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Tano Cavattoni
L’UniversoEtà 13,7 miliardi di anni
T. Cavattoni - l’Universo età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore 2010 2
Capitolo 7 Il Sole
Dico bastarmi per ora l’aver dimostrato che le macchie non sono stelle né materie consistenti, né locate lontano dal Sole, ma che si producono intorno ad esso, con maniera non dissimile a quella delle nugole e altre fumosità intorno alla Terra.
Galileo Galilei
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Lezione 17 Struttura della fornace solare§ 7.1 Principali caratteristiche del Sole§ 7.2 La struttura del Sole§ 7.3 La fonte di energia del Sole
Lezione 18 Il Sole dà spettacolo§ 7.4 L’attività del Sole§ 7.5 Il ciclo del Sole
Capitolo 7 Il Sole
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§ 7.1 Principali caratteristiche del Sole
Distanza media dalla Terra: 1,49·108 kmRaggio equatoriale: 6,67·105 kmMassa: 1,99·1030 kgDensità: 1,41 g/cm3
Accelerazione di gravità: 274 m/s2
Velocità di fuga: 617 km/sPeriodo di rotazione medio: 25,4 giorni(equatore: 25d; poli: 35d)Luminosità: 3,8·1026 WTemperatura superficiale: 5800 KDimensione angolare: 32'Inclinazione del piano equatoriale rispetto all’eclittica: 7,25°
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§ 7.2 La struttura del SoleUn viaggio di 100 000 anni.
NucleoÈ la regione dove l’idrogeno si fonde in elio. La pressione è 300 miliardi di volte quella atmosferica e la materia è allo stato di plasma.
Zona radiativaNella zona che avvolge il nucleo l’energia si propaga come onda elettromagnetica. Lungo il cammino i fotoni Χ interagiscono con la materia e perdono energia.
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§ 7.2 La struttura del SoleUn viaggio di 100 000 anni.Zona convettivaDeve il suo nome alla modalità di trasporto dell’energia. La velocità di risalita del gas va dai pochi cm/s ai diversi km/s.
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§ 7.2 La struttura del SoleUn viaggio di 100 000 anni.La fotosferaRappresenta la superficie del Sole a noi visibile. Ha uno spessore di soli 500 km e una temperatura media di 5800 K. Nella parte più esterna la densità è di 10–6 g/cm3.
GranuloCorsia intergranulare
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§ 7.2 La struttura del SoleUn viaggio di 100 000 anni.La cromosferaÈ lo strato più interno dell’atmosfera solare. Deve il suo nome alla colorazione rossa dovuta all’emissione dell’idrogeno (Hα).
La cromosfera, visibile solo durante un’eclissi.
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§ 7.2 La struttura del SoleUn viaggio di 100 000 anni.La corona solareÈ la parte più esterna e rarefatta dell’atmosfera solare, con densità che raggiunge i 10–19 g/cm3. La temperatura cala da 2·106 K (nella parte interna) a 105 K.
La corona solare, visibile solo durante un’eclissi.
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§ 7.2 La struttura del Sole
Oltre l’atmosfera: il vento solare.
Si tratta di particelle espulse dal Sole (principalmente protoni, ma anche nuclei di elio ed elettroni) al ritmo di 2·107 kg/s e può raggiungere la velocità di centinaia di km/s. Il vento solare si spinge fino a circa 100 UA.
Traiettoria a spirale del vento solare causata dalla rotazione del Sole.
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§ 7.3 La fonte di energia del Sole
La fornace del Sole Tutta l’energia irradiata dal Sole è prodotta nel nucleo dal processo di fusione che trasforma l’idrogeno in elio.Quattro protoni vengono fusi in un nucleo di elio-4, producendo un difetto di massa sotto forma di energia.
La massa mancante è trasformata in energia in accordo con la famosa equazione di Eistein:
E = mc2
Pur bruciando ogni secondo 4 milioni di tonnellate di idrogeno, il Sole durerà altri 5 miliardi di anni.
