Un sabato al Sole

Rubrica del weekend a spasso Nell’eliosfera – Episodio 2

Dopo l’introduzione della settimana scorsa, che ci ha portati alla scoperta delle reali proporzioni del nostro sistema solare, oggi vogliamo iniziare a vedere più da vicino i singoli corpi che lo compongono, partendo ovviamente dal più importante e più grande di tutti: il Sole. Vediamo quindi, per iniziare, una scheda completa con i suoi dati più importanti, da comparare di volta in volta con quelli del nostro pianeta e commentare nei casi più particolari.


Massa
1.989×1030 kg, ovvero 1989 miliardi di miliardi di miliardi di kg
Pari a 333188 volte la massa della Terra (5.973×1024 kg)

La massa del Sole è qualcosa di difficilmente immaginabile. Già il paragone con la Terra risulta spaventoso, ma vogliamo lasciarvi un altro termine di confronto: il Sole rappresenta da solo – è un bel gioco di parole, lo sappiamo – il 99.86% dell’intera massa complessiva di tutto il sistema solare, che comprende tutti i pianeti e i corpi di qualsiasi genere in orbita intorno alla nostra stella.


Diametro medio
1.391×109 m, ovvero quasi 1.4 milioni di km
Pari a 109 volte il diametro medio della Terra (1.275×107 m)

Nonostante le rappresentazioni che ne facciamo, e la forma comunque apprezzabilmente sferica all’occhio umano, pianeti e stelle non sono sfere perfettamente regolari; la loro forma risulta invece leggermente schiacciata ai poli, presentando quindi generalmente un diametro maggiore – in misura più o meno rilevante a seconda dei casi – all’equatore e più ridotto ai poli. Per quanto riguarda il Sole in particolare, trattandosi di una sfera di plasma, questa cosiddetta eccentricità risulta molto ridotta. Ma cos’è il plasma: si tratta di gas ionizzato, considerato il quarto stato della materia oltre a solido, liquido e aeriforme. In altre parole, nulla di solido su cui poggiare i piedi: sul Sole, ammattendo per un momento di non finire squagliati, sprofonderemmo verso il nucleo.


Superficie
6.088×1018 m2, ovvero 6.088 miliardi di miliardi di m2
Pari a 11948 volte la superficie della Terra (5.095×1014 m2)


Volume
1.412×1027 m3, ovvero 1.412 miliardi di miliardi di miliardi di m3
Pari a 1303718 volte il volume della Terra (1.083×1021 m3)


Densità media
1408 kg/m3
Pari a un quarto della densità media della Terra (5514 kg/m3)

Anche in questo caso si parla di “valore medio”, in quanto la materia che compone un pianeta non sarà mai perfettamente omogenea, presentando punti più densi e altri meno densi. Questo risulta facile da visualizzare se pensiamo a ciò che abbiamo intorno: nessuno metterà in dubbio che il terreno, o la pietra, abbiano una densità ben diversa da quella dell’acqua! Il sole, invece, è composto per larga parte (più del 70%) da deuterio e trizio, gli isotopi dell’idrogeno che sono l’ingrediente principale per la fusione nucleare, quella fantastica e potentissima reazione che l’uomo sta cercando di riprodurre in laboratorio a scopo energetico. Un’altra fetta importante della massa solare è costituita da elio, mentre nel restante 2% si mescolano altri elementi.


Velocità di fuga
617540 m/s
Pari a 55 volte la velocità di fuga sulla Terra (11186 m/s)

La velocità di fuga indica la velocità che deve essere superata da un corpo affinché possa allontanarsi indefinitamente dal campo di gravità a cui è soggetto. Per la Terra, significa che un ipotetico mezzo lanciato a 11186 m/s (40270 km/h) ci permetterebbe di vincere la forza di gravità che lo riporterebbe al suolo con un moto parabolico, o che lo manterrebbe su un’orbita circolare o ellittica attorno al pianeta.


Periodo di rotazione all’equatore
27 giorni, 6 ore e 36 minuti

In virtù del fatto che il Sole, come abbiamo già visto, non ha una struttura solida essendo composto di plasma, la sua superficie è in realtà caratterizzata da una rotazione differenziale: in base alla latitudine – la distanza dall’equatore – essa ruota attorno all’asse della stella con periodi variabili che differiscono anche di 10 giorni spostandosi verso i poli.


