Il Sole
Il
Sole è una stella abbastanza comune di media massa e di formazione
recente (ha avuto origine, insieme al Sistema solare, circa 4,6 miliardi
di anni fa), composta soprattutto da idrogeno (74%) ed elio (25%), con
tracce di elementi più pesanti (carbonio, azoto, ossigeno, ecc.).
Lo stato di materia del Sole è quello di plasma (ossia di gas a
temperatura sufficientemente alta per cui gli atomi sono tutti ionizzati),
tenue in superficie e più denso scendendo verso il nucleo. Come
la maggior parte delle stelle, è nella fase evolutiva in cui genera
energia mediante la fusione termonucleare dell'idrogeno in elio. Si trova
ai confini del disco della Via Lattea, a una distanza di circa 26.000
anni luce dal centro galattico, attorno al quale compie una rivoluzione
in circa 250 milioni di anni. È a circa metà della sua vita.
Quando avrà esaurito l'idrogeno al suo interno, fra circa 4-5 miliardi
di anni, il nucleo si contrarrà e si scalderà, causando
l'espansione degli strati esterni fino a inglobare la Terra (la sua massa
è troppo bassa per poter esplodere come supernova). A questo punto
inizierà la fusione dell'elio in carbonio e ossigeno. Ciò
che resterà del Sole sarà un nucleo stellare caldo (nana
bianca) che si raffredderà piano piano nel corso di miliardi di
anni.
L'interno del Sole può essere schematicamente suddiviso nel nucleo,
dove la temperatura è di circa 16 milioni di gradi e avvengono
le reazioni nucleari, e in due zone di propagazione dell'energia, una
radiativa e una convettiva, quest'ultima più vicina alla superficie.
La luce prodotta giunge sulla superficie solare dopo circa un milione
di anni, perché i fotoni interagiscono con la materia e vengono
continuamente assorbiti e riemessi; raggiunta la superficie, arrivano
sulla Terra in soli 8,3 minuti. L'atmosfera del Sole è costituita,
a partire dalle parti più interne, da fotosfera, cromosfera e corona.
La fotosfera è la parte visibile del Sole, da cui proviene la maggior
parte della luce. La cromosfera si può osservare soltanto per pochi
minuti durante le eclissi. La corona è la parte rarefatta dell'atmosfera
solare, che si estende per milioni di chilometri dal Sole.
La struttura interna del Sole può essere investigata in modo indiretto
analizzando le oscillazioni superficiali dell'astro, analogamente a come
si indaga l'interno della Terra attraverso lo studio delle onde sismiche.
Le stelle sono corpi in equilibrio idrostatico, nei quali cioè
le forze di pressione del gas dirette verso l'esterno sono bilanciate
da quelle di gravità dirette verso l'interno. Piccole instabilità
interne fanno comunque pulsare le superfici delle stelle, che in conseguenza
di ciò alternano piccole espansioni a piccole contrazioni. Il periodo
delle pulsazioni stellari si ricava analizzando la luminosità emessa
dalla stella. Infatti, poiché la luminosità proviene dalla
superficie della stella, piccoli spostamenti di quest'ultima in avanti
e indietro determinano variazioni corrispondenti nello spettro di luce
emessa. Il Sole oscilla con un periodo di circa 5 minuti. Il fenomeno
è dovuto al calore sviluppato nelle regioni centrali attraverso
le reazioni termonucleari, che scalda il gas sovrastante facendolo spostare
sotto forma di rumorose calde bolle. Il rumore è analogo a quello
che si sente quando l'acqua sta per bollire. Le onde sonore si propagano
all'interno del Sole fino a che raggiungono e sono riflesse dalla superficie,
che in conseguenza di ciò oscilla periodicamente verso l'interno
e l'esterno. A differenza della radiazione luminosa, le onde sonore si
propagano all'interno del Sole molto più rapidamente (nel giro
di decine di minuti) e l'informazione che trasportano è resa subito
disponibile.
Il
Sole ha un'elevata attività energetica, che si sviluppa soprattutto
nella fotosfera, cioè nella regione che separa gli strati più
interni da quelli più esterni. I fenomeni più frequentemente
osservati sono i 'brillamenti', improvvisi rilasci di energia che si verificano
in prossimità delle cosiddette macchie solari, le zone meno luminose
e calde della fotosfera, di varie dimensioni e forma, che appaiono scure
per contrasto rispetto al fondo luminosissimo. Queste
macchie si trovano a una temperatura che è ridotta di circa il
15% rispetto a quella della fotosfera e si presentano, isolate o a gruppi,
in una fascia abbastanza ampia attorno all'equatore solare. Il loro numero
varia nel tempo con un ciclo di circa 11 anni. Le macchie solari hanno
una temperatura e una luminosità inferiori perché sono attraversate
dall'interno all'esterno da un intensissimo campo magnetico, il quale
impedisce a una parte del flusso di energia che proviene dall'interno
del Sole di arrivare in superficie. Il calore che non arriva in superficie
non è facilmente localizzabile, poiché in condizioni di
turbolenza, quali sono quelle in prossimità delle macchie solari,
è molto difficile studiare il movimento della materia fluida calda
che sale verso l'esterno, responsabile del trasporto del calore. Alcuni
modelli prevedono una dispersione uniforme.
L'attività solare si pensa sia alimentata dall'energia rilasciata
dal campo magnetico solare: la sua intensità, come il numero delle
macchie solari, varia nel tempo con un periodo di 11 anni, detto ciclo
solare. Uno dei misteri del Sole è perché la sua atmosfera
raggiunge temperature di milioni di gradi, quando la temperatura superficiale
è molto inferiore (5500 °C circa): secondo le leggi della termodinamica
il calore non può passare da zone più fredde a zone più
calde, per cui l'atmosfera non può essere riscaldata da un flusso
di calore proveniente dalla superficie, ma da qualche meccanismo energetico
di natura non termica. Un altro mistero non ancora chiarito è capire
da cosa viene accelerato il cosiddetto vento solare, il flusso particelle
cariche (sostanzialmente protoni ed elettroni) che fuoriesce dal corona
a velocità supersonica e raggiunge la Terra.
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