Anche se non hai un interesse speciale per l'astronomia, non ti sarai mai chiesto cosa sta succedendo in quell'enorme palla luminosa nel cielo che è allo stesso tempo pericolosamente calda e letteralmente vivificante tempo. Probabilmente sai che il sole è una stella, proprio come gli innumerevoli punti di luce che prendono il posto del sole in alto di notte quando cala l'oscurità, solo più vicino. Potresti sapere che ha una propria scorta di carburante e che questa scorta, sebbene non infinita, è così vasta da essere incalcolabile. Probabilmente ti rendi conto che non sarebbe una grande idea avvicinarsi molto al sole anche se avessi la capacità di farlo - ma che sarebbe una pessima idea allontanarsene molto più di quanto non lo siate già, una distanza di circa 93 milioni miglia.
Nella tua riflessione, tuttavia, potresti non aver considerato l'idea che il sole non sia un globo di luce uniforme e... calore, ma ha invece strati a sé stanti, proprio come la Terra e gli altri sette pianeti del sistema solare fare. Cosa sono questi strati - e come mai gli scienziati umani sono in grado di conoscerli da una distanza così grande?
Il Sole e il Sistema Solare
Il sole si trova al centro del sistema solare (da cui il nome!) e rappresenta il 99,8 percento della massa del sistema solare. A causa degli effetti della gravità, tutto nel sistema solare – gli otto pianeti, i cinque (per ora) pianeti nani, le lune di quei pianeti e dei pianeti nani, gli asteroidi e altri elementi minori come le comete – ruota intorno al sole. Il pianeta Mercurio impiega poco meno di 88 giorni terrestri per completare un giro intorno al sole, mentre Nettuno impiega quasi 165 anni terrestri.
Il sole è una stella abbastanza anonima come le stelle, guadagnandosi la classificazione di "nana gialla". Con un'età di circa 4,5 miliardi di anni, il sole si trova a circa 26.000 anni luce dal centro della galassia in cui abita, la Via Lattea Galassia. Per riferimento, un anno luce è la distanza percorsa dalla luce in un anno, circa 6 trilioni di miglia. Tanto vasto quanto lo stesso sistema solare, Nettuno, il pianeta più lontano dal sole a una distanza di quasi 2,8 miliardi di miglia, dista appena 1/2000 di anno luce dal sole.
Il sole, oltre a funzionare come una gigantesca fornace, ha anche una forte corrente elettrica interna. Le correnti elettriche generano campi magnetici e il sole ha un vasto campo magnetico che si propaga attraverso il sistema solare come vento solare – gas caricato elettricamente che vola verso l'esterno dal sole in ogni direzione.
Il Sole è una Stella?
Il sole è, come notato, una nana gialla, ma è più formalmente classificato come una stella di classe spettrale G2. Le stelle sono classificate in ordine dalla più calda alla più fredda come stelle di tipo O, B, A, F, G, K o M. I più caldi hanno una temperatura superficiale di circa 30.000-60.000 Kelvin (K), mentre la temperatura superficiale del sole è relativamente tiepida di 5.780 K. (Per riferimento, i gradi Kelvin sono le stesse "dimensioni" dei gradi Celsius, ma la scala inizia a 273 gradi più in basso. Cioè, 0 K, o "zero assoluto", è uguale a -273 C, 1.273 K è uguale a 1.000 C e così via. Inoltre, il simbolo del grado viene omesso dalle unità Kelvin.) La densità del sole, che non è né un solido, a liquido né un gas ed è meglio classificato come plasma (cioè gas caricato elettricamente), è circa 1,4 volte quello di acqua.
Altre statistiche solari vitali: il sole ha una massa di 1.989 × 1030 kg e un raggio di circa 6,96 × 108 m. (Poiché la velocità della luce è 3 × 108 m/s, la luce da un lato del sole impiegherebbe poco più di due secondi per passare dal centro al dall'altra parte.) Se il sole fosse alto, diciamo, una tipica porta, la Terra sarebbe alta circa quanto un nichelino americano in piedi su bordo. Eppure esistono stelle 1.000 volte il diametro del sole, così come le stelle nane larghe meno di un centesimo.
Anche il sole emette 3,85 × 1026 watt di potenza, di cui circa 1340 watt per metro quadrato raggiungono la Terra. Questo si traduce in una luminosità di 4 × 1033 erg. Questi numeri probabilmente non significano molto da soli, ma per riferimento, un esponente di "solo" 9 implica miliardi, mentre un esponente di 12 si traduce in trilioni. Sono cifre enormi! Eppure alcune stelle sono fino a un milione di volte più luminose del sole, il che significa che la loro potenza è un milione di volte maggiore. Allo stesso tempo, alcune stelle sono un migliaio di volte meno luminose.
È interessante notare che anche se il sole è classificato come una stella modesta nella migliore delle ipotesi nello schema generale, è ancora più massiccio del 95 percento delle stelle conosciute esistenti. L'implicazione di ciò è che la maggior parte delle stelle sono ben oltre il loro apice e si sono notevolmente ridotte da allora il loro picco di vita miliardi di anni prima, e ora stanno proseguendo nella loro vecchiaia in relativa anonimato.
Quali sono le quattro regioni del sole?
Il sole può essere diviso in quattro spaziali regioni, costituito da nucleo, zona radiativa, zona convettiva e fotosfera. Quest'ultimo si trova al di sotto di due aggiuntivi strati, che verrà approfondito nel prossimo paragrafo. Un diagramma solare costituito da una sezione trasversale, come una vista dell'interno di una palla tagliata esattamente a metà, includerebbe quindi un cerchio in il centro che rappresenta il nucleo, e poi anelli successivi attorno ad esso dall'interno verso l'esterno che denotano la zona radiativa, la zona convettiva e fotosfera.
