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Il Sole e cosa osservare dalla Terra
Il Sole è stato il punto di riferimento di innumerevoli generazioni dall’alba della vita su questo pianeta, un Dio dispensatore di luce, bene o male in molte religioni, mentre la sua temporanea mancanza nelle eclissi è stata fonte di sgomento e terrore: e tutto ciò perché esso è una sorgente inestinguibile di luce e calore, ma cos’è la luce?
La Luce
Il termine luce (dal latino lux) si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall’occhio umano, approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri di lunghezza d’onda. Questo intervallo coincide con il centro della regione spettrale della luce emessa dal Sole che arriva al suolo attraverso l’atmosfera ed è visibile dall’occhio umano. Tuttavia la gamma di radiazione elettromagnetica che arriva dalla nostra stella è molto più vasta, e può andare da frequenze molto piccole, a quelle dell’IR , generanti calore. La parte di radiazione solare pericolosa per l’uomo, che giunge sulla terra come l’UvC e parte dell’IR è assorbita dall’atmosfera terrestre, ma tuttavia quella residua oltre il visibile rende impossibile l’osservazione del sole ad occhio nudo, pena, oltre all’abbagliamento, severi danni alla vista.
Il Sole è anche la stella a noi più vicina, e costituisce un gigantesco laboratorio dove possono essere studiati fenomeni fisici che, per la loro scala, non sono accessibili alla sperimentazione terrestre e non possono essere studiati in stelle più lontane: proprio per questo il loro studio ha contribuito, e contribuisce in modo notevole, al progresso generale dell’astrofisica.
Strumenti professionali per lo studio del Sole
La ricerca professionale sul Sole si avvale di strumentazioni sofisticate basate a terra, come, ad esempio , il Big Bear Solar Observatory e lo Swedish Solar Telescope a la Palma (Canarie), la torre solare di Mount Wilson e, ancor di più di strumentazioni satellitari come le famose SOHO (Solar and Heliosheric Observatory) , SDO (Solar Dynamics Observatory) e le meno conosciute, IRIS, Stereo, Parker Solar Probe ed altre ancora.
Ma cosa si può osservare sul sole?
Le principali strutture osservabili da terra del disco solare sono:
La Fotosfera
lo strato superficiale del Sole, spesso circa 500 Km, al di sotto del quale la stella diviene opaca alla luce; si tratta dunque del primo strato visibile, dal quale l’energia proveniente dall’interno è libera di propagarsi nello spazio. È sede di fenomeni come i granuli ,celle ascendenti e discendenti di plasma della zona di convenzione di circa 1000 Km di diametro medio, e le macchie solari. Queste ultime, pur essendo molto calde (tra 2700- 4200 °C ) appaiono scure per contrasto rispetto alla restante superficie solare a circa 5500 °C. Esse normalmente si mostrano in coppie aventi opposta polarità magnetica. Nell’immagine che segue (fig 1) un gruppo di macchie e la granulazione riprese in luce bianca.
Il numero delle macchie solari cresce da un minimo ad un massimo con cadenza undecennale (cd “ciclo solare”). Attualmente ci troviamo nel ciclo solare 25, iniziato nel dicembre 2019 che, contrariamente alle previsioni, si preannuncia più interessante del 24. Un gruppo di scienziati sponsorizzati dalla NASA aveva previsto che il ciclo 25 sarebbe stato simile al 24 , quindi con un numero di macchie al di sotto della media, mentre le ultime previsioni, sulla scorta anche dell’attività sinora registrata e dello studio di Scott Mc Intosh e altri pubblicato su Solar Physics, fanno prevedere un’attività ben superiore a quella del ciclo precedente. L’immagine che segue (fig. 2), (fonte NASA blogs-solar cycle 25) dà un’idea molto precisa della situazione attuale delle previsioni sino al 2035.
La Cromosfera
La cromosfera è l’atmosfera del Sole: una sottile fascia spessa circa 2300 km al di sopra della fotosfera, con temperatura che, di circa 6000 K ai confini della fotosfera, comincia a decrescere immediatamente dopo sino a 3800 K, per poi crescere nuovamente sino ai 10000 K e poi 20000 K nei suoi strati più alti. Essa prende il suo nome dal greco chroma, chromatos, colore, 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, in particolare di Idrogeno ionizzato alla lunghezza d’onda di 6562.8 A (rosso profondo) che alle più basse pressioni ed alte temperature della cromosfera emettono radiazioni di tale colore. La cromosfera non è normalmente visibile senza appositi filtri o telescopi solari, che vedremo in seguito; tuttavia essa è visibile in occasione delle eclissi solari totali, insieme alle protuberanze. Le caratteristiche più interessanti della cromosfera sono:
-Il Cd Cromospheric Network che evidenzia le celle di supergranulazione, meglio visibile in luce Idrogeno Alfa a Calcio ionizzato, con supergranuli di diametro di circa 30.000 Km, quindi molto più grandi dei granuli fotosferici
-Le Plages, strutture brillanti intorno alle macchie fotosferiche, dovute alla concentrazione di attività magnetica in tali zone cd.”Attive”.
-Le Protuberanze, getti di materia che si estendono oltre la superficie solare per effetto di forti campi magnetici.
-I Filamenti, strie di colore scuro, protuberanze proiettate sul disco, che appaiono scure per contrasto.
-Le Spicules, l’erba della cromosfera, piccole eiezioni di plasma sulla base della cromosfera.
La Corona del Sole
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 (oltre un milione di gradi °C). È sede di fenomeni come le CME (espulsioni di massa coronale). La corona non è normalmente visibile, ma lo è in occasione delle eclissi totali di sole, ovvero con uno speciale strumento detto coronografo, che simula un eclisse occultando il disco solare, naturalmente in luoghi con atmosfera tersa e molto limpida, non certo dalle città.
Perchè Osservare il Sole?
Ma veniamo alla domanda più interessante: come si pongono gli astrofili nei confronti dell’osservazione solare e come può la passione per l’astronomia e quindi per oggetti a noi più lontani come nebulose e galassie, coniugarsi con la passione per una stella che, per la sua vicinanza, potrebbe apparire un oggetto di osservazione quasi scontato se non banale. La risposta è semplice e complessa allo stesso tempo:
- L’osservazione solare viene effettuata di giorno, e resta quindi più agevole per molti astrofili che non hanno la possibilità di recarsi in luoghi bui e lontani per ammirare o fotografare gli oggetti del cielo profondo.
- L’inquinamento luminoso e quello indotto dalla miriade di satelliti che gravitano sopra le nostre teste non incide in alcun modo sull’osservazione e , ancor di più, sull’imaging solare.
- Contrariamente a quanto si crede, il sole costituisce un oggetto di osservazione estremamente mutevole ed interessante per la continua variabilità delle sue strutture.
- Il fenomeno ricorrente e caratteristico delle macchie solari, che già nei secoli scorsi aveva colpito scienziati del calibro di Galileo, affascina ancora oggi non solo gli astrofili, ma anche coloro che non seguono l’astronomia.
- Alle precedenti considerazioni se ne aggiunge un’altra, che appartiene più al campo della psicologia che a quello dell’astrofisica: esiste probabilmente in noi una componente ancestrale che inconsciamente ci attrae verso la nostra stella.
Tra questi motivi, primeggia quello della variabilità dei fenomeni che avvengono sul Sole. Il ciclo delle macchie solari, che pur ripetendosi con cadenza undecennale è sempre diverso come intensità, forza magnetica e dimensioni delle macchie stesse, i flares, le mutevoli ed emozionanti caratteristiche cromosferiche come le protuberanze, ne sono un esempio. L’osservazione solare è andata quindi crescendo in modo notevole negli ultimi anni, coinvolgendo un numero sempre maggiore di astrofili, grazie all’evoluzione tecnologica della strumentazione per l’osservazione visuale e l’imaging del sole, ed al fatto che anche coloro che si interessano principalmente di osservazione del cielo profondo l’osservazione solare viene comunque effettuata a latere dell’interesse principale.
Inutile dire che tale tipo di osservazione va effettuata con la massima accortezza, e la consapevolezza che approcci superficiali possono causare gravi danni agli occhi, data l’intensità ed il calore della radiazione che ci giunge dal nostro astro. Occorre quindi conoscere a fondo la propria strumentazione ed usare sistemi di filtraggio della luce idonei e certificati, e mai affidarsi a filtri dei quali non si conosce la provenienza e la qualità o, peggio ancora, fatti in casa.
Le Teorie della Formazione del Sole
La formazione del Sole è un argomento che ha affascinato gli scienziati per secoli. Le teorie sulla nascita della nostra stella si sono evolute nel tempo, grazie ai progressi nelle osservazioni astronomiche e nella comprensione dei processi fisici dell’universo.
L’Ipotesi Nebulare
La teoria più accreditata sulla formazione del Sole è l’ipotesi nebulare. Secondo questa teoria, circa 4,6 miliardi di anni fa, una vasta nube di gas e polveri, nota come nebulosa solare, ha iniziato a collassare sotto la propria gravità. Questo processo ha portato alla formazione di un disco protoplanetario e, al centro, di una protostella, il futuro Sole.
Il Collasso della Nebulosa
Il collasso della nebulosa solare ha provocato un aumento della temperatura e della pressione al suo interno. Quando la temperatura ha raggiunto circa 10 milioni di gradi Celsius, si sono innescate le reazioni di fusione nucleare, trasformando l’idrogeno in elio e liberando enormi quantità di energia. Questo ha segnato la nascita del Sole come stella della sequenza principale.
La Formazione del Disco Protoplanetario
Attorno al protosole si è formato un disco di gas e polveri. All’interno di questo disco, i materiali più densi e pesanti hanno iniziato ad aggregarsi, formando i cosiddetti planetesimi. Questi corpi, attraverso processi di accrescimento e collisioni, hanno dato origine ai pianeti del sistema solare.
L’Influenza delle Supernovae
Alcune teorie suggeriscono che il collasso della nebulosa solare possa essere stato innescato o accelerato da eventi esterni, come l’esplosione di una supernova vicina. L’onda d’urto di una supernova avrebbe potuto comprimere la nebulosa, favorendo il collasso e la formazione del Sole e dei pianeti.
Conclusione
Le teorie sulla formazione del Sole continuano ad essere oggetto di studio e di dibattito. Ogni nuova scoperta astronomiche può fornire ulteriori indizi su come la nostra stella, e con essa il sistema solare, sia venuta alla luce. La missione Solar Orbiter dell’ESA, ad esempio, potrebbe fornire nuove informazioni sulla fisica solare che potrebbero influenzare la nostra comprensione della formazione stellare.
Il Sole in dati
- Distanza dalla Terra: Il Sole si trova a circa 150 milioni di chilometri dalla Terra, per l’esattezza la distanza fra Terra e Sole è chiamata Unità Astronomica e corrisponde a 149.597.870.707. di metri, o anche circa 149 milioni di km.
- Luce Solare: Per percorrere questa distanza, la luce impiega circa 8 minuti e 19 secondi per raggiungere il nostro pianeta.
- Diametro: Il Sole ha un diametro di circa 1,4 milioni di chilometri.
- Massa: La massa del Sole è circa 330.000 volte superiore a quella della Terra.
- Temperatura della Corona: La corona solare, lo strato più esterno dell’atmosfera del Sole, ha una temperatura di oltre 1 milione di kelvin.
- Campo Magnetico: Il Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA studia la struttura del campo magnetico solare e come la sua energia viene immagazzinata e convertita nello spazio sotto forma di vento solare.
- Attività Solare: L’attività solare segue cicli lunghi in media undici anni, durante i quali le macchie solari aumentano progressivamente fino a raggiungere un picco.
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