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sol

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sol
El Sol por la Asamblea de Imágenes Atmosféricas del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA - 20100819.jpg
Imagen del Sol en colores falsos por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA en la banda ultravioleta .
Clasificación Enana amarilla
Clase espectral G2 V
Parámetros orbitales
(en el momento J2000.0 )
Semieje mayor (26 ± 28) × 10 3 al
7,62 ± 0,32 kpc
Periodo orbital (2,25–2,50) × 10 8 años
1 año galáctico
Velocidad orbital 217 km / s (promedio)
Sistema planetario sí ( sistema solar )
Datos físicos
Equat. Diámetro 1.391 × 10 9 m [1]
Diámetro polar 1.3909 × 10 9 m
Diámetro medio 1.39095 × 10 9 m
Aplastante 9 × 10 -6
Superficie 6.0877 × 10 18 [1]
Volumen 1.4122 × 10 27
Masa
1,9891 × 10 30 kg [2]
Densidad media 1,408 × 10 3 kg / m³ [2]
Del núcleo : 1,5 × 10 5 kg / m³
De la fotosfera : 2 × 10 −4 kg / m³
De la cromosfera : 5 × 10 −6 kg / m³
De la corona : 10-12 kg / m³ [3]
Aceleración de gravedad en la superficie 274,0 m / s² [2] (27,94 g) [1]
Velocidad de escape 617,54 kilómetros por segundo
Período de rotación en el ecuador : 27 d 6 h 36 min
A 30 ° de latitud : 28 d 4 h 48 min
A 60 ° de latitud: 30 d 19 h 12 min
A 75 ° de latitud: 31 d 19 h 12 min
Velocidad de rotacion
(en el ecuador)
1993 m / s
Inclinación eje
en la eclíptica
7,25 °
Inclinación eje
en el plano galáctico
67,23 °
AR polo norte 286,13 ° (19 h 4 m 30 s )
Declinación 63,87 ° (63 ° 52 ′ :)
Temperatura
superficial
5777 [2] K (promedio)
T. de la corona 5 × 10 6 K
T. del núcleo ~ 1,57 × 10 7 K [2]
Brillo
3.827 × 10 26 W
Resplandor 2.009 × 10 7 W / ( sr × )
Metalicidad Z = 0,0177 [4]
[Fe / H] = 0
Edad estimada 4.57 mil millones de años
Datos de observación
Aplicación Magnitude. −26,8 [2] (promedio)
Aplicación Magnitude. −26,832
Magnitud abs. 4.83 [2]
Diámetro
aparente
31 '31 " [5] (min)
32 '03 " [5] (medio)
32 '35 " [5] (máx.)

El Sol (del latín : Sol ) es la estrella madre del sistema solar , [6] alrededor de la cual los ocho planetas principales (incluida la Tierra ), los planetas enanos , sus satélites , innumerables otros cuerpos menores y polvo disperso orbitan hacia el espacio , que forma el medio interplanetario . La masa del Sol, que asciende a aprox. 2 × 10 30 kg , [2] por sí solo representa el 99,86% de la masa total del sistema solar. [7] [8]

El Sol es una estrella de tamaño pequeño a mediano que consta principalmente de hidrógeno (aproximadamente 74% de su masa, 92,1% de su volumen ) y helio (aproximadamente 24-25% de su masa, 7,8% de su masa). Volumen), [9] a los que se añaden otros elementos más pesados presentes en las trazas. [10]

Se clasifica como una " enana amarilla " de tipo espectral G2 V: "G2" indica que la estrella tiene una temperatura superficial de 5777 K ( 5504 ° C ), característica que le confiere un color blanco extremadamente intenso y cromáticamente frío que, sin embargo, a menudo puede aparecer amarillento debido a la difusión de la luz en la atmósfera terrestre , debido a la elevación de la estrella sobre el horizonte. y sin embargo la claridad atmosférica. La V (5 en números romanos ) indica que el Sol, como la mayoría de las estrellas, está en la secuencia principal , es decir, en una fase larga de equilibrio estable en la que la estrella derrite , en su núcleo , hidrógeno en helio. [11]

Este proceso genera una gran cantidad de energía cada segundo (equivalente a una potencia de 3.9 × 10 26 W [12] ), emitida al espacio en forma de radiación electromagnética ( radiación solar ), flujo de partículas ( viento solar ) y neutrinos . [13] La radiación solar, emitida básicamente en forma de luz visible e infrarroja , permite la vida en la Tierra al proporcionar la energía necesaria para activar los principales mecanismos subyacentes; [14] además, la insolación de la superficie terrestre regula el clima y la mayoría de los fenómenos meteorológicos .

Ubicado dentro del Brazo de Orión , un brazo secundario de la espiral galáctica , el Sol orbita el centro de la Vía Láctea a una distancia promedio de aproximadamente 26 000 años luz y completa su revolución en 225-250 millones de años. [15] Entre las estrellas más cercanas , situadas en un radio de 17 años luz, el Sol es el quinto más brillante en términos intrínsecos : su magnitud absoluta , de hecho, es igual a +4,83. [16] Si fuera posible observar nuestra estrella desde α Centauri , el sistema estelar más cercano, aparecería en la constelación de Cassiopeia con una magnitud aparente de 0,5. [17]

El símbolo del Sol consiste en un círculo con un punto en el centro ( Unicode : U + 2609 = Símbolo del sol.svg ; entidades en los lenguajes HTML , XML y derivados: & # x2609; = ☉).

Observación

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Observación del Sol.
Comparación entre las dimensiones aparentes del Sol vistas por los planetas del sistema solar; desde la Tierra, el diámetro angular aparente mide, en promedio , 32 '03 ".

El Sol es la única estrella cuya forma se puede apreciar simplemente a la vista, [18] debido a su diámetro medio ángulo aparente de 32 ' 03 " d' arco , que varía, sin embargo, dependiendo del punto en el que la Tierra se encuentra en el curso de su órbita : de hecho alcanza el valor máximo (32 '35 ") cuando nuestro planeta está en el perihelio , mientras que el valor mínimo (31' 31") en el afelio . [5] Dimensiones aparentes similares permiten, después de la uso de instrumentación particular y protecciones adecuadas, [18] para observar los detalles de la superficie de nuestra estrella con el fin de revelar y estudiar los fenómenos que la caracterizan.

A simple vista es posible distinguir el disco solar al atardecer o en presencia de niebla y nubes, cuando la intensidad de la luz es significativamente menor. Estas observaciones permiten, aunque en raras circunstancias, observar manchas solares particularmente grandes. Utilizando un telescopio modesto, equipado con un filtro adecuado o utilizado para proyectar la imagen de la estrella en una pantalla blanca, es posible observar fácilmente las manchas solares y las llamaradas . [18] Sin embargo, debido a los riesgos a los que está sujeta la retina del ojo, observar el sol sin las protecciones adecuadas es perjudicial para la vista: de hecho, la fuerte radiación puede provocar la muerte de parte de las células de la retina , que son para la visión , [19] [20] [21] [22] o la degeneración de algunas estructuras oculares, como el cristalino . [23]

Analema solar.

La combinación de las dimensiones y la distancia a la Tierra del Sol y la Luna es tal que las dos estrellas aparecen en el cielo con aproximadamente el mismo diámetro aparente; esta situación está en el origen de ocultaciones periódicas de la estrella por nuestro único satélite natural, que se denominan eclipses solares ; los eclipses totales, en particular, permiten visualizar la corona solar y las protuberancias.

Otra observación se refiere a su movimiento aparente en la bóveda celeste. Este movimiento durante el día se aprovecha en el escaneo de las horas, con la ayuda de instrumentos especiales como los relojes de sol . [24]

Además, la estrella parece hacer un viaje en un año a lo largo del cinturón zodiacal que varía de un día a otro. La trayectoria descrita por el Sol, detectada al determinar su posición a la misma hora todos los días del año, toma el nombre de analema y tiene una forma similar al número 8, alineado a lo largo de un eje norte-sur. La variación de la declinación solar anual en dirección norte-sur es de unos 47 ° (debido a la inclinación del eje terrestre con respecto a la eclíptica de 66 ° 33 ', causa fundamental del cambio de estación ); También hay una pequeña variación en la dirección este-oeste causada por la diferente velocidad orbital de la Tierra, que, de acuerdo con las leyes de Kepler , es máxima en el perihelio y mínima en el afelio. [25]

Historia de observaciones

Primeros conocidos

El complejo megalítico de Stonehenge .