Il nucleo del sole è dove tutto ciò che gli osservatori sulla Terra possono misurare come luce e calore ha origine. Questa regione si estende verso l'esterno a circa un quarto della distanza dal centro del sole. Si stima che la temperatura al centro del sole sia di circa 15,5 milioni di K a 15,7 milioni di K, pari a circa 28 milioni di gradi Fahrenheit. Questo fa sembrare la temperatura superficiale di circa 5.780 K positivamente fredda. Il calore all'interno del nucleo è generato da una costante raffica di reazioni di fusione nucleare, in cui due molecole di l'idrogeno si combinano con una forza sufficiente a farli unire insieme in elio (in altre parole, le molecole di idrogeno fusibile.)
Il zona radiativa del sole è così chiamato perché si trova in questo guscio sferico - una regione che inizia a circa un quarto della distanza dal centro del sole, dove termina il nucleo, e si estende verso l'esterno circa tre quarti della strada verso la superficie del sole dove incontra la zona convettiva - che l'energia rilasciata dalla fusione all'interno del nucleo viaggia verso l'esterno in tutte le direzioni, o irradia. Sorprendentemente, ci vuole molto tempo perché l'energia radiante viaggi attraverso lo spessore della regione radiativa - in effetti, diverse centinaia di migliaia di anni! Per quanto improbabile possa sembrare, nel tempo solare non è affatto molto lungo, dato che il sole ha già 4,5 miliardi di anni e sta ancora andando forte.
Il zona convettiva occupa la maggior parte del quarto più esterno del volume del sole. All'inizio di questa zona (cioè all'interno) la temperatura è di circa 2.000.000 K e scende. Di conseguenza, il materiale simile al plasma che forma l'interno del sole è, che ci crediate o no, troppo freddo e opaco per consentire al calore e alla luce di continuare a viaggiare verso la superficie solare sotto forma di radiazione. Invece, questa energia viene trasmessa tramite convezione, che è essenzialmente l'uso di supporti fisici per trasportare l'energia invece di consentirle di cavalcare da solo. (Le bolle che salgono dal fondo di una pentola di acqua bollente alla superficie e rilasciano calore mentre scoppiano rappresentano un esempio di convezione.) In in contrasto con il lungo periodo di tempo necessario all'energia per navigare nella zona radiativa, l'energia si muove comparativamente attraverso la zona di convezione velocemente.
Il fotosfera consiste in una zona in cui gli strati del sole passano dall'essere completamente opachi, bloccando così le radiazioni, ad essere trasparenti. Ciò significa che la luce e il calore possono passare senza ostacoli. La fotosfera è quindi lo strato del sole da cui viene emessa la luce visibile ad occhio nudo. Questo strato è spesso solo 500 km, il che significa che se l'intero sole è paragonato a una cipolla, la fotosfera rappresenta la buccia della cipolla. La temperatura nella parte inferiore di questa regione è più calda di quella sulla superficie del sole, anche se non così drammaticamente: circa 7.500 K, una differenza inferiore a 2.000 K.
Quali sono gli strati del sole?
Come notato, il nucleo del sole, la zona radiativa, la zona convettiva e la fotosfera sono considerate regioni, ma ognuna può anche essere classificata come uno degli strati del sole, di cui sono sei in numero. Esterna alla fotosfera c'è l'atmosfera solare, che comprende due strati: la cromosfera e la corona.
Il cromosfera si estende da circa 2.000 a 10.000 km sopra la superficie del sole (cioè la parte più esterna della fotosfera), a seconda della fonte che si consulta. Curiosamente, la temperatura scende in qualche modo prevedibilmente con l'aumentare della distanza dal la fotosfera dapprima, ma poi riprende a salire, forse a causa degli effetti del sole campo magnetico.
Il corona (Latino per "corona") si estende al di sopra della cromosfera a una distanza di parecchie volte il raggio del sole e raggiunge temperature fino a 2.000.000 K, simili all'interno della zona di convezione. Questo strato solare è molto tenue, contiene solo circa 10 atomi per cm3, ed è fortemente attraversato da linee di campo magnetico. Lungo queste linee di campo magnetico si formano "streamers" e pennacchi di gas che vengono spinti verso l'esterno dal vento solare, dando al sole il suo aspetto caratteristico di avere viticci di luce quando la parte principale del sole è oscurato.
Quali sono le parti esterne del sole?
Come notato, le parti più esterne del sole sono la fotosfera, che fa parte del sole vero e proprio, e la cromosfera e la corona, che fanno parte dell'atmosfera solare. Così il sole può essere raffigurato come avente tre parti interne (il nucleo, la zona radiativa e la zona convettiva) e tre parti esterne (la fotosfera, la cromosfera e la corona).
Un certo numero di eventi interessanti si svolgono sulla superficie del sole o appena sopra. Uno di questi sono le macchie solari, che si formano nella fotosfera in aree relativamente fredde (4.000 K). Un altro sono i brillamenti solari, che sono eventi esplosivi sulla superficie caratterizzati da un intenso schiarimento di regioni dell'atmosfera solare sotto forma di raggi X, ultravioletti e luce visibile. Questi si dispiegano in periodi che durano pochi minuti, e poi svaniscono in un arco di tempo un po' più lungo di un'ora o giù di lì.
