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Il Sole

di Renzo Ferrazzi, IIIA, Scuola Secondaria San Vito Romano (Rm)

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IL sole
Come è fatto il sole?
Il Sole è una stella di
dimensioni medio-
piccole costituita
principalmente
da idrogeno ed elio cui si
aggiungono
altri elementi più
pesanti. È classificato
come una stella nana
gialla di tipo spettrale
G2 (indica che la sua
temperatura superficiale
è di 5504°).
Il nucleoIl nucleo solare rappresenta in volume il 10%
della stella. È qui che avvengono
le reazioni di fusione nucleare, soprattutto
l’energia solare. Gli astrofisici ritengono che
il nucleo solare abbia dimensioni prossime a
0,2 raggi solari, una temperatura di circa
13 600 000 K ed una pressione di quasi 500
miliardi di atmosfere, è la combinazione di
simili valori a favorire la fusione nucleare
dell'idrogeno in elio. Il nucleo è l'unica
regione della nostra stella in cui,
attualmente, avvenga la fusione nucleare. Tali
reazioni liberano energia sotto forma di
radiazione che, una volta emessa dal nucleo,
viene assorbita e riemessa dalla materia degli
strati superiori, contribuendo a mantenere
alta la temperatura; nell'attraversare gli strati
della stella la radiazione elettromagnetica
perde energia assumendo lunghezze d'onda.
Per poi diffondersi nello spazio come luce
visibile.
Zona radiativa
La zona radiativa è uno strato interno
del Sole e delle stelle; si estende da circa
il 30% al 70% del raggio solare, cioè
dal nucleo fino al confine con la zona
convettiva per un totale di circa 350000
km.
Nella zona radiativa, l'energia prodotta
dal nucleo è trasportata da fotoni che
percorrono il plasma impiegando, a causa
dell’assorbimento, anche migliaia di anni.
Solo i neutrini, che interagiscono poco
con la materia, attraversano la zona
alla velocità della luce. La temperatura
della zona radiativa varia da circa
6.500.000 K in prossimità del nucleo, fino
a circa 3.000.000 ° all'interfaccia con
la zona convettiva.
Che cosa sono i fotoni?
Il fotone è il quanto di energia della radiazione
elettromagnetica. Precisamente un'onda
elettromagnetica può essere pensata come costituita da
particelle, appunto i fotoni.
Il termine fotone fu “inventato” nel luglio 1926 a Parigi
dal fisico ottico Frithiof Wolfers; pochi mesi dopo fu
riutilizzato dal chimico statunitense Gilbert Lewis, che
pubblicò un testo in cui il fotone è considerato "non
creabile e indistruttibile". Sebbene tale affermazione sia
stata successivamente controbattuta, il termine fu subito
usato da molti fisici divenendo definitivo.
In fisica il fotone è solitamente indicato con la lettera
greca γ ovvero gamma. Tale simbolo deriva
probabilmente dai raggi gamma, scoperti nel 1900
da Paul Villard e riconosciuti essere una forma
di radiazione elettromagnetica nel 1914 da Ernest
Rutherford ed Edward Andrade.
Che cos’è il plasma?
In fisica e chimica, il plasma è un gas
ionizzato costituito da un insieme
di elettroni e ioni ovvero quando
un atomo cede o acquista uno o
più elettroni si trasforma in uno ione. Il
plasma è considerato come il quarto
stato della materia, che si distingue quindi
dal solido e il liquido, mentre il termine
"ionizzato" indica che una frazione
significativamente grande di elettroni è stata
strappata dai rispettivi atomi. Essendo
costituito da particelle cariche,
i movimenti parziali delle particelle del
plasma sono in gran parte dovuti alle forze
elettriche a lungo raggio che si vengono
continuamente a creare, e che a loro volta
tendono a mantenere il plasma nell'insieme
neutro.
Zona di transizione
La zona di passaggio tra la
parte radiativa e quella
convettiva prende il nome
di tachocline e si estende,
secondo recenti studi
eliosismologici, a partire da
0,70 raggi solari. Gli
astrofisici ritengono che tali
dimensioni svolgano un
ruolo determinante nella
nascita del campo
magnetico solare.