El hombre , desde sus orígenes, ha hecho de muchos fenómenos naturales objeto de atención y, a menudo, veneración, incluido el Sol. El primer conocimiento astronómico del hombre prehistórico, que creía que las estrellas eran puntos inmutables "incrustados" en la esfera celeste , consistió esencialmente en la predicción de los movimientos del Sol, la Luna y los planetas en el contexto de las estrellas fijas . [26] Un ejemplo de esta "protoastronomía" lo dan las orientaciones de los primeros monumentos megalíticos , que tenían en cuenta la posición del Sol en diversas épocas del año: en particular los megalitos de Nabta Playa (en Egipto ) y Stonehenge. (en Inglaterra ) se habían construido teniendo en cuenta la posición de la estrella durante el solsticio de verano . Muchos otros monumentos de la antigüedad se construyeron teniendo en cuenta los movimientos aparentes del Sol: un ejemplo es el Templo de Kukulkan (mejor conocido como El Castillo ) en Chichén Itzá , México, que fue diseñado para proyectar sombras en forma de serpiente durante los equinoccios . [27]

El movimiento aparente del Sol sobre el fondo de las estrellas fijas y el horizonte se utilizó para elaborar los primeros calendarios , utilizados para regular las prácticas agrícolas . [28] Comparado con las estrellas fijas, de hecho, el Sol parece girar alrededor de la Tierra en el espacio de un año (en el plano de la eclíptica , a lo largo del cinturón zodiacal ); por ello nuestra estrella, contrariamente a lo que hoy se conoce, fue considerada por los antiguos astrónomos griegos como uno de los planetas que giraban alrededor de la Tierra, que se consideraba el centro del Universo ; este concepto toma el nombre de " sistema geocéntrico " o " sistema aristotélico-ptolemaico" (de los nombres del filósofo griego Aristóteles , siglo IV aC , y el astrónomo alejandrino Claudio Ptolomeo , siglo II dC ). [29]

Desarrollo del conocimiento científico moderno

El cosmos según la concepción heliocéntrica de Copérnico.

Una de las primeras "explicaciones científicas" sobre el Sol la proporcionó el filósofo griego Anaxágoras . Lo imaginó como una gran esfera de metal inflamado más grande que el Peloponeso y creyó imposible que pudiera ser arrastrado por el carro del dios Helium . Por haber enseñado esta doctrina, considerada herética, fue acusado por las autoridades de impiedad, encarcelado y condenado a muerte (sin embargo, fue posteriormente liberado por la intervención de Pericles ).

Eratóstenes de Cirene fue probablemente el primero en calcular con precisión la distancia entre la Tierra y el Sol, en el siglo III a . C. como por mano de Eusebio de Cesarea , [30] se calcula la distancia de nuestra estrella en "σταδίων μυριάδας τετρακοσίας καὶ ὀκτωκισμυρίας" (Stadion myrìadas tetrakosìas Kai oktōkismyrìas), o 804 millones estadio , lo que equivale a 149 millones de kilómetros, un hallazgo sorprendentemente muy similar a la aceptada actualmente, de la que se diferencia solo en un 1%. [31]

Otro científico que desafió las creencias de su época fue Nicolás Copérnico , quien en el siglo XVI retomó y desarrolló la teoría heliocéntrica (que consideraba al Sol como el centro del Universo), ya postulada en el siglo II a.C. por el científico griego Aristarco. de Samos . También es gracias al trabajo de importantes científicos del siglo XVII , como Galileo Galilei , Descartes y Newton , que el sistema heliocéntrico finalmente llegó a prevalecer sobre el geocéntrico. Galileo también fue el pionero de la observación solar , gracias al telescopio ; el científico pisano descubrió las manchas solares en 1610 , [32] y refutó una supuesta demostración de Scheiner de que eran objetos en tránsito entre la Tierra y el Sol en lugar de estar presentes en la superficie solar [33] .

Isaac Newton, el padre de la ley de la gravitación universal , observó la luz blanca solar a través de un prisma , mostrando que estaba compuesta por una gran cantidad de gradaciones de color, [34] mientras que William Herschel descubrió la radiación infrarroja hacia fines del siglo XVIII . presente más allá de la parte roja del espectro solar. [35]

En los siglos XIX y XX

Las líneas de Fraunhofer del espectro solar.

En el siglo XIX , la espectroscopia logró enormes avances: Joseph von Fraunhofer , considerado el "padre" de esta disciplina, realizó las primeras observaciones de las líneas de absorción del espectro solar, que actualmente se denominan, en su honor, líneas de Fraunhofer .

En los primeros años de la era científica moderna, los científicos cuestionaron qué causaba la energía solar. William Thomson, primer barón Kelvin , planteó la hipótesis de que el Sol era un cuerpo líquido que se enfriaba gradualmente y que emitía su reserva de calor interna al espacio; [36] la emisión de energía se explica por Kelvin y Hermann von Helmholtz a través de la teoría llamada el mecanismo de Kelvin-Helmholtz , según la cual la edad del Sol fue de 20 millones de años: un valor muy por debajo de 4.6 mil millones de años sugieren para nuestro planeta geológica estudios.

En 1890, Joseph Norman Lockyer , descubridor del helio en el espectro solar, sugirió que la estrella se formó por la agregación progresiva de fragmentos de roca similares a los meteoros. [37]

Una posible solución a la discrepancia entre los datos de Kelvin-Helmholtz y los geológicos se produjo en 1904 , cuando Ernest Rutherford sugirió que la energía del Sol podría haberse originado a partir de una fuente interna de calor, generada por un mecanismo de desintegración radiactiva . [38] Sin embargo, fue Albert Einstein quien proporcionó el punto de partida decisiva sobre la cuestión, con su masa-energía relación E = mc ² . [39]

Representación gráfica de la desviación por el campo gravitacional del Sol de una onda de radio enviada por la sonda Cassini .

El propio Einstein pudo demostrar entre 1905 y 1920 la razón del movimiento orbital particular de Mercurio , inicialmente atribuido a las perturbaciones de un planeta más interno, llamado Vulcano por los astrónomos. Einstein asumió que el movimiento particular del planeta no se debía a ninguna perturbación planetaria, sino al campo gravitacional del Sol, cuya enorme masa genera una curvatura del espacio-tiempo . [40] La extensión de la curvatura dependería de la relación :

Dónde está es la constante gravitacional universal , es la masa del cuerpo, indica la desviación de los rayos (medida en grados ) e es la velocidad de la luz en el vacío.

Esta curvatura sería, por tanto, responsable de la precesión del perihelio del planeta y la ligera deflexión que la luz y cualquier otra radiación electromagnética, como consecuencia de la teoría de la relatividad general , sufrirían en las proximidades del campo gravitacional del Sol [40]. ] Se ha calculado que la curvatura del espacio-tiempo provocaría un cambio en la posición de una estrella igual a 1,7 segundos de arco.
En 1919, el físico inglés Arthur Eddington confirmó la teoría con motivo de un eclipse. Al año siguiente, el físico inglés planteó la hipótesis de que la energía solar era el resultado de reacciones de fusión nuclear , provocadas por la presión y la temperatura interna del Sol, que transformarían el hidrógeno en helio y producirían energía debido a la diferencia de masa. [41] La teoría fue desarrollada aún más en la década de 1930 por los astrofísicos Subrahmanyan Chandrasekhar y Hans Bethe ; este último estudió en detalle las dos principales reacciones nucleares que producen energía en las estrellas, [42] [43] que es la cadena protón-protón y el ciclo carbono-nitrógeno , calculando la cantidad de energía desarrollada por cada reacción. [43]

En 1957 se publicó entonces un artículo, titulado Síntesis de los elementos en las estrellas , [39] que proponía un modelo consistente con los datos disponibles, y todavía válido hoy, según el cual la mayoría de los elementos del Universo fueron creados por reacciones nucleares en su interior. las estrellas, con la excepción del hidrógeno , el helio y el litio , se formaron principalmente durante la nucleosíntesis primordial y, por lo tanto, ya estaban presentes en cantidades considerables antes de que se formaran las primeras estrellas. [44]

Misiones espaciales

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Exploración del Sol.

