Il Sole è la stella più vicina alla Terra e più importante per la nostra esistenza. La sua luce e il suo calore sono indispensabili per la vita sulla Terra, e la regolarità del suo movimento è uno strumento per misurare il trascorrere del tempo e una metafora per il ciclo dell’esistenza.
Eppure, un sondaggio pubblicato sull’Annuario Scienza e Società 2013 di “Observa Science in Society” mostrava che solo il 60% degli intervistati in Italia aveva risposto correttamente alla domanda: che cos’è il Sole? Affermando che il Sole è una stella.
Il Sole è una stella e come tale è un serbatoio di energia: genera luce, illumina e riscalda. In modo diretto o indiretto, quasi tutte le forme di vita presenti sulla Terra dipendono da esso. Il Sole è l’unica stella del nostro sistema planetario e dalla Terra lo vediamo apparire e scomparire a intervalli regolari.
Il Sole è considerato ‘la stella’ per eccellenza, ma in realtà, dal punto di vista astronomico, la sua fama è ingiustificata. Si tratta di una nana gialla, una stella poco più grande della media, destinata a splendere per circa 10 miliardi di anni (oggi è già vecchio di 5 miliardi di anni) prima di spegnersi poco alla volta.
La vera peculiarità del Sole è la sua vicinanza alla Terra, che riceve dall’astro - sotto forma di radiazione elettromagnetica - buona parte dell’energia indispensabile per i suoi processi vitali. Il Sole è formato per 3/4 da idrogeno e per 1/4 da elio con tracce di elementi più pesanti come ossigeno, carbonio, ferro.
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Struttura e Composizione del Sole
Come ogni altra stella, il Sole è composto da plasma, cioè gas i cui atomi sono scomposti in nuclei ed elettroni liberi per via delle altissime temperature. La massa complessiva del Sole è pari a 1,9891 x 1010 Kg, circa 33.000 volte quella della Terra.
Il raggio medio del Sole è pari a 696.000 Km. Il 75% circa della massa del Sole è composto da idrogeno, il 23% da elio e meno del 2% da atomi più pesanti, principalmente ossigeno (1%) e carbonio (0,3%).
Nella regione più interna, il nucleo, avvengono le reazioni nucleari che alimentano la stella e trasformano gli atomi di idrogeno in elio, generando un’enorme quantità di energia ad una temperatura di circa 13 000 000 °C.
Attraverso la fotosfera è possibile osservare il gas che, dallo strato (convettivo) sottostante, affiora e sprofonda: il gas a temperatura maggiore infatti tende a salire rispetto a quello a temperatura più bassa; nell’emergere cede il suo calore alle zone circostanti e - una volta raffreddatosi - per lo stesso principio tende a ritornare verso il basso, soccombendo rispetto ad altre masse vicine che intanto sono diventate più calde.
Oltre la fotosfera incontriamo la cromosfera, una fascia di colore rossastro, spessa “appena” 2000 Km, composta principalmente di atomi di idrogeno. Gli spettacolari fenomeni che vi avvengono sono osservabili anche dalla Terra, durante le eclissi totali di Sole.
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Dallo strato della cromosfera emergono enormi getti di materia incandescente, simili a esplosioni vulcaniche: sono le protuberanze solari. Si presentano come getti di plasma che, seguendo le linee di campo del campo magnetico, formano enormi archi ricadendo poi sulla superficie solare.
Infine, troviamo la regione più esterna dell’atmosfera solare, la corona, le cui dimensioni non sono ben definite poiché essa è composta da gas a elevata energia ed estremamente rarefatto. La corona non può essere osservata se non con appositi strumenti, tra cui il coronografo (o, eccezionalmente, durante le eclissi di Sole).
L'Attività Solare e il Campo Magnetico
Il Sole possiede un campo magnetico molto intenso, che influenza in maniera sensibile, nonché visibile, alcuni fenomeni che avvengono sulla sua superficie e che sono tuttora oggetto di studio.
Il campo magnetico complessivo della nostra stella è determinato dalla somma di due contributi principali: il primo è costituito dal campo bipolare, le cui linee di campo attraversano i poli solari; il secondo dal fatto che la superficie del Sole ruota a velocità diverse: all’equatore compie una rotazione completa ogni 26 giorni, ai poli ogni 37.
Le linee di campo sembrano essere più intense in corrispondenza di particolari punti della superficie solare, chiamati macchie solari; il colore scuro delle macchie, più o meno estese, dipende dalla bassa temperatura rispetto alle zone circostanti.
