Da qui sulla Terra, il Sole come una palla di luce liscia. E prima della scoperta dei raggi solari da parte di Galileo, gli astronomi pensavano addirittura che fosse un globo perfetto senza imperfezioni. Tuttavia, grazie a strumenti migliorati e molti secoli di studio, sappiamo che il Sole è molto simile ai pianeti del nostro Sistema Solare.
Oltre alle imperfezioni sulla sua superficie, il Sole è anche costituito da diversi strati, ognuno dei quali ha il proprio scopo. È questa struttura del Sole che alimenta questo enorme motore che fornisce ai pianeti tutta la luce e il calore che ricevono. E qui sulla Terra, è ciò che fornisce a tutte le forme di vita l'energia di cui hanno bisogno per prosperare e sopravvivere.
Composizione:
Se potessi smontare il Sole e impilare i suoi vari elementi, scopriresti che il Sole è composto da idrogeno (74%) ed elio (circa 24%). Gli astronomi considerano qualsiasi cosa più pesante dell'elio un metallo. La restante quantità del Sole è costituita da ferro, nichel, ossigeno, silicio, zolfo, magnesio, carbonio, neon, calcio e cromo. In effetti, il Sole è ossigeno all'1%; e tutto il resto viene fuori da quell'ultimo 1%.
Da dove provengono questi elementi? L'idrogeno e l'elio provenivano dal Big Bang. Nei primi istanti dell'Universo, il primo elemento, l'idrogeno, si formò dal brodo di particelle elementari. La pressione e le temperature erano ancora così intense che l'intero Universo aveva le stesse condizioni del nucleo di una stella.
L'idrogeno è stato fuso in elio fino a quando l'Universo non si è raffreddato abbastanza da rendere impossibile questa reazione. I rapporti tra idrogeno ed elio che vediamo oggi nell'Universo sono stati creati in quei primi istanti dopo il Big Bang. Gli altri elementi sono stati creati in altre stelle. Le stelle fondono costantemente idrogeno in elio nei loro nuclei.
Una volta esaurito l'idrogeno nel nucleo, passano alla fusione di elementi sempre più pesanti, come elio, litio, ossigeno. La maggior parte dei metalli più pesanti che vediamo nel Sole si sono formati in altre stelle alla fine della loro vita. Gli elementi più pesanti, come l'oro e l'uranio, si sono formati quando stelle molte volte più massicce del nostro Sole hanno fatto esplodere in esplosioni di supernova.
In una frazione di secondo, mentre si stava formando un buco nero, gli elementi venivano schiacciati insieme dal calore e dalla pressione intensi per formare gli elementi più pesanti. L'esplosione ha disperso questi elementi in tutta la regione, dove potrebbero contribuire alla formazione di nuove stelle.
Il nostro Sole è composto da elementi rimasti dal Big Bang, elementi formati da stelle morenti ed elementi creati nelle supernove. È piuttosto sorprendente.
Struttura:
Sebbene il Sole sia per lo più solo una palla di idrogeno ed elio, in realtà è suddiviso in strati distinti. Gli strati del Sole si creano perché le temperature e le pressioni aumentano man mano che ci si sposta verso il centro del Sole. L'idrogeno e l'elio si comportano diversamente al variare delle condizioni.
Il centro:Cominciamo dallo strato più interno del Sole, il nucleo del Sole. Questo è il vero centro del Sole, dove le temperature e le pressioni sono così alte che può avvenire la fusione. Il Sole sta combinando l'idrogeno in atomi di elio e questa reazione emette la luce e il calore che vediamo qui sulla Terra. La densità del nucleo è 150 volte la densità dell'acqua e si pensa che le temperature siano 13.600.000 gradi Kelvin.
Gli astronomi ritengono che il nucleo del Sole si estenda dal centro fino a circa 0,2 raggi solari. E all'interno di questa regione, le temperature e le pressioni sono così alte che gli atomi di idrogeno vengono fatti a pezzi per formare protoni, neutroni ed elettroni separati. Con tutte queste particelle fluttuanti libere, il Sole è in grado di riformarle in atomi di elio.
Questa reazione è esotermica. Ciò significa che la reazione emette un'enorme quantità di calore - 3,89 x 1033erg di energia ogni secondo. La leggera pressione di tutta questa energia che fluisce dal nucleo del Sole è ciò che gli impedisce di collassare verso l'interno su se stesso.