Con el advenimiento, a principios de los años cincuenta , de la era espacial y el comienzo de la exploración del sistema solar, ha habido numerosas sondas especialmente diseñadas para estudiar nuestra estrella.

Tránsito lunar ( archivo de información )
Un tránsito de la Luna frente al Sol capturado durante el rodaje de las cámaras ultravioleta de las sondas STEREO.

Los primeros satélites diseñados para observar el Sol fueron los Pioneers 5 , 6, 7, 8 y 9 de la NASA , lanzados entre 1959 y 1968 . Las sondas orbitaron el Sol a una distancia ligeramente menor que la de la Tierra y realizaron las primeras mediciones detalladas del viento y el campo magnético solar . La sonda Pioneer 9 funcionó durante mucho tiempo, transmitiendo datos hasta 1987. [45]

En la década de 1970, la nave espacial Helios 1 y la estación espacial Skylab proporcionaron a los científicos datos nuevos y significativos sobre la emisión del viento solar y la corona . Los datos adicionales fueron proporcionados por la nave espacial Solar Maximum Mission de la NASA , lanzada en 1980 , que estaba destinada a observar la radiación ultravioleta, los rayos gamma y X que emanan de las erupciones solares durante el período de máxima actividad . [46]

La década de 1990 vio el lanzamiento de numerosas sondas, como la japonesa Yohkoh ( 1991 ), diseñada para observar erupciones solares en longitudes de onda de rayos X, [47] y el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO, 1995 ), resultado de la colaboración entre ESA y NASA; este último en particular, ha garantizado desde su lanzamiento una observación constante de nuestra estrella en la mayoría de las longitudes de onda del espectro electromagnético , que también permite el descubrimiento de un gran número de pastoreo de los cometas . [48]

Sin embargo, estas sondas hicieron observaciones detalladas solo de las regiones ecuatoriales del Sol, ya que sus órbitas estaban ubicadas en el plano de la eclíptica . En cambio, la sonda Ulysses se diseñó para estudiar las regiones polares , realizando también mediciones del viento solar y la intensidad del campo magnético. [49] Lanzado en 1990 , el Ulises se dirigió inicialmente hacia Júpiter para aprovechar la honda gravitacional del gigante gaseoso y alejarse del plano de órbitas planetarias. [49] En 1998 se lanzó la sonda TRACE , destinada a identificar las conexiones entre el campo magnético de la estrella y las estructuras plasmáticas asociadas, gracias también a la ayuda de imágenes de alta resolución de la fotosfera y la atmósfera inferior del Sol. [50]

A diferencia de la fotosfera , que ha sido bien estudiada mediante espectroscopia , la composición interna del Sol es poco conocida. La misión Génesis fue diseñada para tomar muestras de viento solar y tener una medida directa de la composición de la materia que forma la estrella. En 2006 , se lanzó la misión Observatorio Solar de Relaciones Terrestres ( STEREO ), que consta de dos naves espaciales idénticas colocadas en órbitas que permiten una vista estereoscópica de la estrella. [51]

Posición dentro de la galaxia

La posición del Sol dentro de la Vía Láctea ( NASA ).

El Sol orbita a una distancia del centro de la Vía Láctea estimada en 26 000 ± 1400 años luz ( 7,62 ± 0,32 kpc ). [52] La estrella está ubicada en una región periférica de la Galaxia , [53] más precisamente dentro de la Burbuja Local , una cavidad en el medio interestelar del Cinturón de Gould , ubicada en el borde más interno del Brazo de Orión , un brazo galáctico secundario. colocado entre el Brazo de Perseo y el Brazo de Sagitario ; [54] los dos brazos están separados por unos 6500 años luz de distancia. [55] Nuestra estrella se encuentra actualmente en la Nube Interestelar Local , un engrosamiento del medio interestelar debido a la unión de la Burbuja Local con la Burbuja del Anillo I adyacente. [56] [57] Dada la distancia relativa del centro galáctico, de otras regiones con alta densidad estelar y de fuertes fuentes de radiación como púlsares u objetos similares, el Sol, y por lo tanto el sistema solar, se ubica en lo que los científicos definen. zona galáctica habitable . [57]

El sistema solar tarda entre 225 y 250 millones de años en completar una revolución alrededor del centro de la galaxia ( año galáctico ); [58] por lo tanto, el Sol habría completado 20-25 órbitas desde el momento de su formación y 1/1250 de una órbita desde la aparición del ser humano en la Tierra. La velocidad orbital de nuestra estrella es de unos 220 km / s; a esta velocidad, el sistema solar tarda unos 1 400 años en recorrer la distancia de un año luz u 8 días en recorrer una unidad astronómica (au). [59] La dirección aparente hacia la que se mueve nuestra estrella durante su revolución alrededor del centro de masa de la Galaxia se llama ápice solar y apunta hacia la estrella Vega y la constelación de Hércules , con una inclinación de unos 60 ° en la dirección de el centro galáctico. [57]

Se cree que la órbita del Sol tiene una forma elíptica casi circular, teniendo en cuenta las perturbaciones provocadas por la diferente distribución de masas en los brazos de la espiral galáctica; además, el Sol oscila por encima y por debajo del plano galáctico en promedio 2,7 veces en cada órbita, de acuerdo con una tendencia similar a un movimiento armónico . [55] Dado que la densidad estelar es bastante alta en y alrededor del plano galáctico, estas oscilaciones a menudo coinciden con un aumento en la tasa de impactos meteoríticos en la Tierra, a veces responsables de catastróficas extinciones masivas . Este aumento se debe al hecho de que las otras estrellas ejercen fuerzas de marea sobre los asteroides del cinturón principal o el cinturón de Kuiper o sobre los cometas de la nube de Oort , que en consecuencia se dirigen hacia el sistema solar interior . [60]

El Sol forma parte de un grupo de más de 100 millones de estrellas de clase espectral G2 conocidas dentro de la Vía Láctea y supera el 85% de las estrellas de la Galaxia, la mayoría de las cuales son débiles enanas rojas . [61] Entre las estrellas brillantes más cercanas , situadas en un radio de 17 años luz, el Sol ocupa la quinta posición en términos de brillo intrínseco : su magnitud absoluta , de hecho, es igual a +4,83. [dieciséis]

La constelación de Cassiopeia como aparecería de α Centauri.

El Sol de α Centauri

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Alpha Centauri § El cielo visto por α Centauri .

Si está alrededor del sistema α Centauri , el sistema estelar más cercano al sistema solar (aproximadamente 4,3 años luz ), planetas en órbita de tipo rocoso , en los que formas de vida inteligentes fueran capaces de observar el cielo y comprender sus mecanismos, lo verían no muy diferente a como lo vemos nosotros. Las diferencias quedarían limitadas a algunos detalles: por ejemplo, la estrella Sirio se encontraría en la constelación de Orión , a pocos grados de Betelgeuse , en lugar de Canis Major ; la constelación de Centauro se vería privada de su estrella más brillante, mientras que Casiopea tendría una estrella brillante de magnitud 0,5 más: es el Sol. La ubicación de nuestra estrella es fácil de calcular, ya que estaría en las antípodas de la posición de α Centauri visto desde la Tierra: tendría por tanto una ascensión recta de 02 h 39 m 35 sy una declinación de + 60 ° 50 ′ 00 ″, [17] que lo llevaría a estar a la izquierda de Segin (ε Cassiopeiae) ; en este punto, la constelación ya no tomaría la conocida forma "\ / \ /", sino una forma similar a esta: "/ \ / \ /". [17]

Ciclo vitale

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Formazione ed evoluzione del sistema solare .
Il ciclo vitale del Sole sul diagramma HR :
1. Protostella ;
2. Stella T Tauri ;
3. Sequenza principale ( GV );
4. Gigante rossa ;
5. Nana bianca .