Zona convettiva
La zona convettiva ha uno spessore di circa
200 000 km e si trova nella frazione esterna
del Sole. L'area è caratterizzata da
temperature e densità inferiori a quelle degli
strati sottostanti; di conseguenza, energia e
calore non possono essere trasferiti per
irraggiamento, ma attraverso movimenti
convettivi. La materia più calda e meno
densa viene portata in superficie, dove cede
parte della propria energia termica; una volta
raffreddata, la materia risprofonda alla base
della zona convettiva, dove riceve
nuovamente il calore proveniente dalla zona
radiativa. A differenza dello strato
sottostante, dunque, nella zona convettiva la
materia è in costante movimento. Questo
costante e turbolento movimento sembra
essere una delle cause fondamentali della
dinamo solare.
Le colonne termiche della zona convettiva
lasciano segni sulla fotosfera solare che
prendono il nome di granuli o supergranuli
solari.
Cromosfera fotosfera
La fotosfera è lo strato superficiale del
Sole, al di sotto del quale la stella diventa
opaca alla luce visibile; si tratta dunque
del primo strato visibile, dal quale
l'energia proveniente dall'interno è libera
di diffondersi nello spazio. È sede di
fenomeni come le macchie solari e i flare
ovvero dei brillamenti solari.
È caratterizzata da una densità di
1023 particelle al metro cubo mentre il
suo spessore varia da alcune decine fino a
qualche centinaia di chilometri.
Al di sopra della fotosfera si trova una
sottile fascia spessa circa 2000 km,
chiamata cromosfera a causa dei suoi
brillamenti colorati visibili subito
prima e subito dopo le eclissi totali di
Sole. È un sottile involucro costituito
da gas rarefatto che appare di colore
rossastro; in realtà, lo strato è
trasparente. La colorazione rossastra è
dovuta agli atomi di idrogeno, che alle
più basse pressioni della cromosfera
emettono radiazioni di tale colore.
L’atmosfera
Gli strati al di sopra della
fotosfera costituiscono
l'atmosfera solare e risultano
visibili a tutte le lunghezze
d'onda dello spettro
elettromagnetico. Gli strati
sono: la cromosfera, la zona di
transizione, la corona e
l’eliosfera; quest'ultima, si
estende sin'oltre la Fascia di
Kuiper, fino all'eliopausa, dove
forma una forte onda d'urto di
confine con il mezzo
interstellare.
La corona
La corona è la parte esterna
dell'atmosfera solare, non ha
limiti definiti e si estende
nello spazio per decine di milioni
di chilometri in modo molto
tenue. È costituita da plasma a
elevatissima temperatura.
Gli strati interni della corona
hanno una densità di 1014 –
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Il Sole

  • 2. Come è fatto il sole? Il Sole è una stella di dimensioni medio- piccole costituita principalmente da idrogeno ed elio cui si aggiungono altri elementi più pesanti. È classificato come una stella nana gialla di tipo spettrale G2 (indica che la sua temperatura superficiale è di 5504°).
  • 3. Il nucleoIl nucleo solare rappresenta in volume il 10% della stella. È qui che avvengono le reazioni di fusione nucleare, soprattutto l’energia solare. Gli astrofisici ritengono che il nucleo solare abbia dimensioni prossime a 0,2 raggi solari, una temperatura di circa 13 600 000 K ed una pressione di quasi 500 miliardi di atmosfere, è la combinazione di simili valori a favorire la fusione nucleare dell'idrogeno in elio. Il nucleo è l'unica regione della nostra stella in cui, attualmente, avvenga la fusione nucleare. Tali reazioni liberano energia sotto forma di radiazione che, una volta emessa dal nucleo, viene assorbita e riemessa dalla materia degli strati superiori, contribuendo a mantenere alta la temperatura; nell'attraversare gli strati della stella la radiazione elettromagnetica perde energia assumendo lunghezze d'onda. Per poi diffondersi nello spazio come luce visibile.
  • 4. Zona radiativa La zona radiativa è uno strato interno del Sole e delle stelle; si estende da circa il 30% al 70% del raggio solare, cioè dal nucleo fino al confine con la zona convettiva per un totale di circa 350000 km. Nella zona radiativa, l'energia prodotta dal nucleo è trasportata da fotoni che percorrono il plasma impiegando, a causa dell’assorbimento, anche migliaia di anni. Solo i neutrini, che interagiscono poco con la materia, attraversano la zona alla velocità della luce. La temperatura della zona radiativa varia da circa 6.500.000 K in prossimità del nucleo, fino a circa 3.000.000 ° all'interfaccia con la zona convettiva.
