Cognome....................................................................... Nome ............................................................................. IL SOLE Il Sole è una stella gialla, di massa medio‐piccola, che ha per noi un pregio fondamentale: è la sorgente dell’energia che mantiene la vita sul nostro pianeta. Questa energia, catturata dalle piante grazie al processo di fotosintesi, viene trasformata in molecole biologiche (in particolare zuccheri) e resa disponibile al resto della comunità vivente. Dall’analisi dello spettro solare, risulta che gli strati esterni del Sole contengono il 78% di idrogeno, il 20% di elio e il 2% di altri elementi chimici, tra cui carbonio e litio; il nucleo, dove avvengono le reazioni nucleari, conterrebbe invece il 30% di idrogeno e il 68% circa di elio. Caratteristiche del Sole
distanza media dalla Terra raggio medio raggio (Terra = 1) massa (Terra = 1) densità media temperatura − media superficiale − del nucleo periodo di rotazione equatoriale 149,6 milioni di km 696.000 km 109,25 330.000 (circa) 1,41 g/cm3 6000°C 15 milioni di °C 27 giorni Il Sole dista dalla Terra mediamente 150 milioni di chilometri e la sua luce impiega 8,3 minuti per raggiungere il nostro pianeta; ha una massa 330.000 volte maggiore rispetto alla Terra e una densità (1,4 g/cm3) pari a circa ¼ di quella della Terra (5,5 g/cm3). Gli studi condotti dagli astronomi sul Sole negli ultimi 50 anni con l’impiego di mezzi sempre più avanzati (telescopi, palloni‐sonda, laboratori spaziali) hanno permesso di elaborare un modello della sua struttura che può essere applicato anche alle altre stelle analoghe. La struttura del Sole può essere esemplificata secondo un modello costituito da una serie di strati concentrici di diversa temperatura e pressione. densità, Nella parte interna si trova il nucleo, nel quale le temperature arrivano a 15 milioni di gradi e le pressioni sono elevatissime, circa 300 miliardi di volte maggiori di quella alla superficie terrestre. A queste temperature estreme, i gas si trovano non più sotto forma di atomi, così come sono presenti sulla Terra, ma come un “fluido”, costituito da nuclei atomici ed elettroni liberi, cui è stato dato il nome di plasma (il quarto stato della materia). Le condizioni sono adatte perché si producano reazioni di fusione termonucleare; in questo processo i nuclei di idrogeno si uniscono tra loro, cioè si “fondono” insieme, trasformandosi in nuclei di elio: nel processo si libera un’enorme quantità di energia. Dal nucleo l’energia si diffonde per irraggiamento, cioè sotto forma di radiazioni, attraverso uno strato chiamato zona radiativa e si libera verso l’esterno attraverso un altro strato chiamato zona convettiva. Qui masse di plasma caldissimo, salendo in superficie, diventano un poco più fredde e dense e ridiscendono verso il basso con un moto convettivo, un po’ come avviene quando l’acqua bolle in un recipiente. La parte esterna del Sole comprende la fotosfera, la cromosfera e la corona solare. La fotosfera è la superficie luminosa visibile del Sole, da cui viene emessa la maggior parte della luce e del calore della stella. È uno strato molto sottile (spesso 500 km) che ha un aspetto granulare, con zone luminose che si formano e scompaiono in pochi minuti: è qui, infatti, che affiorano i flussi convettivi di plasma. La temperatura è di circa 6000 °C. Sulla fotosfera sono visibili le macchie solari, studiate da Galileo. Sono zone scure, più fredde, del diametro di migliaia di chilometri, circondate da raggi più chiari e perciò facilmente visibili dalla Terra. Le macchie solari sono connnesse a intensi fenomeni magnetici che bloccano la radiazione termica: hanno un ciclo di 11 anni, durante il quale si formano, si accrescono e poi diminuiscono. Lo studio delle macchie solari ha messo in evidenza che il Sole, in corrispondenza dell’equatore, ruota intorno al proprio asse in circa 25 giorni. Intorno alla fotosfera si estende la cromosfera, un involucro di gas incandescenti, spesso qualche migliaio di chilometri. Più all’esterno troviamo la corona solare, che ha l’aspetto di un grande alone poco luminoso, ma molto esteso. La corona solare è attraversata da un flusso di particelle cariche che costituiscono il vento solare: questo flusso aumenta in certi periodi di intensa “attività” solare e dà luogo a fenomeni magnetici nell’atmosfera terrestre, tra cui le aurore polari. Nella corona solare sono visibili le protuberanze solari, getti di plasma che si innalzano dal martine solare per centinaia di chilometri, per poi ricadere sul Sole o essere proiettati all’esterno. L’ENERGIA DEL SOLE: COME SI GENERA L’energia del Sole, come quella delle altre stelle, non scaturisce da reazioni chimiche, nelle quali gli elementi si combinano