Il Sole è una stella di popolazione I (o terza generazione ) la cui formazione sarebbe stata indotta dall'esplosione, circa 5 miliardi di anni fa, di una o più supernova/e nelle vicinanze di un'estesa nube molecolare del Braccio di Orione. [7] [62] È accertato che, circa 4,57 miliardi di anni fa, [63] il rapido collasso della nube, innescato da supernovae, portò alla formazione di una generazione di giovanissime stelle T Tauri , tra le quali anche il Sole, che, subito dopo la sua formazione, assunse un'orbita quasi circolare attorno al centro della Via Lattea, ad una distanza media di circa 26 000 al Le inclusioni ricche di calcio e alluminio , residuate dalla formazione stellare, formarono poi un disco protoplanetario attorno alla stella nascente.[64] Tale ipotesi è stata formulata alla luce dell'alta abbondanza di elementi pesanti, quali oro e uranio , nel nostro sistema planetario . Gli astronomi ritengono che questi elementi siano stati sintetizzati o tramite una serie di processi nucleari endoergonici durante l'esplosione della supernova (fenomeno che prende il nome di nucleosintesi delle supernovae ), o grazie alle trasmutazioni , per mezzo di successivi assorbimenti neutronici , da parte di una stella massiccia di popolazione II (o di seconda generazione ). [65]

Il Sole è attualmente nella sequenza principale del diagramma Hertzsprung-Russell , ovvero in una lunga fase di stabilità durante la quale l'astro genera energia attraverso la fusione , nel suo nucleo , dell' idrogeno in elio ; la fusione nucleare inoltre fa sì che la stella sia in uno stato di equilibrio , sia idrostatico , ossia non si espande (a causa della pressione di radiazione delle reazioni termonucleari ) né si contrae (per via della forza di gravità , cui sarebbe naturalmente soggetta), sia termico . [7] Una stella di classe G2 come il Sole impiega, considerando la massa, circa 10 miliardi (10 10 ) di anni per esaurire completamente l'idrogeno nel suo nucleo. [11] [65] [66]

Il Sole si trova a circa metà della propria sequenza principale. Al termine di questo periodo di stabilità, tra circa 5 miliardi di anni, il Sole entrerà in una fase di forte instabilità che prende il nome di gigante rossa : nel momento in cui l'idrogeno del nucleo sarà totalmente convertito in elio, gli strati immediatamente superiori subiranno un collasso dovuto alla scomparsa della pressione di radiazione delle reazioni termonucleari. Il collasso determinerà un incremento termico fino al raggiungimento di temperature tali da innescare la fusione dell'idrogeno negli strati superiori, che provocheranno l'espansione della stella fino ad oltre l'orbita di Mercurio ; [9] l'espansione causerà un raffreddamento del gas (fino a 3500 K), motivo per il quale la stella avrà una colorazione fotosferica tipicamente gialla intensa. [67]

Raffronto tra le dimensioni del Sole nella sequenza principale e nella fase di gigante rossa.

Quando anche l'idrogeno dello strato superiore al nucleo sarà totalmente convertito in elio (entro poche decine di milioni di anni [67] ) si avrà un nuovo collasso, che determinerà un aumento della temperatura del nucleo di elio fino a valori di 10 8 K; [68] a questa temperatura si innescherà repentinamente la fusione dell'elio ( flash dell'elio [9] ) in carbonio e ossigeno . [9] [68] La stella subirà una riduzione delle proprie dimensioni, passando dal ramo delle giganti al ramo orizzontale del diagramma HR. [9]

A causa delle elevatissime temperature del nucleo, la fusione dell' elio si esaurirà in breve tempo (qualche decina di milioni di anni) ei prodotti di fusione, non impiegabili in nuovi cicli termonucleari a causa della piccola massa della stella, si accumuleranno inerti nel nucleo; [9] frattanto, venuta a mancare nuovamente la pressione di radiazione che spingeva verso l'esterno, avverrà un successivo collasso che determinerà l'innesco della fusione dell' elio nel guscio che avvolge il nucleo e dell' idrogeno nello strato ad esso immediatamente superiore. Queste nuove reazioni produrranno una quantità di energia talmente elevata da provocare una nuova espansione dell'astro, [9] che raggiungerà così dimensioni prossime ad 1 au (circa 100 volte quelle attuali), [69] tanto che la sua atmosfera arriverà ad inglobare molto probabilmente Venere . [69] Incerto è invece il destino della Terra : alcuni astronomi ritengono che anche il nostro pianeta verrà inglobato dalla stella morente; [70] altri invece ipotizzano che il pianeta si salverà, poiché la perdita di massa da parte della nostra stella farebbe allargare la sua orbita, che slitterebbe di conseguenza sino a quasi 1,7 au . [70] Il nostro pianeta sarà però inabitabile: gli oceani saranno evaporati a causa del forte calore e gran parte dell' atmosfera verrà dispersa nello spazio dall'intensa energia termica, che incrementerà l' energia cinetica delle molecole del gas atmosferico, consentendo loro di vincere l'attrazione gravitazionale del nostro pianeta. [70] Tutto ciò avverrà entro i prossimi 3,5 miliardi di anni e, cioè, ancor prima che il Sole entri nella fase di gigante rossa. [9]

Entro 7,8 miliardi di anni, esaurito ogni processo termonucleare, il Sole rilascerà i suoi strati più esterni, che verranno spazzati via sotto forma di "supervento" creando una nebulosa planetaria ; [9] le parti più interne collasseranno e daranno origine ad una nana bianca (circa delle dimensioni della Terra), che lentamente si raffredderà sino a diventare, nel corso di centinaia di miliardi di anni, [71] una nana nera . [69] [72]

Questo scenario evolutivo è tipico di stelle con una massa simile a quella del Sole, ossia che hanno una massa non sufficientemente elevata da esplodere come supernove. [69] [72]

Caratteristiche morfologiche e rotazione

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Rotazione solare .
La rotazione del Sole. NASA

Il Sole è una sfera di plasma quasi perfetta , le cui dimensioni sono un po' più grandi di quelle di una stella di media grandezza, ma decisamente più piccole di quelle di una ben più imponente gigante blu o gigante rossa . Possiede un' ellitticità stimata in circa 9 milionesimi: [73] infatti, il suo diametro polare differisce da quello equatoriale di appena 10 km. [73] Tale differenza sussiste perché la rotazione del corpo sul proprio asse origina all'equatore una forza che tenderebbe a fargli assumere una forma ellissoidale : la forza centrifuga . Tuttavia, poiché la rotazione della stella è molto lenta, [73] la forza centrifuga è 18 milioni di volte più debole della gravità superficiale; da ciò ne consegue che la stella non possieda un rigonfiamento equatoriale molto pronunciato, caratteristica propria invece di alcune stelle, come Achernar , le quali possiedono elevate velocità di rotazione . [74] [75] Inoltre, gli effetti mareali esercitati dai pianeti sulla stella non ne influenzano significativamente la forma.