Velocità di rotazione all’equatore
1993 m/s, ovvero 7175 km/h
Contro i 465 m/s (1674 km/h) della Terra


Accelerazione di gravità in superficie
274.0 m/s2
Pari a 27.94 l’accelerazione di gravità in superficie sulla Terra (9.81 m/s2

Facciamo il solito giochino, tipico degli esercizi di fisica che si svolgono a scuola: ammesso che potessimo poggiare i piedi e una bilancia sulla superficie solare, peseremmo un bel po’ di più. Un uomo di 70 kg leggerebbe sulla bilancia ben 1955.8… e, anzi, la bilancia si romperebbe. In questo caso, sarebbe più opportuna una pesa!


Inclinazione dell’asse sull’eclittica
7.25 °


Temperatura superficiale media
5777 K, ovvero 5504 °C, o 9939 °F
Ben maggiore della temperatura superficiale media della Terra, pari a 288 K o 15 °C


Temperatura alla corona
5×106 K, ovvero 5 milioni di Kelvin
Dato non paragonabile a metriche della Terra, essendo proprio delle stelle 


Temperatura del nucleo
circa 1.57×107 K, ovvero 15.7 milioni di Kelvin
Contro gli appena 5700 K circa del nucleo terrestre.


Struttura

Senza scendere troppo nel dettaglio, il Sole ha una struttura piuttosto ben definita, studiata negli anni dagli astrofisici ovviamente non per osservazione diretta ma tramite l’impiego di scienze applicate come l’eliosismologia, sfruttabile alla pari della sismologia utilizzata sulla Terra per scoprire cosa sta sotto i nostri piedi. In maniera schematica, il Sole presenta al suo interno una serie di strati concentrici, dove ognuno di essi risulta caratterizzato da precise condizioni fisiche – temperatura, densità e così via – che li differenziano in maniera netta. La parte più centrale è detta nucleo, ed è la sede vera e propria della reazione di fusione nucleare a cui abbiamo già accennato in precedenza. Dopo il nucleo, che si estende dal centro per Sole per circa il 20% del suo raggio, fino al 70% dello stesso troviamo la cosiddetta zona radiativa, dove l’energia delle reazioni del nucleo viene trasferita per irraggiamento verso l’esterno, seguita dalla zona convettiva, dove invece il trasferimento avviene per convezione: in parole povere, spostamenti di plasma analoghi a quelli che, sulla Terra, originano il vento a causa di scambi di masse d’aria calda e fredda o, più in piccolo, a quelli che fanno muovere le tende sopra il termosifone acceso. L’interfaccia tra queste due grandi zone è detto tachocline. La superficie della nostra stella è detta invece fotosfera, e separa il corpo vero e proprio del Sole dalla sua atmosfera, distinta in cromosfera (fino a circa 2000 km di quota, con una temperatura media di 10000 K), zona di transizione e corona, una regione che si estende per molte migliaia di km ed è curiosamente molto più calda della superficie solare, con una temperatura media che si aggira intorno al milione di Kelvin! Il meccanismo che porta a questo insolito riscaldamento della regione che circonda il Sole è tuttora oggetto di dibattito scientifico. Questo è anche il punto più vicino al Sole mai raggiunto da un oggetto costruito dall’uomo, primato detenuto dalla sonda solare Parker della NASA lo scorso dicembre.

Crediti: Kelvinsong (2015). Sun poster ITA.svg. Traduzione: Henrykus. URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Sun_poster_ITA.svg

Approfondiamo… Vento solare, elettromagnetismo e meteo spaziale

Come ogni stella, anche il Sole spara nello spazio circostante una grande quantità di materia in ogni istante: si tratta mediamente di circa 1.37 miliardi di kg di plasma espulso, che vanno a formare quello che viene definito vento solare, una perturbazione che permea il sistema solare fino ben oltre l’orbita di Plutone. Questo continuo ma non costante flusso di plasma, che si estende dal Sole in direzione radiale dando luogo a linee di campo a forma di spirale in virtù della rotazione della stella stessa, genera il campo magnetico che caratterizza la nostra eliosfera, la sorta di bolla entro la quale ci muoviamo nel mezzo interstellare come una bolla di sapone persa nel nulla. Una faticaccia questa frase, vero?
L’attività solare non è affatto costante, quindi la quantità di plasma espulsa nello spazio e, di conseguenza, il vento solare e i fenomeni elettromagnetici ad esso correlati sono piuttosto variabili nel tempo, ma non del tutto casuali. C’è infatti una certa periodicità che governa questi fenomeni, ed è stato osservata infatti l’esistenza di un cosiddetto ciclo solare, della durata media di 11 anni, tempo che intercorre tra due periodi di minimo dell’attività solare.