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Attraverso ripetute osservazioni, si è visto che le macchie solari si generano ad alte latitudini, per poi spostarsi verso le zone equatoriali, fino a scomparire, riassorbite sotto la superficie. Ogni 11 anni circa i poli magnetici del Sole si invertono, ed anche le macchie aumentano e diminuiscono secondo un ciclo quasi costante, di circa 11 anni: risulta evidente una connessione tra il ciclo delle macchie e la variazione dell’intensità del campo magnetico e dell’attività solare.
L’attività solare, quindi, può essere riconducibile al numero di macchie solari e attraversa un punto di minimo (poche o nessuna macchia solare) e un punto di massimo (maggior numero di macchie). Durante il massimo di attività può avvenire una serie di fenomeni tra cui i brillamenti: si manifestano come eruzioni improvvise (“flares”) sulla superficie, che generano emissione di energia sotto forma di radiazione, ma anche di materia, attraverso flussi di particelle trasportate dal vento solare.
Il vento solare consiste in un’emissione di particelle che, partendo dal Sole, attraversano tutto il Sistema Solare. Le radiazioni emesse dalla stella spingono le particelle del plasma circostante verso le regioni esterne del sistema, facendole viaggiare tra i 1000 e i 3000 Km/s.
L’interazione del vento solare, ovvero delle particelle cariche (elettroni e¯ e p+), con il campo magnetico terrestre dà origine al fenomeno dell’aurora polare, ovvero una luminescenza diffusa nel cielo notturno.
Il Colore del Sole
Di che colore è il Sole? Giallo ovviamente, come testimoniano i disegni di tutti i bambini della Terra. Eppure, se ponessimo la stessa domanda ad un astronauta, egli ci risponderebbe senza esitazione: il Sole è bianco!
Il colore del Sole è determinato dalla temperatura della sua superficie che mediamente è di circa 5500 °C, corrispondente ad un bianco acceso. Il Sole visto dallo spazio dunque è bianco, non giallo, poiché la sua luce può raggiungere l’osservatore senza subire alcuna dispersione.
Infatti, il motivo per cui il Sole appare giallo a noi sulla Terra è che la nostra atmosfera diffonde la luce solare in modo da farle cambiare leggermente colore. È lo stesso effetto di diffusione luminosa che determina il colore azzurro del cielo diurno. In particolare l’atmosfera tende a disperdere le radiazioni nelle lunghezze d’onda del blu e del viola, quindi le lunghezze d’onda che passano sono di colore giallo.
L’apparente colore giallo del Sole è visibile molto meglio quando si è vicini al tramonto, perché in questo caso gli strati di atmosfera che la luce deve attraversare sono più spessi e quindi le radiazioni blu sono fermate con maggiore efficacia.
Il Ciclo di Vita del Sole
Il Sole si è formato circa 4,6 miliardi di anni fa dal collasso di una nube di gas, dovuto probabilmente dall’esplosione di un’antica supernova. La compressione provocata dall’onda d’urto ha aumentato la temperatura e la pressione della nube sempre più, fino a innescare al suo interno reazioni di fusione nucleare che trasformano l’idrogeno in elio.
Dal momento della sua nascita, il Sole ha continuato a fondere idrogeno in elio. Quando l’idrogeno a disposizione nel nucleo terminerà, tra circa 4,5 miliardi di anni, il Sole diventerà una gigante rossa, in cui l’elio si fonde per formare carbonio. Il suo raggio aumenterà di oltre 200 volte: Mercurio, Venere e probabilmente anche la Terra verranno inghiottiti.
Durante la fase di gigante rossa, il Sole perderà gradualmente i suoi strati più esterni, esponendo infine il suo nucleo di carbonio e ossigeno, caldissimo e inerte (cioè non più in grado di ospitare reazioni termonucleari). A quel punto il Sole sarà diventato una nana bianca e avrà un raggio di circa 7000 km, come la Terra.
Per circa 10.000 anni la radiazione emessa dalla nana bianca illuminerà gli strati esterni precedentemente espulsi durante la fase di gigante rossa, andando così a creare una nebulosa planetaria.
La nana bianca si spegnerà poi molto lentamente, man mano che si raffredderà. Infine, il carbonio contenuto nella nana bianca cristallizzerà fino a trasformarsi in un gigantesco diamante grande più o meno come la Terra!
Tabella delle Caratteristiche del Sole
| Caratteristica | Valore |
|---|---|
| Età | Circa 4,6 miliardi di anni |
| Massa | 1,9891 x 1030 Kg (circa 330.000 volte la Terra) |
| Diametro | Circa 1.400.000 km (circa 110 volte la Terra) |
| Temperatura superficiale | Circa 5500 °C |
| Composizione | 75% idrogeno, 23% elio, 2% altri elementi |