Poiché si trova allo stato di plasma e non possiede, al contrario di un pianeta roccioso , una superficie solida , la stella è soggetta ad una rotazione differenziale , ovvero ruota in maniera diversa a seconda della latitudine : infatti la stella ruota più velocemente all'equatore che non ai poli ed il periodo di rotazione varia tra i 25 giorni dell'equatore ei 35 dei poli. [73] Tuttavia, poiché il punto di vista osservativo dalla Terra cambia man mano che il nostro pianeta compie il proprio moto di rivoluzione , il periodo di rotazione apparente all'equatore è di 28 giorni. [73] Inoltre, la densità dei gas che costituiscono la stella diminuisce esponenzialmente all'aumentare della distanza dal centro. [66] [76]

Struttura

Il Sole possiede una struttura interna ben definita, la quale non è, tuttavia, direttamente osservabile a causa dell'opacità alla radiazione elettromagnetica degli strati interni della stella. Un valido strumento per determinare la struttura solare è fornito dall' eliosismologia , [77] una disciplina che, esattamente come la sismologia , studia la diversa propagazione delle onde sismiche per rivelare l'interno della Terra, analizza la differente propagazione delle onde di pressione ( infrasuoni ) che attraversano l'interno del Sole. [77] L'analisi eliosismologica è spesso associata a simulazioni computerizzate , che consentono agli astrofisici di determinare con buona approssimazione la struttura interna della nostra stella. [76] [78]

Il raggio del Sole è la distanza tra il suo centro e il limite della fotosfera , strato al di sopra del quale i gas sono abbastanza freddi o rarefatti da consentire l' irraggiamento di un significativo quantitativo di energia luminosa; è perciò lo strato meglio visibile ad occhio nudo. [76] [79]

La struttura interna del Sole, come quella delle altre stelle, appare costituita di involucri concentrici; [79] ogni strato possiede caratteristiche e condizioni fisiche ben precise, che lo differenziano dal successivo. [79]

Spaccato della struttura interna del Sole.

Gli strati sono, dal centro verso l'esterno: [76] [79]

Nucleo

La fusione dell'idrogeno.
Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Nucleo solare .

Il nucleo solare rappresenta in volume il 10% della stella, in massa oltre il 40%. [76] [77] È qui che avvengono le reazioni di fusione nucleare , fonte principale dell'energia solare. [77]

Gli astrofisici ritengono che il nucleo solare abbia dimensioni prossime a 0,2 raggi solari , con una densità superiore a 150 000 kg/m³ (150 volte quella dell' acqua ), una temperatura di circa 13 600 000 K (per raffronto, la temperatura superficiale della stella è 2350 volte inferiore – 5 777 K –) ed una pressione di quasi 500 miliardi di atmosfere ; [76] [79] è la combinazione di simili valori a favorire la fusione nucleare dell' idrogeno in elio . Il nucleo è l'unica regione della nostra stella in cui, attualmente, [80] avvenga la fusione nucleare. Tali reazioni liberano energia sotto forma di radiazione γ , che, una volta emessa dal nucleo, viene assorbita e riemessa dalla materia degli strati superiori, contribuendo a mantenere alta la temperatura; nell'attraversare gli strati della stella, la radiazione elettromagnetica perde energia, assumendo lunghezze d'onda sempre maggiori, passando dalla banda γ alla banda X e ultravioletta, per poi diffondersi nello spazio come luce visibile . [78] Un altro prodotto delle reazioni nucleari sono i neutrini , particelle che raramente interagiscono con la materia e che dunque attraversano liberamente lo spazio. [9]

Fotosfera

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fotosfera .
La temperatura effettiva del Sole (area gialla) raffrontata con quella di un corpo nero delle stesse dimensioni che emetta la medesima quantità di energia radiante (area grigia).

La fotosfera è lo strato del Sole al di sotto del quale la stella diviene opaca alla luce visibile; [76] 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 le macchie solari ei brillamenti . [78] [81]
È caratterizzata da una densità di 10 23 particelle al metro cubo (equivalente all'1% della densità dell'atmosfera terrestre al livello del mare), [78] mentre il suo spessore varia da alcune decine fino a qualche centinaia di chilometri.

Il cambiamento di opacità rispetto agli strati inferiori (la sua opacità è infatti lievemente inferiore a quella dell' atmosfera terrestre [76] ) è dovuto alla diminuzione del numero di ioni idruro (H ), che assorbono con facilità la luce visibile; la luce da noi percepita è invece prodotta dalla ricombinazione tra gli elettroni liberi e gli atomi di idrogeno per generare ioni H . [82] [83]

Poiché gli strati più alti della fotosfera sono più freddi di quelli più profondi, l'immagine del Sole appare più luminosa al centro, e si fa via via più tenue man mano che si procede verso il bordo del perimetro del disco visibile; questo fenomeno è chiamato oscuramento al bordo , ed è causato da un fenomeno di prospettiva. [66] [78]

Lo spettro fotosferico presenta caratteristiche relativamente simili a quelle dello spettro continuo di un corpo nero riscaldato alla temperatura di 5777 K, [81] e appare intervallato dalle linee di assorbimento della tenue atmosfera stellare. All'osservazione diretta la fotosfera presenta un aspetto granuloso, dovuto alla presenza della granulazione e della supergranulazione. [76]
Durante i primi studi dello spettro ottico della fotosfera, furono trovate alcune linee di assorbimento che non corrispondevano con nessun elemento noto sulla Terra. Nel 1868 , Norman Lockyer ipotizzò che queste linee fossero causate da un nuovo elemento, che chiamò elio , come l' omonimo dio greco del Sole; venticinque anni dopo, l'elio venne isolato sulla Terra. [84]

Zona radiativa

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Zona radiativa .

Situata all'esterno del nucleo, la zona radiativa si estende da circa 0,2 sino a 0,7 raggi solari; essa assorbe l'energia prodotta dal nucleo e la trasmette per irraggiamento (donde il nome) agli strati superiori. [66] Pressione e temperatura sono ancora abbastanza elevate da permettere il trasferimento dell'energia allo strato successivo. [76] [78]

In questa fascia avviene il trasferimento dell'energia prodotta nel nucleo verso lo strato superiore, la zona convettiva; la zona radiativa appare priva di moti convettivi : infatti, mentre la materia diventa più fredda a quote crescenti, il gradiente di temperatura resta minore di quello del tasso di caduta adiabatica , il che agevola il trasferimento di energia per irraggiamento. [77]

Rielaborazione computerizzata dei dati eliosismologici che mette in evidenza la disposizione e la struttura della zona radiativa, della tachocline e della zona convettiva.

L'energia viene trasferita verso gli strati più esterni in maniera molto lenta: infatti, gli ioni di idrogeno ed elio emettono fotoni , che viaggiano attraverso una breve distanza prima di essere riassorbiti e riemessi da altri ioni. [76] [85]

Una recente analisi dei dati raccolti dalla missione SOHO suggerisce che la velocità di rotazione della zona radiativa sia leggermente inferiore a quella del nucleo. [86]

Zona di transizione ( Tachocline )

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Tachocline .

La zona di transizione tra la porzione radiativa e quella convettiva prende il nome di tachocline e si estende, secondo recenti studi eliosismologici, a partire da 0,7 raggi solari. [87] Gli astrofisici ritengono che tali dimensioni svolgano un ruolo determinante nella genesi del campo magnetico solare , in quanto interverrebbero nella dinamo solare (meccanismo grazie al quale si origina il campo magnetico della nostra stella) rinforzando i deboli campi poloidali per crearne uno più intenso di forma toroidale . [88] [89]

Zona convettiva

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Zona convettiva .

La zona convettiva ha uno spessore di circa 200 000 km e si trova nella porzione esterna del Sole, a partire da circa il 70% del raggio solare. [76]

L'area è caratterizzata da temperature e densità inferiori a quelle degli strati sottostanti; di conseguenza, energia e calore non possono essere trasferiti per irraggiamento, ma attraverso moti convettivi. La materia più calda e meno densa viene portata in superficie, dove cede parte della propria energia termica ; una volta raffreddata, la materia risprofonda alla base della zona convettiva, dove riceve nuovamente il calore proveniente dalla zona radiativa. [78] A differenza dello strato sottostante, dunque, nella zona convettiva la materia è in costante movimento. [76] [79] Questo costante e turbolento movimento sembra essere una delle cause fondamentali della dinamo solare. [89]

Le colonne termiche della zona convettiva lasciano segni sulla fotosfera solare che prendono il nome di granuli o supergranuli solari . [79]

Atmosfera

La corona del Sole risulta visibile durante un' eclissi totale .

