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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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