Il Sole, la nostra fonte di energia

Parliamo un po’ di astronomia, una branca molto affascinante delle Scienze che permette di ammirare gli spettacoli più belli offerti dall’universo attraverso i telescopi. Inizieremo parlando della fonte di energia della vita sulla Terra: il Sole.

Di NASA/SDO (AIA) – http://sdo.gsfc.nasa.gov/assets/img/browse/2010/08/19/20100819_003221_4096_0304.jpg, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11348381

Il Sole è una stella

Il sole è la stella intorno la quale orbitano la Terra e tutto il Sistema Solare. Anche se a noi sembra tanto caldo e luminoso, è in realtà una stella medio piccola, la cui massa è formata per il 74% da idrogeno e per il 25% da elio, il restante 1% è costituito da tracce di altri elementi. Il Sole è classificato come una nana gialla e si trova nella fase detta sequenza principale, la lunga fase di equilibrio in cui l’idrogeno viene trasformato in elio nel nucleo mediante reazioni di fusione nucleare. È proprio questo processo che rilascia ogni secondo un’immensa quantità di energia, equivalente a 3,83 x 1026 J, emessa sotto forma di radiazione elettromagnetica, vento solare (cioè un flusso di particelle cariche) e neutrini.

Dati fisici

  • Temperatura superficiale, 5.400°C circa;
  • Temperatura della Corona, 5.000.000°C circa;
  • Temperatura del Nucleo, 15.000.000°C circa;
  • Diametro, 1.400.000 chilometri circa (valore medio in quanto il diametro polare differisce da quello equatoriale).

Un oggetto di plasma

La nostra stella è interamente composta di plasma, uno stato della materia molto particolare, formato da elettroni e ioni la cui carica complessiva è neutra. Viene detto anche “gas ionizzato” e sembra qualcosa di molto esotico, invece è comunissimo: la maggioranza della materia dell’universo è in questo stato. Per esempio, la fiamma dei fornelli a gas o quella delle candele sono dei plasmi. La nostra stella è una massa fluida, ma talmente densa che la luce prodotta nel nucleo impiega circa un milione di anni per raggiungere la fotosfera (ossia la superficie granulare visibile nell’immagine), poi ci vogliono solo otto minuti perchè giunga alla Terra viaggiando alla velocità della luce, la famosa c dell’altrettanto famosa equazione di Eistein. I gas ionizzati inoltre sono ottimi conduttori di elettricità e reagiscono fortemente ai campi magnetici. Infatti il Sole genera una potente magnetosfera, visibile attraverso il fenomeno della macchie solari, ovvero regioni di fotosfera più fredde di quelle circonstanti, dalle quali fuoriescono le linee di forza del campo magnetico, che si spostano sulla superficie della nostra stella.

Di Kelvinsong; translated by Henrykus – Questo file deriva da Sun poster.svg:, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39323090

Struttura interna

Questo schema mostra come l’interno della nostra stella sia fatto a strati, come lo è anche quello della Terra. In che modo gli astronomi sono riusciti a capire la struttura interna del Sole? Come con la Terra: attraverso le onde sismiche, infatti la fotosfera è continuamente squassata da immense esplosioni nucleari le cui onde d’urto possono essere studiate da apposite sonde od osservatori. Una di queste è S.O.H.O.. Quando un’onda passa da un materiale a un’altro essa viene distorta; studiando le distorsioni gli eliosismologi possono farsi un’idea dell’interno della stella, non visibile direttamente.

Come la Terra orbita intorno al Sole, anche la nostra stella orbita intorno al Nucleo Galattico (ossia il centro della Galassia) con un periodo orbitale di circa 250 milioni di anni. Il centro della Galassia si trova a circa 27.000 anni luce di distanza dalla Terra (valore medio).

Cosa ci aspetta in futuro?

Confronto fra le dimensioni attuali del Sole e quelle previste per il suo stadio di gigante rossa (Di HeNRyKus – Opera propria, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4320062)

Per finire, diciamo qualcosa sul futuro: il Sole ha idrogeno per altri 5 miliardi di anni circa, esauriti i quali si contrarrà fino a raggiungere le pressione necessaria ad avviare la fusione nucleare dell’elio che verrà trasformato in carbonio. L’espansione dovuta all’energia rilasciata dalla fusione dell’elio lo faranno espandere a dismisura (fino all’orbita di Venere, più o meno), questo stadio è detto di Gigante Rossa.

Finito anche l’elio avverrà un’altra contrazione sotto l’effetto della gravità, ma la massa non sarà sufficiente per avviare fusioni nucleari di altri elementi, quindi gli strati esterni verranno lanciati via formando una nebulosa planetaria, mentre il nucleo collasserà in una nana bianca, che diventerà una nana nera una volta raffreddata.
La nostra stella non ha massa sufficiente per esplodere come Supernova, che poi evolve in stella di neutroni o buco nero, sempre in base alla massa.

La Terra invece sarà inabitabile fra circa 3,5 miliardi di anni: l’energia emessa dal Sole è cresciuta costantemente fin dalla sua formazione e continuerà a crescere fino all’esaurimento dell’idrogeno. Gli oceani evaporeranno e l’atmosfera sarà erosa via, riducendo il nostro bel pianeta a una distesa desertica simile all’odierno Marte.

Può sembrare un triste destino per il nostro pianeta, ma in fondo questa è la naturale evoluzione delle cose e niente dura in eterno, nemmeno l’Universo.