Gli strati al di sopra della fotosfera costituiscono l' atmosfera solare [76] [78] [79] e risultano visibili a tutte le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico , dalle onde radio ai raggi gamma passando per la luce visibile . [78] Gli strati sono, in ordine: la cromosfera , la zona di transizione , la corona e l' eliosfera ; [76] quest'ultima, che può essere considerata la tenue prosecuzione della corona, si estende sin'oltre la Fascia di Kuiper , fino all' eliopausa , dove forma una forte onda d'urto di confine ( bow shock ) con il mezzo interstellare . [90] La cromosfera, la zona di transizione e la corona sono molto più caldi della superficie solare; la ragione di questo riscaldamento resta tuttora sconosciuta. [90]

Qui si trova anche lo strato più freddo del Sole: si tratta di una fascia chiamata regione di minima temperatura ( temperature minimum in inglese), posta circa 500 km sopra la fotosfera: quest'area, che ha una temperatura di 4000 K, è sufficientemente fredda da consentire l'esistenza di alcune molecole , come il monossido di carbonio e l' acqua , le cui linee di assorbimento sono ben visibili nello spettro solare. [78] [91]

Cromosfera

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Cromosfera .

Al di sopra della fotosfera si trova una sottile fascia spessa circa 2000 km, chiamata cromosfera (dal greco χρῶμα, χρώματος - chroma, chromatos -, che significa colore ) a causa dei suoi brillamenti colorati visibili subito prima e subito dopo le eclissi totali di Sole . [76] 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, che alle più basse pressioni della cromosfera emettono radiazioni di tale colore. [78] [91]

Diagramma della bassa atmosfera solare.

La cromosfera è interessata da diversi fenomeni emissivi di origine magnetica, come le spicule e le protuberanze solari . La temperatura nella cromosfera aumenta gradualmente man mano che ci si allontana dalla stella, raggiungendo i 100 000 K negli strati più esterni. [76]

Zona di transizione

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Zona di transizione .

Al di sopra della cromosfera si trova la zona di transizione, in cui la temperatura sale rapidamente dai circa 100 000 K degli strati più esterni della cromosfera, fino al milione di kelvin della corona; [78] [91] tale incremento causa una transizione di fase dell' elio , che qui diventa completamente ionizzato per le elevate temperature. La zona di transizione non possiede un limite di altitudine definito: forma infatti una sorta di alone attorno alle formazioni della cromosfera come le spicole ed i filamenti ed è in moto costante e caotico. La zona di transizione non è visibile facilmente dalla Terra, ma è ben rilevabile dallo spazio attraverso strumenti sensibili alle lunghezze d'onda dell' ultravioletto distante . [91]

Corona

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Corona solare .

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. [78] È costituita da plasma a elevatissima temperatura (oltre un milione di kelvin). Essendo il plasma molto rarefatto, la temperatura non è da intendersi nel significato convenzionale; si parla in questo caso di temperatura cinetica . [78] [92]

Gli strati interni della corona hanno una densità di 10 14 – 10 16 particelle al metro cubo (l'atmosfera terrestre al livello del mare ha una densità di 2 × 10 25 particelle al metro cubo) ed è sede di numerosi fenomeni di tipo magnetico, come le espulsioni di massa (CME) e gli anelli coronali . [92]

Gli astrofisici non sono ancora riusciti a comprendere perché la corona abbia una temperatura così elevata; essi ritengono che parte del calore sia originato dalla riconnessione delle linee del campo magnetico solare (l'argomento è trattato più ampiamente nel paragrafo Problema del riscaldamento coronale ). [92]

Vento solare

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Vento solare .

Anche il Sole, come altre stelle, emette un flusso di particelle dall'atmosfera superiore: il vento solare .

Il vento solare è formato da plasma e la sua composizione chimica è identica a quella della corona: 73% idrogeno e 25% elio , con il restante 2% formato da elementi in tracce. [90] Nei pressi della Terra, la velocità del vento solare varia tra 200 e 900 km/s (in media 450 km/s ). Ogni secondo la stella perde, tramite il vento solare, una quantità di materia pari a 1,37 × 10 9 kg ; [93] si tratta tuttavia di una perdita insignificante, poiché in un anno corrisponde a 2,18 × 10 −14 volte la massa complessiva del Sole . [90]

Disegno che rappresenta le strutture dell' eliosfera .

Il vento solare trasporta con sé, a causa del peculiare comportamento del plasma magnetizzato, il campo magnetico del Sole nello spazio interplanetario, fino ad una distanza di circa 160 unità astronomiche. Il vento solare si muove in direzione radiale rispetto al Sole; a causa della sua rotazione le linee di campo si curvano a forma di spirale.

Alcuni studi ipotizzano che il vento solare svolga un'importante funzione protettiva nei confronti dei pianeti, ossia "schermerebbe" i raggi cosmici grazie alla sua natura ionizzata. [90]

Eliosfera

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Eliosfera .

Il vento solare crea una " bolla " nel mezzo interstellare , che prende il nome di eliosfera . L'eliosfera si estende da una distanza di circa 20 raggi solari ( 0,1 au ) dalla superficie del Sole fino alle regioni più estreme del sistema solare . Il suo limite più interno è definito come la regione in cui il flusso del vento solare diventa " superalfvénico ", ossia supera la velocità dell' onda di Alfvén ; le forze dinamiche e di turbolenza all'esterno di questo limite non possono però influenzare la forma della corona solare , poiché entro questo limite il flusso viaggia a velocità inferiori o uguali a quelle dell'onda di Alfvén. Il vento solare viaggia in maniera continua attraverso l'eliosfera, fino a che non si scontra con l' eliopausa , ad oltre 50 UA dal Sole. Nel dicembre del 2004 , la sonda spaziale Voyager 1 attraversò l'eliopausa; entrambe le sonde Voyager, nell'avvicinarsi al confine col l'eliopausa, hanno registrato un livello sempre più alto di particelle energetiche. [94]

Campo magnetico

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Campo magnetico solare e Corrente eliosferica diffusa .
Rappresentazione artistica della corrente eliosferica diffusa .

Il moto turbolento del plasma e delle particelle cariche della zona convettiva generano un potente campo magnetico , caratterizzato da poli appaiati (nord e sud) disposti lungo tutta la superficie solare. Il campo inverte il proprio verso ogni undici anni, in corrispondenza del massimo del ciclo solare . [95] Il campo magnetico solare è all'origine di diversi fenomeni che prendono complessivamente il nome di " attività solare "; tra essi si annoverano le macchie fotosferiche , i flare (o brillamenti) e le variazioni nell'intensità del vento solare , che diffonde materia attraverso il sistema solare. [90] [96]

La rotazione differenziale della stella causa una forte deformazione delle linee del campo magnetico , che appaiono aggrovigliate su sé stesse; [96] su di esse si dispone il plasma delle eruzioni solari, che vanno a formare vasti anelli di materia incandescente, noti come anelli coronali. [97] Le deformazioni delle linee di campo danno luogo alla dinamo e al ciclo undecennale dell'attività solare , durante il quale l'intensità del campo magnetico subisce delle variazioni. [96]

La densità del flusso magnetico solare è di 10 −4 tesla in prossimità della stella. [95]

L'interazione tra il campo magnetico solare ed il plasma del mezzo interplanetario crea una corrente eliosferica diffusa , ossia un piano che separa regioni in cui il campo magnetico converge in direzioni diverse. [98]

Ciclo solare

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fluttuazioni solari e Ciclo undecennale dell'attività solare .

Il ciclo solare (detto anche ciclo dell'attività magnetica solare ) è il tempo, mediamente pari a undici anni , che intercorre tra due periodi di minimo dell' attività solare ; la lunghezza del periodo non è strettamente regolare, ma può variare tra i dieci ei dodici anni. È anche la principale causa delle periodiche variazioni di tutti i fenomeni solari che influiscono sul tempo meteorologico spaziale . [99]

Alimentato da un processo di tipo idromagnetico, all'origine del campo magnetico solare stesso, il ciclo solare:

  • modella l'atmosfera ed il vento solare;
  • modula l' irradianza solare;
  • modula il flusso delle radiazioni a lunghezza d'onda corta, dagli ultravioletti ai raggi X;
  • modula la frequenza dei fenomeni eruttivi, come i flare e le espulsioni di massa;
  • modula indirettamente il flusso dei raggi cosmici ad alta energia che penetrano nel sistema solare.

