Astrofisica

A cura di Corrado Ruscica

LA NOSTRA STELLA: IL SOLE pagina1
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o  Introduzione

Il Sole è stato da sempre un punto di riferimento per l’Uomo verso la compresione dell’Universo che lo circonda. L’alternarsi del giorno e della notte e delle stagioni, il verificarsi del fenomeno delle eclissi, sono stati sempre alla base di ogni tentativo di comprensione. E’ però a partire dal Seicento che, affermandosi il sistema copernicano e l’impiego del telescopio, comincia seriamente lo studio del Sole.

Una bella immagine del tramonto del Sole, la nostra stella da cui dipende la vita sulla Terra

Data la sua vicinanza alla Terra, circa 150 milioni di chilometri, il Sole è l’unica stella di cui si possono osservare direttamente ed in dettaglio i fenomeni fisici che si manifestano sulla sua superficie ed in altre zone a diverse profondità. Queste osservazioni sono particolarmente importanti perchè aiutano gli astrofisici a valutare le teorie sulla struttura ed evoluzione stellare.

Lo studio del Sole non è solo importante per l’Astrofisica ma anche per la Fisica in generale. Il Sole infatti può essere considerato come un gigantesco laboratorio dove si possono osservare quasi in tempo reale – la luce impiega circa 8 minuti per percorrere la distanza Sole-Terra – i fenomeni fisici in condizioni di temperatura e densità estreme, non possibili da ottenere nei laboratori a Terra. Lo studio di questi fenomeni riguarda vari campi della Fisica, cioè dalla Fisica Nucleare alla Fisica Atomica, dalla Fisica del Plasma alla Magnetoidrodinamica.

Da più di un secolo, noi sappiamo che il Sole influenza anche i processi fisici che avvengono nell’alta atmosfera terrestre e che sono oggetto di studio di un altro settore della Fisica, cioè la Geofisica. La Terra è come “immersa” nel Sole o meglio nella sua regione più tenue della sua atmosfera che continuamente fluisce verso l’esterno nello spazio interplanetario sottoforma di “vento solare”. Oggi esiste tutta una problematica nota come Fisica Sole-Terra che studia le molteplici relazioni fra attività solare e fenomeni geofisici.

L’interazione Sole-Terra: il vento solare arriva fino agli strati più alti dell’atmosfera terrestre e si manifesta con il fenomeno della aurore (Credit: SOHO-NASA/ESA)

o  Costituzione fisica del Sole

La seguente tabella riassume i parametri fisici del Sole.

Tipo spettrale	G2
Età	4,6 miliardi di anni
Distanza Sole-Terra	150 milioni di Km
Massa	2 x 10^30 Kg
Densità media	1,4 g/cm^3
Luminosità	4 x 10^33 erg/sec
Temperatura superficiale media	6000 °K
Raggio equatoriale	700.000 Km
Composizione chimica principale	Idrogeno 92 % Elio 7,8 %

Il Sole può essere considerato come un grande ed immenso ammasso di gas di forma quasi sferica in cui le caratteristiche fisico-chimiche – pressione, densità, temperatura, composizione chimica – variano in modo continuo lungo il suo raggio. Gli astrofisici definiscono due regioni principali che riguardano l’atmosfera e l’interno del Sole. Per atmosfera solare si intende l’insieme degli strati esterni da dove viene emessa direttamente la radiazione elettromagnetica, mentre per interno solare si intende l’insieme degli strati sottostanti.

Si può pensare che questo grande ammasso di gas potrebbe espandersi nello spazio oppure subire un collasso gravitazionale. In realtà il Sole ha mantenuto la sua configurazione attuale per miliardi di anni e perciò ci deve essere stato un equilibrio tra le forze che tenderebbero a farlo espandere e quelle che invece tenderebbero a farlo collassare.

Come tutti i corpi celesti, anche il Sole è dotato di un moto di rotazione attorno ad un asse inclinato di circa 7° rispetto al piano dell’eclittica, cioè il piano dell’orbita terrestre attorno al Sole. La velocità angolare è massima all’equatore dove è minimo il periodo di rotazione che è di circa 25 giorni, mentre risulta di circa 30 giorni ai poli. 

Considerando che la composizione chimica del Sole sia stata all’inizio della sua evoluzione analoga a quella della materia interstellare da cui esso si è formato e basandosi sull’ipotesi che il meccanismo di produzione dell’energia emessa sia costituito dalla fusione nucleare, l’Astrofisica Teorica ci permette di costruire un modello evolutivo del Sole.

Dal modello dell’interno del Sole si desume che l’energia viene trasferita verso l’esterno attraverso un processo di radiazione interagendo con la materia. L’energia, prodotta sottoforma di raggi gamma, viene lentamente trasformata in raggi-X, poi in raggi-UV fino a diventare radiazione elettromagnetica visibile.

Il trasporto principale dell’energia avviene per convezione, cioè attraverso moti turbolenti di materia che proveniendo dagli strati interni più caldi vengono trasferiti verso gli strati superiori che, a loro volta essendo più freddi, ridiscendono verso gli strati inferiori, un pò come in una pentola che bolle.

La struttura interna del Sole. Al centro è presente il nucleo, circondato dallo strato radiativo e dallo strato convettivo. Fotosfera e cromosfera rappresentano il limite del Sole, oltre i quale si estende solo la corona, costituita da gas rarefatti. (Credit: Astronomia.altervista.org)

 

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