Zona radiativa:La zona radiativa del Sole inizia al bordo del nucleo del Sole (0,2 raggi solari) e si estende fino a circa 0,7 raggi. All'interno della zona radiativa, il materiale solare è abbastanza caldo e denso che la radiazione termica trasferisce il calore del nucleo verso l'esterno attraverso il sole.
Il nucleo del Sole è il luogo in cui avvengono le reazioni di fusione nucleare: i protoni vengono fusi insieme per creare atomi di elio. Questa reazione produce una quantità enorme di radiazioni gamma. Questi fotoni di energia vengono emessi, assorbiti e quindi emessi di nuovo da varie particelle nella zona radiativa.
Il percorso seguito dai fotoni è chiamato 'camminata casuale'. Invece di andare in un raggio di luce dritto, viaggiano in una direzione a zigzag, raggiungendo infine la superficie del Sole. In effetti, un singolo fotone può impiegare fino a 200.000 anni per compiere il viaggio attraverso la zona radiativa del Sole.
Quando si trasferiscono da particella a particella, i fotoni perdono energia. Questa è una buona cosa, dal momento che non vorremmo solo radiazioni gamma in streaming dal Sole. Una volta che questi fotoni raggiungono lo spazio, impiegano solo 8 minuti per raggiungere la Terra.
La maggior parte delle stelle avrà zone radiative, ma la loro dimensione dipende dalle dimensioni della stella. Le stelle piccole avranno zone radiative molto più piccole e la zona convettiva occuperà una porzione più ampia dell'interno della stella. Le stelle più piccole potrebbero non avere affatto una zona radiativa, con la zona convettiva che arriva fino al nucleo. Le stelle più grandi avrebbero la situazione opposta, dove la zona radiativa arriva fino alla superficie.
Zona convettiva:Al di fuori della zona radiativa c'è un altro strato, chiamato zona convettiva, dove il calore proveniente dall'interno del Sole viene trasportato da colonne di gas caldo. La maggior parte delle stelle ha una zona convettiva. Nel caso del Sole, inizia a circa il 70% del raggio del Sole e si dirige verso la superficie esterna (la fotosfera).
Il gas più in profondità all'interno della stella viene riscaldato in modo che salga, come i globi di cera in una lampada di lava. Quando arriva in superficie, il gas perde parte del suo calore, si raffredda e torna al centro per assorbire più calore. Un altro esempio potrebbe essere una pentola di acqua bollente sul fornello.
La superficie del Sole sembra granulata. Questi granuli sono le colonne di gas caldo che trasportano il calore in superficie. Possono avere un diametro superiore a 1.000 km e in genere durano da 8 a 20 minuti prima di dissiparsi. Gli astronomi pensano che le stelle di piccola massa, come le nane rosse, abbiano una zona convettiva che arriva fino al nucleo. A differenza del Sole, non hanno affatto una zona radiativa.
Fotosfera:Lo strato del Sole che possiamo vedere dalla Terra è chiamato fotosfera. Al di sotto della fotosfera, il Sole diventa opaco alla luce visibile e gli astronomi devono usare altri metodi per sondarne l'interno. La temperatura della fotosfera è di circa 6.000 Kelvin ed emette la luce giallo-bianca che vediamo.
Sopra la fotosfera c'è l'atmosfera del Sole. Forse il più drammatico di questi è la corona, che è visibile durante un'eclissi solare totale.
Grafico che mostra un modello degli strati del Sole, con intervalli di chilometraggio approssimativi per ogni strato. Credito: NASA
Diagramma:
Di seguito è riportato un diagramma del Sole, originariamente sviluppato dalla NASA per scopi didattici.
- Radiazioni visibili, IR e UV: la luce che vediamo provenire dal Sole è visibile, ma se chiudi gli occhi e senti solo il calore, si tratta di radiazioni IR o infrarosse. E la luce che ti dà una scottatura solare è la radiazione ultravioletta (UV). Il Sole produce tutte queste lunghezze d'onda contemporaneamente.
- Fotosfera 6000 K – La fotosfera è la superficie del Sole. Questa è la regione in cui la luce dall'interno raggiunge finalmente lo spazio. La temperatura è di 6000 K, che equivale a 5.700 gradi C.