Il ciclo solare si divide in due fasi: una fase di massimo , in cui l'attività della stella si presenta più frenetica, e una fase di minimo , in cui l'attività è meno intensa. L'attività solare durante il minimo coincide spesso con temperature più basse rispetto alla media sulla Terra, mentre le fasi di massimo più ravvicinate tendono ad essere correlate a temperature più alte rispetto alla media.

Poiché i campi magnetici possono influire sui venti stellari , arrivando ad agire come dei "freni" che rallentano progressivamente la rotazione della stella man mano che essa compie il proprio percorso evolutivo, le stelle non più giovani, come il Sole per l'appunto, compiono la propria rotazione in tempi più lunghi e presentano un'attività magnetica meno intensa. I loro livelli di attività tendono a variare in maniera ciclica e possono cessare completamente per brevi periodi di tempo. Un esempio fu il minimo di Maunder , durante il quale il Sole andò incontro ad un settantennio, nel corso del XVII secolo , di attività minima; [100] in questo periodo, noto anche come " Piccola era glaciale ", l' Europa subì un brusco calo delle temperature. [101]

I primi minimi solari di considerevole durata furono scoperti attraverso l'analisi dendrocronologica degli anelli annuali dei tronchi di alcuni alberi, il cui spessore dipende dalle condizioni ambientali in cui vivono i vegetali; le linee più sottili sembravano coincidere con i periodi in cui le temperature globali erano state al di sotto della media. [102]

Macchie solari

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Macchia solare .
Un gruppo di macchie solari; si noti la granulazione fotosferica.

Osservando il Sole con filtri adatti, è possibile scorgere lungo la sua superficie le caratteristiche macchie fotosferiche , aree ben definite che appaiono più scure rispetto al resto della fotosfera a causa della loro temperatura più "bassa" (dell'ordine dei 4500 K). [32] Si tratta di regioni di intensa attività magnetica, nelle quali la convezione (visibile nel resto della superficie sotto forma di granulazione) risulta inibita dal forte campo magnetico, che riduce il trasporto di energia dalle regioni interne più calde alla superficie. Le macchie solari più grandi possono estendersi anche per migliaia di chilometri. [32] [79]

Il numero di macchie solari visibili sulla superficie del Sole non è costante, varia durante il ciclo solare. Normalmente, durante il minimo solare le macchie sono assenti o molto esigue; quelle che appaiono si trovano di solito alle alte latitudini (lontane dall'equatore). Man mano che il ciclo prosegue, avanzando verso il massimo, le macchie si fanno sempre più frequenti e tendono a spostarsi verso le zone equatoriali della stella, in osservanza della legge di Spörer . Le macchie di solito si trovano in coppie di polarità magnetica opposta; [32] la polarità magnetica delle macchie si inverte durante ogni ciclo solare, cosicché se in un ciclo una assume le caratteristiche di un polo nord magnetico, al ciclo successivo essa diventa un sud magnetico. [79]

La variazione nel numero delle macchie solari dal XVII secolo al 2007 .

Eventualità di fenomeni ciclici a lungo termine

Una recente teoria afferma che possono esistere delle instabilità magnetiche all'interno del Sole che causano delle fluttuazioni con periodi di 41 000 o 100 000 anni; tali fluttuazioni potrebbero fornire una spiegazione sia delle ere glaciali che dei cicli di Milanković . Tuttavia, come molte teorie in astrofisica, anche questa non può essere verificata direttamente. [103] [104]

Composizione chimica

Il Sole, come ogni altro corpo celeste nell'Universo, è costituito da elementi chimici . Molti scienziati hanno analizzato questi elementi per conoscerne l'abbondanza, le loro relazioni con gli elementi costitutivi dei pianeti e la loro distribuzione all'interno della stella.

Grafico che mette in luce la percentuale degli elementi nella fotosfera solare.

La stella ha "ereditato" la sua composizione chimica dal mezzo interstellare da cui ha preso origine: l'idrogeno e l'elio, che ne costituiscono la grande parte, si sono costituiti grazie alla nucleosintesi del Big Bang , gli elementi più pesanti sono stati sintetizzati dalla nucleosintesi delle stelle più evolute, che, al termine della propria evoluzione, li hanno diffusi nello spazio circostante. [78] La composizione del nucleo è fortemente alterata dai processi di fusione nucleare, che hanno aumentato la percentuale in massa dell'elio (34% [105] ) a discapito dell'idrogeno (64% [106] [107] [108] ). La percentuale di elementi pesanti, detti convenzionalmente metalli , è rimasta invece pressoché invariata. Questi, presenti in tracce soprattutto negli strati più superficiali, sono: litio , berillio e boro ; [109] neon , la cui quantità effettiva sarebbe maggiore di quella precedentemente stimata tramite le osservazioni eliosismologiche; [110] gli elementi del gruppo 8 della tavola periodica , cui appartengono ferro , [111] cobalto e manganese . [111] Numerosi astrofisici hanno preso anche in considerazione l'esistenza di relazioni di frazionamento della massa tra le composizioni isotopiche dei gas nobili , quali neon e xeno , presenti nell'atmosfera solare e in quelle planetarie. [10]

Poiché le parti interne della stella sono radiative e non convettive, la fotosfera , costituita essenzialmente da idrogeno (circa il 74% della sua massa, il 92% del suo volume ), elio (circa il 24-25% della massa, il 7% del volume) ed elementi in tracce, ha mantenuto e mantiene una composizione chimica essenzialmente immutata dalla formazione della stella, [78] tanto che molti tendono a considerarla come esempio della composizione chimica primordiale del sistema solare. [112]

Fino al 1983 era diffusa la convinzione che la stella avesse la stessa composizione della sua atmosfera; in quell'anno si scoprì che proprio il frazionamento degli elementi nel Sole era all'origine della distribuzione degli stessi al suo interno. [10] Tale frazionamento è determinato da vari fattori, quali la gravità , che fa sì che gli elementi più pesanti (come l'elio, in assenza di altri elementi più pesanti) si dispongano nel centro di massa dell'astro, mentre gli elementi meno pesanti (quindi l'idrogeno) si diffondano attraverso gli strati esterni del Sole; [106] la diffusione dell'elio all'interno del Sole tende a velocizzarsi nel corso del tempo.[113]

Produzione di energia: le reazioni nucleari

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Catena protone-protone e Nucleosintesi stellare .

Ogni secondo nel nucleo della nostra stella 600 000 000 di tonnellate di idrogeno (equivalenti a 3,4 × 10 38 protoni ) vengono convertite in 595 740 000 tonnellate di elio . Dopo questa trasformazione, 4 260 000 tonnellate di idrogeno (pari allo 0,75%) sembrano esser state perse; in realtà questa massa mancante si è trasformata direttamente in energia , ossia in radiazione elettromagnetica , secondo l'equazione massa-energia di Albert Einstein : E=mc² . [13]

Considerando che il sole ha una massa di 2 × 10 27 tonnellate e supponendo che la perdita di massa rimanga sempre di 4,26 × 10 6 tonnellate al secondo, è facile calcolare che in un miliardo di anni la perdita di massa sarà di 1,34 × 10 23 tonnellate, pari a circa 22 volte la massa della Terra. Sembra una quantità enorme, ma rappresenta molto meno di un millesimo della massa del sole (circa lo 0,06 per mille).

Schema della catena protone-protone , il principale metodo di produzione di energia all'interno del Sole.