Il prossimo picco di attività è previsto per il 2024, e potrebbe avere delle conseguenze sulla nostra vita quotidiana. Un banale esempio di come l’attività solare possa tradursi in qualcosa di più vicino a noi sono le aurore polari, direttamente dipendenti dalle particelle solari che riescono a raggiungere la ionosfera terrestre. Allo stesso modo, perturbazioni magnetiche più intense del solito possono, ad esempio, modificare sensibilmente la qualità delle comunicazioni radio: possono rendere difficoltoso l’utilizzo di apparecchiature con localizzazione GPS, interferire con il funzionamento di strumentazioni elettroniche in orbita o sugli aerei di linea in atmosfera o persino a terra, fino ad indurre correnti elettriche nelle linee ad alta tensione e generare blackout su larga scala.

Crediti: ESA, BIRA (n.d.). Schema dei principali effetti dello space weather sui sistemi biologici e tecnologici a terra e nello spazio. Traduzione: M. Messerotti. URL: https://www.media.inaf.it/wp-content/uploads/2017/04/Effetti_SWx_ESA.png. (Messerotti, 2017)

Per avere dei dati sempre aggiornati su questi fenomeni, esiste da qualche tempo la meteorologia dello spazio (space weather), nuova branca dell’astrofisica che punta all’osservazione e alla modellazione dei flussi di particelle e fotoni che partono dal sole e caratterizzano i fenomeni magnetici dell’eliosfera. Sebbene non vi siano ancora conoscenze sufficienti per formulare vere e proprie previsioni del tempo spaziali (space weather forecast), questo tipo di studi punta al momento a fornire un’interpretazione sperimentale del clima spaziale (space climate), il contesto in cui si inserisce il concetto più locale di meteo spaziale. Se non vi è chiara questa distinzione tra meteo e clima, ne abbiamo parlato l’anno scorso in uno dei nostri primissimi post. Infine, potete ammirare qualche animazione delle ultimissime osservazioni dell’attività solare e delle aurore polari a questo link!

Crediti: NASA’s Goddard Space Flight Center (n.d.). Schema del sistema Sole-Terra e del flusso di particelle e fotoni che determina il tempo metereologico dello spazio (space weather). Traduzione: M. Messerotti. URL: https://www.media.inaf.it/wp-content/uploads/2017/04/Sstema_Terra_Sole.png. (Messerotti, 2017)

Con questo, chiudiamo questa seconda puntata della Rubrica del weekend A spasso per l’eliosfera, e vi diamo appuntamento a sabato prossimo per scoprire più da vicino il primo pianeta del sistema solare: Mercurio!

FONTI:

Abbiamo “toccato” il Sole con una sonda per la prima volta, e abbiamo scoperto qualcosa di incredibile. Esquire.com. Pubblicato il 16 dicembre 2021, consultato il 7 febbraio 2022, URL: https://www.esquire.com/it/lifestyle/tecnologia/a38523999/toccato-sole-prima-volta/

Filippelli, G. (2019). Terra. Edu.inaf.it. Pubblicato il 4 dicembre 2019, consultato il 7 febbraio 2022, URL: https://edu.inaf.it/astroschede/terra/ 

Filippelli, G. (2019). Il Sole. Edu.inaf.it. Pubblicato il 2 dicembre 2019, consultato il 7 febbraio 2022, URL:  https://edu.inaf.it/astroschede/il-sole/

Giannattasio, F. (2020). Com’è fatto il Sole? ingvambiente.com. Pubblicato il 14 gennaio 2020, consultato il 7 febbraio 2022, URL: https://ingvambiente.com/2020/01/14/come-fatto-il-sole/#:~:text=L’enorme%20massa%20solare%20%C3%A8,di%20tutti%20gli%20altri%20elementi.

La meteorologia in Aeroanutica Militare, dentro e fuori l’atmosfera. aeronautica.difesa.it. Ministero della Difesa. Pubblicato il 19 aprile 2019, consultato il 7 febbraio 2022, URL: http://www.aeronautica.difesa.it/vetrine/Pagine/Space-Weather.aspx 

Messerotti, M. (2017). Space weather, il meteo dello spazio. media.inaf.it. Pubblicato il 21 aprile 2017, consultato il 7 febbraio 2022, URL: https://www.media.inaf.it/2017/04/21/space-weather/

Sole. In Enciclopedia Treccani. Consultato il 7 febbraio 2022, URL:. https://www.treccani.it/enciclopedia/sole/Sole. In Wikipedia. Consultato il 7 gennaio 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Sole

Credits: Photo by NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory on solarsystem.nasa.com
“This sequence of images shows the Sun from its surface to its upper atmosphere all taken at about the same time on Oct. 27, 2017.”

Licenza Creative Commons
Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale – Non opere derivate 4.0 Internazionale

Rispondi