tra loro, ma da reazioni nucleari: si tratta di processi in cui erti elementi chimici si trasformano in elementi differenti, in quanto viene modificato il loro nucleo atomico. Ciò può avvenire in seguito all’unione di due o più nuclei oppure in seguito alla rottura di un nucleo in più frammenti: nel primo caso si partla di fusione nuclceare ed è ciò che si verifica nel Sole o nell’esplosione di una bomba a idrogeno; nel secondo caso si parla di fissione nucleare ed è ciò che avviene nei reattori nucleari che producono energia elettrica o nell’esplosione di una bomba atomica. All’interno del Sole l’idrogeno, come abbiamo detto, è presente allo stato di plasma, costituito da protoni nuclei di idrogeno) ed elettroni. Il processo che si innesca ha come risultato finale la trasformazione dell’idrogeno in elio: da quattro nuclei di idrogeno o protoni che si uniscono intimamente tra loro, cioè si “fondono” insieme, si origina il nucleo di un nuovo elemento, l’elio, formato da due protoni e due neutroni; questo processo è noto come fusione termonucleare, essendo causato soprattutto dall’elevatissimo calore. E l’energia, da dove viene? Se potessimo pesare un nucleo di elio, vedremmo che la sua massa è minore della somma delle masse dei quattro protoni di partenza. Nella “trasmutazione” dell’idrogeno in elio, una piccola frazione di materia “scompare”, trasformandosi in energia: questa equivale al prodotto della massa “scomparsa” per il quaddrato della velocità della luce; possiamo capire come una massa anche piccolissima possa trasformarsi in un’enorme quantità di energia. Il Sole produce energia secondo questo meccanismo da circa 5 miliardi di anni, trasformando ogni secondo circa 600 milioni di tonnellate di idrogeno in elio. Quando tale combustibile sarà esaurito, il Sole si estinguerà: ciò avverrà forse tra circa altri 5 miliardi di anni. Da anni gli scienziati stanno studiando il modo di rprodurre in laboratorio le reazioni di fusione che avvengono nel Sole, usando come combustibile nucleare un isotopo dell’idrogeno, il deuterio: l’idea è quella di arrivare un giorno a costruire centrali per la produzione di energia basate sulla fusione termonucleare controllata, che potrebbero costituire una fondamentale fonte di energia elettrica. Dovranno tuttavia essere superate varie difficoltà tecnologiche, che riguardano il controllo del processo di fusione e la sicurezza degli impianti. GUIDA ALLO STUDIO 1.
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Quale importanza riveste il Sole per i viventi? Da quali elementi è principalmente costituito il Sole? Come si chiama la parte interna del Sole e quali processi vi si svolgono? Come è costituita la struttura della parte esterna del Sole? Che cos’è il vento solare? SCEGLI IL COMPLETAMENTO CORRETTO 1.
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La parte interna del Sole è formata da: a.
nucleo, zona convettiva, corona solare b.
nucleo, zona radiativa, fotosfera c.
nucleo, zona radiativa, zona convettiva d.
nucleo, zona radiativa, cromosfera Lo studio delle macchie solari ha messo in evidenza: a.
il moto di rivoluzione del Sole b.
il moto di rotazione del Sole c.
l’esistenza del vento solare d.
l’esistenza della fotosera È attraversata dal vento solare la: a.
fotosfera b.
corona solare c.
cromosfera d.
zona convettiva La fusione termonucleare che avviene all’interno del Sole consiste: a.
nella fusione di nuclei di idrogeno b.
nella fusione di atomi di idrogeno c.
nella fusione di nuclei di idrogeno e di elio d.
nella fusione di nuclei di elio La fotosfera: a.
è sede delle macchie solari b.
ha uno spessore di circa 50.000 km c.
ha una temperatura di circa 6000 °C d.
è circondata dalla cromosfera. Completa cicascuna frase scegliendo il termine omesso (vedi elenco sotto, due sono stati omessi): a.
Flusso di particelle che si allontanano dal Sole ................................................................................ b.
Ha una temperatura di oltre 13 milioni di gradi .............................................................................. c.
La parte visibile del Sole ................................................................................................................... d.
Involucro di gas al di sopra della fotosfera ...................................................................................... e.
Getto di plasma che si innalza dal margine del Sole ........................................................................ f.
Zone scure e più fredde della fotosfera ........................................................................................... g.
Nuclei di elio che complessivamente si formano da 24 protoni nella fusione termonucleare [cromosfera – macchie solari – nucleo – protuberanza – vento solare]
