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L'universo

Il Sole

Il Sole, collocato al centro del sistema planetario, si presenta come una gigantesca sfera di gas ionizzati (plasma) che irraggia energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari. Da essa deriva la maggior parte dell'energia che si manifesta e che viene utilizzata sulla Terra.

Il Sole è una stella della sequenza principale, di tipo spettrale G2 (quinta classe di luminosità), quindi di colore giallo. Ha un raggio di circa 696 500 km (pari a 109 volte il raggio della Terra) e una massa di 1,99 x 1030 kg (equivalente a circa 330 000 volte la massa terrestre e a 750 volte la massa di tutti i corpi del sistema solare). La densità media solare è di 1,41 g/cm3, 1/4 della densità media della Terra. La temperatura superficiale è di circa 5700 °C. L'accelerazione di gravità sulla superficie è 28 volte quella terrestre (tab. 3.1).

Struttura interna

Come le altre stelle, il Sole è una sfera di gas ad altissima temperatura, la cui materia è tenuta insieme dall'attrazione gravitazionale (fig. 3.1). Si distingue una parte interna, non visibile, e una parte esterna (atmosfera solare).

Nella parte interna si ipotizza la presenza di un nucleo, in cui avvengono le reazioni di fusione termonucleare che generano l'energia della stella. Intorno al nucleo si estende la zona di radiazione, o zona radiativa, un guscio sferico di gas, in cui l'energia, emessa prevalentemente sotto forma di raggi gamma, viene continuamente assorbita e riemessa dal gas. Segue uno strato in cui l'energia viene trasportata attraverso i moti convettivi dei gas, detto zona di convezione, o zona convettiva, spessa circa il 30% del raggio solare.

Del Sole è visibile solo la parte più esterna, composta di tre strati che, andando dall'interno all'esterno, sono la fotosfera, la cromosfera e la corona; cromosfera e corona costituiscono l'atmosfera solare, struttura complessa e sede di processi violenti e variabili nel tempo.

La radiazione continua del Sole ha origine nella fotosfera (dal greco, sfera di luce), strato più basso dell'atmosfera e spesso poche centinaia di chilometri, con temperature di circa 4300-9000 °C. Tipiche della fotosfera sono le macchie solari: zone che appaiono più scure sulla superficie del Sole per contrasto con la fotosfera circostante. Queste aree, alle quali è associato un elevatissimo campo magnetico, possiedono un nucleo centrale (ombra) circondato da una regione chiara (penombra). La loro posizione varia nel tempo per effetto della rotazione del Sole, variabile in funzione della latitudine. Nel 1850 si scoprì che il numero totale di macchie visibili sulla superficie solare varia da un valore massimo a uno minimo secondo una ciclicità di 11 anni (ciclo di attività solare).

Al di sopra della fotosfera si estende la cromosfera, regione di gas rarefatto spessa 2000 km, con strutture allungate (spicole) che si innalzano fino a 10 000 km. Nella cromosfera la temperatura media sale a circa 15 000 °C.

La corona, ultimo strato del Sole, è costituita da gas estremamente rarefatto e la temperatura è dell'ordine del milione di gradi. La corona è visibile durante le eclissi totali di Sole (o usando particolari strumenti, i coronografi).

Attività solare

Il gas, riscaldato dalla radiazione che proviene dall'interno del nucleo, si muove convettivamente, generando nella fotosfera una serie di celle chiare (la testa superiore della colonna ascendente di gas caldo) e zone circostanti scure (là dove il gas, raffreddandosi, si reimmerge); questa struttura viene chiamata granulazione.

Eventi più spettacolari sono le protuberanze, grandi emissioni di materia che si allontana dal Sole fino a decine di migliaia di chilometri di altezza, e i brillamenti, violenti aumenti di luminosità in una piccola regione della cromosfera e della corona, accompagnati da emissioni di raggi X e particelle accelerate e correlati a sottostanti macchie solari. La corona, a causa della sua altissima temperatura, si espande nello spazio formando il vento solare, un flusso di particelle e campi magnetici che si estende per tutto il sistema solare. Perturbazioni nel vento solare che giunge alla Terra innescano tempeste geomagnetiche, che agiscono sul campo magnetico terrestre, e le aurore polari, colorati drappeggi di luce che si formano nella nostra atmosfera a qualche decina di chilometri di quota (fra la mesosfera e la termosfera). Si ritiene che le manifestazioni di attività solare siano pilotate dalla disposizione, dall'intensità e dal comportamento dei campi magnetici presenti in prossimità della superficie solare.

L'energia totale irraggiata dal Sole è determinata in base alla costante solare, che è la quantità di energia che nell'unità di tempo colpisce l'unità di area situata al di fuori dell'atmosfera terrestre e posta perpendicolarmente alla direzione dei raggi solari; il valore della costante solare è di 1,374 kW/m2 al minuto. Complessivamente, la quantità di energia che il Sole irradia annualmente entro l'atmosfera terrestre è di 5,47 x 1024 joule e di essa circa il 70% raggiunge la superficie terrestre.

Tab. 3.1: Caratteristiche del Sole

Caratteristiche del Sole
raggio 696 500 km
(109 volte quello terrestre)
massa 2 x 1033 g
(333 400 volte quella terrestre)
densità media 2 x 1033 g
(333 400 volte quella terrestre)
temperatura superficiale 5700 °C
accelerazione di gravità alla superficie 274 m/s2
(28 volte quella terrestre)
distanza dalla Terra da 147,1 a 152,1 milioni di km;
in media 149,6 milioni di km
diametro angolare apparente del disco da 31'27" a 32'30"

Media

Figura 3.1

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