  • 5. Che cosa sono i fotoni? Il fotone è il quanto di energia della radiazione elettromagnetica. Precisamente un'onda elettromagnetica può essere pensata come costituita da particelle, appunto i fotoni. Il termine fotone fu “inventato” nel luglio 1926 a Parigi dal fisico ottico Frithiof Wolfers; pochi mesi dopo fu riutilizzato dal chimico statunitense Gilbert Lewis, che pubblicò un testo in cui il fotone è considerato "non creabile e indistruttibile". Sebbene tale affermazione sia stata successivamente controbattuta, il termine fu subito usato da molti fisici divenendo definitivo. In fisica il fotone è solitamente indicato con la lettera greca γ ovvero gamma. Tale simbolo deriva probabilmente dai raggi gamma, scoperti nel 1900 da Paul Villard e riconosciuti essere una forma di radiazione elettromagnetica nel 1914 da Ernest Rutherford ed Edward Andrade.
  • 6. Che cos’è il plasma? In fisica e chimica, il plasma è un gas ionizzato costituito da un insieme di elettroni e ioni ovvero quando un atomo cede o acquista uno o più elettroni si trasforma in uno ione. Il plasma è considerato come il quarto stato della materia, che si distingue quindi dal solido e il liquido, mentre il termine "ionizzato" indica che una frazione significativamente grande di elettroni è stata strappata dai rispettivi atomi. Essendo costituito da particelle cariche, i movimenti parziali delle particelle del plasma sono in gran parte dovuti alle forze elettriche a lungo raggio che si vengono continuamente a creare, e che a loro volta tendono a mantenere il plasma nell'insieme neutro.
  • 7. Zona di transizione La zona di passaggio tra la parte radiativa e quella convettiva prende il nome di tachocline e si estende, secondo recenti studi eliosismologici, a partire da 0,70 raggi solari. Gli astrofisici ritengono che tali dimensioni svolgano un ruolo determinante nella nascita del campo magnetico solare.
  • 8. Zona convettiva La zona convettiva ha uno spessore di circa 200 000 km e si trova nella frazione esterna del Sole. L'area è caratterizzata da temperature e densità inferiori a quelle degli strati sottostanti; di conseguenza, energia e calore non possono essere trasferiti per irraggiamento, ma attraverso movimenti convettivi. La materia più calda e meno densa viene portata in superficie, dove cede parte della propria energia termica; una volta raffreddata, la materia risprofonda alla base della zona convettiva, dove riceve nuovamente il calore proveniente dalla zona radiativa. A differenza dello strato sottostante, dunque, nella zona convettiva la materia è in costante movimento. Questo costante e turbolento movimento sembra essere una delle cause fondamentali della dinamo solare. Le colonne termiche della zona convettiva lasciano segni sulla fotosfera solare che prendono il nome di granuli o supergranuli solari.
  • 9. Cromosfera fotosfera La fotosfera è lo strato superficiale del Sole, al di sotto del quale la stella diventa opaca alla luce visibile; si tratta dunque del primo strato visibile, dal quale l'energia proveniente dall'interno è libera di diffondersi nello spazio. È sede di fenomeni come le macchie solari e i flare ovvero dei brillamenti solari. È caratterizzata da una densità di 1023 particelle al metro cubo mentre il suo spessore varia da alcune decine fino a qualche centinaia di chilometri. Al di sopra della fotosfera si trova una sottile fascia spessa circa 2000 km, chiamata cromosfera a causa dei suoi brillamenti colorati visibili subito prima e subito dopo le eclissi totali di Sole. È un sottile involucro costituito da gas rarefatto che appare di colore rossastro; in realtà, lo strato è trasparente. La colorazione rossastra è dovuta agli atomi di idrogeno, che alle più basse pressioni della cromosfera emettono radiazioni di tale colore.
  • 10. L’atmosfera Gli strati al di sopra della fotosfera costituiscono l'atmosfera solare e risultano visibili a tutte le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico. Gli strati sono: la cromosfera, la zona di transizione, la corona e l’eliosfera; quest'ultima, si estende sin'oltre la Fascia di Kuiper, fino all'eliopausa, dove forma una forte onda d'urto di confine con il mezzo interstellare.
  • 11. La corona La corona è la parte esterna dell'atmosfera solare, non ha limiti definiti e si estende nello spazio per decine di milioni di chilometri in modo molto tenue. È costituita da plasma a elevatissima temperatura. Gli strati interni della corona hanno una densità di 1014 – 1016 particelle al metro cubo ed è sede di numerosi fenomeni di tipo magnetico, come le espulsioni di massa e gli anelli coronali.