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§ 7.3 La fonte di energia del SoleLa catena protone-protone
Fase 1Due nuclei di idrogeno (protoni) si fondono producendo energia, deuterio, un positrone e un neutrino elettronico.Fase 2Il deuterio si fonde con un protone dando origine all’elio-3 e a un fotone gamma.
Fase 3Due nuclei di elio-3 si fondono in elio-4 con la produzione di energia e liberando due protoni.
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§ 7.4 L’attività del Sole
L’attività solare è il complesso di fenomeni riguardanti la dinamica degli strati più esterni del Sole. Le aree interessate dai fenomeni si dicono regioni attive.
Le macchie solari sono il principale indicatore di attività sulla superficie del Sole.
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§ 7.4 L’attività del Sole
Le macchie solariSono sedi di intensi campi magnetici, causa dell’espansione del plasma in risalita, con conseguente abbassamento di temperatura.
Penombra: circonda l’ombra (500 K in meno della fotosfera).
Ombra: la parte centrale più scura e più fredda (1600 K in meno della fotosfera).
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§ 7.4 L’attività del Sole
Le facoleSono aree più calde (+ 300 K) e più luminose della circostante fotosfera. Sembra che la causa dell’innalzamento della temperatura sia il campo magnetico che comprime il gas aumentandone la temperatura.
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§ 7.4 L’attività del Sole
Gli anelli coronaliSono tubi di campo magnetico all’interno del quale il gas è compresso fino a raggiungere temperature di milioni di gradi.Gli anelli coronali si accompagnano spesso al fenomeno dei brillamenti.
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§ 7.4 L’attività del Sole
I brillamentiChiamati anche solar flares, sono vere e proprie esplosioni che avvengono a livello della corona. Durante un brillamento, che può durare qualche ora, vengono espulse intense radiazioni e particelle cariche con velocità pari al 70% della velocità della luce.
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§ 7.4 L’attività del Sole
Le protuberanze solariSi tratta di enormi lingue di idrogeno ionizzato (linea Hα), proiettate alla velocità di 2.000 km/s verso le parti più esterne della corona solare.La temperatura del gas è intorno ai 10.000 K, inferiore alla circostante atmosfera: se visti sul disco del Sole, le protuberanze appaiono come filamenti più scuri.
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§ 7.4 L’attività del Sole
I filamentiSono le protuberanze, osservate però sul disco del Sole, rispetto al quale appaiono più scure.
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§ 7.5 Il ciclo del Sole
L’attività del Sole viene misurata da un particolare parametro: il numero di Wolf (R):
R = k(10g + f)*L’attività ha un andamento ciclico della durata di 11,1 anni.* k: parametro legato al tipo di telescopio utilizzato; g: n° di gruppi di macchie; f: n° di singole macchie.
In questo periodo, noto come minimo di Maunder, sparirono le aurore polari (per 70 anni). La loro ricomparsa creò il panico nella popolazione che ne aveva perso la memoria.
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§ 7.5 Il ciclo del Sole
La farfalla di MaunderAll’inizio di ogni ciclo solare le macchie si formano intorno ai 30° di latitudine. Con l’avvicinarsi della fine del ciclo, appaiono sempre più prossime all’equatore, come illustrato dal diagramma in basso: la farfalla di Maunder.
Latitudine delle macchie all’inizio del ciclo.
Latitudine delle macchie all’approssimarsi del minimo di attività.
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§ 7.5 Il ciclo del Sole
Un nuovo ciclo comporta l’inversione delle polarità magnetiche delle macchie nei due emisferi. Il Sole ritorna nella stessa situazione solo dopo 22,2 anni: il cosiddetto ciclo di Hale.
La farfalla di MaunderAll’inizio di ogni ciclo solare le macchie si formano intorno ai 30° di latitudine. Con l’avvicinarsi della fine del ciclo, appaiono sempre più prossime all’equatore, come illustrato dal diagramma in basso: la farfalla di Maunder.
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§ 7.5 Il ciclo del Sole
La causa del ciclo solareSembra accertato che la ciclicità dell’attività solare sia causata dalla rotazione differenziale del Sole che provoca locali aumenti del campo magnetico con un successivo riarrangiamento del campo solare.
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