- Fotosfera 6000 K – La fotosfera è la superficie del Sole. Questa è la regione in cui la luce dall'interno raggiunge finalmente lo spazio. La temperatura è di 6000 K, che equivale a 5.700 gradi C.
- Emissioni radio – Oltre al visibile, IR e UV, il Sole emette anche emissioni radio, che possono essere rilevate da un radiotelescopio. Queste emissioni aumentano e diminuiscono a seconda del numero di macchie solari sulla superficie del sole.
- Coronal Hole – Queste sono le regioni del Sole dove la corona è più fredda, più scura e ha plasma meno denso.
- 2100000 – Questa è la temperatura della zona radiativa del Sole.
- Zona convettiva/Convezione turbolenta – Questa è la regione del Sole in cui il calore dal nucleo viene trasferito per convezione. Colonne calde di plasma salgono in superficie in colonne, rilasciano il loro calore e poi ricadono per riscaldarsi di nuovo.
- Circuiti coronali - Questi sono circuiti di plasma nell'atmosfera del Sole che seguono le linee di flusso magnetico. Sembrano grandi archi, che si estendono dalla superficie del Sole per centinaia di migliaia di chilometri.
- Nucleo – Il è il cuore del Sole, dove le temperature e le pressioni sono così alte che possono verificarsi reazioni di fusione nucleare. Tutta l'energia proveniente dal Sole ha origine dal nucleo.
- 14500000 K – La temperatura del nucleo del Sole.
- Zona Radiativa – La regione del Sole dove l'energia può essere trasferita solo attraverso la radiazione. Può volerci un singolo fotone 200.000 anni per arrivare dal nucleo, attraverso la zona radiativa, alla superficie e nello spazio.
- Neutrini - I neutrini sono particelle quasi senza massa espulse dal Sole come parte delle reazioni di fusione. Ci sono milioni di neutrini che passano attraverso il tuo corpo ogni secondo, ma non interagiscono, quindi non puoi sentirli.
- Flare Cromosferico – Il campo magnetico del Sole può essere attorcigliato e quindi scattare in una configurazione diversa. Quando ciò accade, possono esserci potenti bagliori di raggi X provenienti dalla superficie del Sole.
- Anello del campo magnetico: il campo magnetico del Sole si estende al di sopra della sua superficie e può essere visto perché il plasma caldo nell'atmosfera segue le linee del campo.
- Spot – Una macchia solare. Queste sono aree sulla superficie del Sole in cui le linee del campo magnetico perforano la superficie del Sole e sono relativamente più fredde delle aree circostanti.
- Prominenza – Una caratteristica luminosa che si estende sopra la superficie del Sole, spesso a forma di anello.
- Particelle energetiche – Possono esserci particelle energetiche che esplodono dalla superficie del Sole per creare il vento solare. Nelle tempeste solari, i protoni energetici possono essere accelerati quasi alla velocità della luce.
- Raggi X – Oltre alle lunghezze d'onda che possiamo vedere, ci sono raggi X invisibili provenienti dal Sole, specialmente durante i brillamenti. L'atmosfera terrestre ci protegge da questa radiazione.
- Punti luminosi e regioni magnetiche di breve durata – La superficie del Sole ha molti punti più luminosi e più deboli causati dal cambiamento di temperatura. La temperatura cambia dal campo magnetico in costante cambiamento.
Sì, il Sole è come una cipolla. Rimuovi uno strato e ne troverai molti altri. Ma in questo caso, ogni strato è responsabile di una funzione diversa. E ciò che aggiungono è una fornace gigante e una fonte di luce che mantiene caldi e illuminati noi esseri viventi qui sulla Terra!
E assicurati di goderti questo video del Goddard Center della NASA, intitolato 'Snapshots from the Edge of the Sun':
Abbiamo scritto molti articoli interessanti su il Sole qui a Universe Today. ecco Dieci fatti interessanti sul sole , Di che colore è il sole? , Qual è il ciclo di vita del sole? , Che tipo di stella è il sole? , Quanto dista la Terra dal Sole? , e Potremmo Terraformare il Sole?
Per ulteriori informazioni, controlla la pagina della NASA su il Sole , e Fatti del sole a Otto Pianeti.
Astronomy Cast ha anche un episodio sull'argomento: Episodio 320: Gli strati del sole
Fonti: