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Ciclo solare e macchine solari

Pagina 5: Ciclo solare e macchine solari

Ciclo solare e macchine solari

Se vi è mai capitato di vedere delle foto scattate al Sole con i telescopi dovutamente schermati, saprete che la nostra stella presenta ogni tanto delle macchie scure sulla sua superficie, già osservate da Galileo Galiei. È solo a partire dalla metà del 1700 che abbiamo cominciato a fare un'osservazione sistematica di questo aspetto. Dobbiamo ringraziare i dati raccolti dall'Osservatorio di Zurigo da metà del '700 se cent'anni dopo il tedesco Heinrich Schwabe ha scoperto che il Sole ha un ciclo undecennale, al termine del quale il campo magnetico della nostra stella inverte la sua polarità.

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Anche il Sole come la Terra ha un campo magnetico, anche quest'ultimo presenta due poli, ma ogni 11 anni circa questi ultimi si invertono. Come potete vedere dall'immagine qui sopra, con il passare degli anni il numero di macchie sul Sole cambia: durante ogni ciclo passa dal non avere macchie ad arrivare a un numero massimo, per poi ricominciare. Da notare poi che il numero massimo di macchie che si conta non è sempre costante, ma variabile.

Altro particolare: quando il Sole si avvicina al massimo della sua attività cresce anche il numero di aurore che si manifesta sulla Terra.  Con il tempo si è capito che questo ciclo solare non è una peculiarità solo della nostra stella.

Al centro del Sole

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Il Sole è una stella che sta brillando da circa 4,5 miliardi di anni, ed è costituito prevalentemente da idrogeno. Sulla base dei calcoli attuali si pensa che brillerà per altri 4,5 miliardi di anni. L'energia che noi riceviamo sotto forma di luce è prodotta all'interno del nucleo, dove per via delle altissime temperature (circa 15 milioni di gradi) l'idrogeno non esiste sotto forma di atomi neutri, ma è scomposto nei suoi componenti fondamentali (protoni ed elettroni). Sempre per via delle temperature elevate i protoni non si respingono, ma si fondono formando nuclei di elio. Da questo fenomeno si sprigiona tutta l'energia che permette al Sole di rimanere stabile così come lo vediamo.

L'energia è trasportata prima tramite la luce nella zona chiamata radiativa, poi attraverso dei moti convettivi (simili a quelli che si possono osservare in una pentola di acqua che bolle). La granulazione che si vede sulla fotosfera, che è la parte esterna visibile, è proprio una testimonianza del "ribollire" che c'è nella zona convettiva del Sole.

Sempre nella fotosfera si formano le macchie solari, che hanno una temperatura di 4500 gradi circa, mentre la fotosfera è a 5000-5500 gradi. Le vediamo più scure appunto perché sono più fredde. Il motivo è legato al campo magnetico del Sole. Non ha un nucleo solido, ma è composto di plasma, quindi la velocità di rotazione attorno al suo asse non è costante a tutte le latitudini. In particolare ruota più velocemente all'equatore (dove impiega circa 25 giorni a completare una rotazione), mentre ai poli ruota più lentamente (35 giorni).

Immaginate che ruotando il Sole trascini le linee di campo magnetico nella rotazione. Dato che le sue parti ruotano a velocità diverse si forma un "groviglio" con zone in cui c'è un addensamento delle linee di forza. In queste aree meno materiale caldo proveniente dal nucleo riesce a raggiungere la superficie e per questo motivo si verifica un abbassamento della temperatura.

Per capire meglio questo meccanismo può tornare comodo lo schema delle linee di campo magnetico del Sole tracciate dagli scienziati con il computer qualche settimana fa, di cui vi avevamo parlato in dettaglio in questa notizia.

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In definitiva le macchie solari sono una spia del campo magnetico solare ed è per questo che il loro numero si usa come "contatore" per capire se il Sole è al massimo o al minimo della sua attività.

Proseguendo con la composizione del Sole dopo la fotosfera c'è la cromosfera, che nella parte più esterna diventa la corona solare, ossia quella parte dell'atmosfera del Sole che propaga il vento solare che viaggia a velocità supersoniche. Sempre qui si verificano le esplosioni (flare) legate poi alle tempeste solari.

Una curiosità: la radiazione luminosa prodotta nel nucleo impiega migliaia di anni ad arrivare in superficie perché il plasma all'interno del Sole è molto denso, quindi la luce non riesce a muoversi in linea retta. La conseguenza è che se anche il Sole si dovesse spegnere in questo istante avremmo ancora qualche migliaio di anni prima che non ci arrivi più la sua luce.

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Altra curiosità: il campo magnetico del Sole si estende come nell'immagine che vedete qui sopra, in quella che è detta eliosfera e all'interno della quale hanno influenza il Sole e il suo campo magnetico. Quando il vento solare (che viaggia a velocità supersonica) si scontra con quello che c'è al di là dell'eliosfera, si forma quello che si chiama Bow Shock o fronte d'urto. Ricordiamo che la sonda Voyager 1 è uscita dall'eliosfera nel 2013 e si trova ormai nello spazio interstellare.