campo magnetico terrestre dando le
aurore boreali, creando a volte problemi di
comunicazione, e diminuendo spesso la vita di progetto
dei satelliti che, orbitando intorno alla Terra non sono
protetti dall'atmosfera terrestre.
Il Sole, oltretutto, è un esempio perfetto di stella media,
e di fatto dà accesso a tante informazioni sulla fisica
delle stelle che ci sarebbero altrimenti precluse.
Il Sole ha un diametro che sottende mezzo grado, visto
da Terra.
Delle altre stelle non si riesce nemmeno a distinguere il
disco, se non facendo ricorso al telescopio spaziale e solo
per stelle molto grandi e vicine, come Betelgeuse, in
Orione.
Molte delle informazioni che abbiamo del Sole vengono dall'analisi dello
spettro della luce che emette.
In generale qualsiasi corpo che si trovi a una certa
temperatura emette delle onde elettromagnetiche.
Lo spettro di queste onde è variabile con la temperatura.
Tanto più un corpo è caldo tanto più il picco di emissione
è spostato verso le alte frequenze.
Lo spettro elettromagnetico, in realtà, è diviso per
convenzione in vari domini.
In realtà le proprietà della radiazione variano in modo
continuo con la frequenza.
Partendo dalle frequenze più alte si hanno i raggi gamma,
i raggi x, gli ultravioletti, la luce visibile, gli infrarossi, le
microonde e le onde radio
Nello spettro di una stella come il Sole sono riconoscibili delle
righe scure, dette righe di assorbimento, dovute al fatto che
intorno al Sole si trovano degli strati di gas che assorbono la luce
in corrispondenza di alcune lunghezze d'onda.
Dalla lunghezza d'onda in cui compaiono le righe d'assorbimento
si riconoscono gli elementi che hanno assorbito la luce.
Nello stesso modo, ci sono alcune zone che emettono luce in
corrispondenza di determinate lunghezze d'onda.
Questi spettri, detto spettri d'emissione, permettono di riconoscere nello
stesso modo gli elementi che emettono luce.
Con le onde elettromagnetiche l'effetto è lo stesso, solo
che si vede solo per velocità significative rispetto a
quella della luce (almeno qualche Km/s).
Quando la sorgente si avvicina la vediamo più blu
(blueshift), quando si allontana la vediamo più rossa
(redshift).
Questi spostamenti si riconoscono perché si vedono delle righe
caratteristiche spostate verso il blu o verso il rosso.
Nel Sole avviene un processo di fusione nucleare: a temperature molto elevate, avvengono
incessantemente reazioni termonucleari.
Questo processo libera una gigantesca quantità di energia e la cede come radiazioni all’universo
sottoforma di onde elettromagnetiche. Una parte di queste radiazioni passa l’atmosfera terrestre e
arriva come radiazione solare diretta sulla superficie terrestre con un’intensità al suolo di circa
1000W/m2. Questo flusso di energia è pari a 15.000 volte l’attuale consumo energetico mondiale ma di
questa energia solo una parte può essere trasformata in energia utile.
L’intensità e la distribuzione spettrale della radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre
dipendono dalla composizione dell’atmosfera; la quantità di energia che il Sole irraggia, ogni secondo su
un centimetro quadrato di superficie terrestre, è detta costante solare
Le radiazioni solari possono essere utilizzate in due modi: sfruttando il suo calore per riscaldare l’acqua
oppure sfruttando la sua luce che la trasforma direttamente in elettricità grazie agli impianti
fotovoltaici.
Le radiazioni elettromagnetiche
Il campo delle onde elettromagnetiche
Raggi
Raggi Ultra
Luce visibile
Infrarossi
Onde radar Onde radio
gamma x
violetti
Micro-onde
Qualunque radiazione elettromagnetica è composta da fotoni, particelle elementari elettricamente
neutre dalla natura corpuscolare ed ondulatoria.