L'idrogeno è fuso secondo una serie di reazioni che prende il nome di catena protone-protone : [68]

4 1 H → 2 2 H + 2 e + + 2 ν e (4,0 M eV + 1,0 MeV)
2 1 H + 2 2 H → 2 3 He + 2 γ (5,5 MeV)
2 3 He → 4 He + 2 1 H (12,9 MeV)

Le precedenti reazioni possono essere quindi riassunte nella formula:

4 1 H → 4 He + 2 e + + 2 ν e + 2 γ (26,7 MeV)

dove e + è un positrone , γ è un fotone nella frequenza dei raggi gamma, ν e è un neutrino elettronico , H ed He sono rispettivamente gli isotopi dell'idrogeno e dell'elio. L'energia rilasciata da queste reazioni è espressa in milioni di elettronvolt , ed è solo una minima parte dell'energia complessivamente liberata. La concomitanza di un gran numero di queste reazioni, che avvengono continuamente e senza sosta sino all'esaurimento dell'idrogeno, genera l'energia necessaria per sostenere il collasso gravitazionale cui la stella sarebbe naturalmente sottoposta. [68]

L'energia così generata, in 1 secondo è pari a 3,83 × 10 26 joule (383 YJ ), equivalente a 9,15 × 10 10 megatoni di tritolo : una quantità di energia impensabile da riprodurre sulla Terra. Per capire l'enormità di questa energia, che espressa in wattora (Wh) equivale a 106 400 000 000 TWh [114] , il solo dato che può fungere da termine di paragone è la produzione mondiale di energia elettrica , che nel 2012 è stata di circa 22 500 TWh .
Con tale ritmo produttivo, per eguagliare l'energia prodotta dal Sole in 1 secondo tutti gli impianti di produzione di energia elettrica del nostro pianeta dovrebbero funzionare a pieno regime per più di 4 milioni di anni (ca. 4 525 000 anni).

I fotoni , emessi ad alta energia (dunque nelle frequenze dei raggi γ ed X ), vengono assorbiti in appena alcuni millimetri di plasma solare e quindi riemessi in direzioni casuali, con energia minore; per questo motivo la radiazione necessita di un tempo lunghissimo per raggiungere la superficie della stella, tanto che si calcola che un fotone, per raggiungere la fotosfera, impieghi tra 10 000 e 170 000 anni. [85] I fotoni, una volta raggiunta la fotosfera dopo questo "lungo viaggio", vengono emessi principalmente sotto forma di luce visibile , anche se non mancano emissioni in tutte le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico . [85]

Al contrario dei fotoni, i neutrini liberati dalle reazioni interagiscono molto debolmente con la materia e quindi raggiungono la superficie quasi immediatamente. [85] Per molti anni le misurazioni del numero dei neutrini prodotti nel nucleo solare diedero risultati più bassi, pari a 1/3 di quanto teorizzato. Tale discrepanza, nota come problema dei neutrini solari , è stata recentemente compresa grazie alla scoperta degli effetti di un fenomeno noto come " oscillazione del neutrino ": il Sole, infatti, emette il numero di neutrini ipotizzati, ma i rivelatori non riuscirono ad identificarne i 2/3 poiché le particelle avevano cambiato sapore (il numero quantico delle particelle elementari correlato alle loro interazioni deboli ). [85]

È di fondamentale importanza ricordare come il processo di fusione nucleare all'interno del Sole, come tutti i processi fisici che implicano una trasformazione, avvenga nell'assoluto rispetto della legge di conservazione dell'energia ( primo principio della termodinamica ): nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma . [13] I meccanismi di fusione nucleare che alimentano il Sole non sono totalmente compatibili con le iniziali formulazioni del principio di conservazione di massa ed energia, invece lo divengono grazie all'equazione di Einstein. Egli infatti comprese e dimostrò che il principio di conservazione coinvolge sia la materia che l'energia, considerate non più come due realtà distinte ma unitarie, dato che l'una può trasformarsi nell'altra secondo una precisa relazione matematica ; la somma di massa ed energia espressa in unità di massa resta costante nell'universo. [13]

Energia solare

L'energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra. La quantità di energia luminosa che giunge per ogni unità di tempo su ogni unità di superficie esposta direttamente alla radiazione solare prende il nome di costante solare ed il suo valore è approssimativamente di 1370 W / . [115] [116] Moltiplicando questo valore per la superficie dell'emisfero terrestre esposto al Sole si ottiene una potenza maggiore di 50 milioni di gigawatt (GW). [117] Tuttavia, poiché la luce solare subisce un' attenuazione nell'attraversare l' atmosfera terrestre, alla superficie del nostro pianeta il valore della densità di potenza scende a circa 1000 W/m², raggiunto in condizioni di tempo sereno quando il Sole è allo zenit (ovvero i suoi raggi sono perpendicolari alla superficie). [115] [116] Tenendo poi in conto il fatto che la Terra è uno sferoide in rotazione, l' insolazione media varia a seconda dei punti sulla superficie e, alle latitudini europee , è di circa 200 W/m².

Le reazioni della fase luce dipendente della fotosintesi clorofilliana.

La radiazione solare è alla base della vita sul nostro pianeta: rende possibile la presenza di acqua allo stato liquido , indispensabile alla vita, e permette la fotosintesi da parte dei vegetali , che producono l' ossigeno necessario a gran parte dei viventi . La fotosintesi si serve dell'energia di tale radiazione, che viene immagazzinata in legami chimici , per sintetizzare composti organici (essenzialmente glucidi ) a partire da sostanze inorganiche ( CO 2 e H 2 O ). [14] Anche l'uomo si serve dell'energia del Sole, che viene raccolta da strutture, quali i pannelli solari , adibite a diversi scopi, come il riscaldamento dell'acqua o la produzione di energia elettrica ( pannelli fotovoltaici ). [118] Inoltre, l'energia immagazzinata nel petrolio e in tutti gli altri combustibili fossili deriva da quella della nostra stella, che è stata convertita in energia chimica grazie alla fotosintesi delle piante vissute milioni di anni fa. [14]

La radiazione ultravioletta (UV) solare ha un'importante funzione antisettica e viene impiegata per la disinfezione di alcuni oggetti e delle acque grazie al metodo SODIS . [119] . È responsabile dell' abbronzatura e delle scottature dovute ad un'eccessiva esposizione al Sole, ma ha anche un ruolo fondamentale in medicina : infatti induce la sintesi, da parte della pelle , delle vitamine del gruppo D , indispensabili per il benessere osseo . La quantità di ultravioletti che raggiunge la superficie terrestre è notevolmente inferiore a quella registrata alla sommità dell'atmosfera, poiché le molecole di ozono , che vanno a costituire una fascia (detta ozonosfera ) nella parte inferiore della stratosfera , schermano e riflettono nello spazio buona parte della radiazione. La quantità di UV varia anche a seconda della latitudine ed è massima all'equatore e alle regioni tropicali, dove è maggiore l'insolazione. Tale variazione è responsabile di diversi adattamenti biologici, come ad esempio il colore della pelle delle diverse popolazioni umane diffuse nelle differenti regioni del globo. [120]

Fonte di energia alternativa

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Energia solare .
L'insolazione media annua alla sommità dell' atmosfera (sopra) e alla superficie.

La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è enorme (circa diecimila volte l'energia usata dall'umanità a parità di tempo), [121] ma poco concentrata, pertanto è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per ricavarne quantità significative; inoltre è piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile, come quella elettrica, con efficienze accettabili. Per il suo sfruttamento ai fini della produzione elettrica occorrono prodotti in genere di costo elevato (come pannelli fotovoltaici ), che rendono l'energia solare più costosa di altre fonti energetiche. Lo sviluppo di tecnologie che possano rendere economico l'uso del fotovoltaico è un settore della ricerca molto attivo, per il momento non ha conseguito risultati di grosso rilievo.

Viceversa, l'energia solare può essere convenientemente utilizzata per generare calore ( solare termico ). [122]

Tre sono le tecnologie principali per acquisire l'energia del Sole: [118]

  • Il pannello solare termico utilizza i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo. Le temperature in genere sono inferiori ai 100 °C. [122]
  • Il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore (un fluido in grado di trasportare il calore ricevuto dal Sole ai sistemi di accumulo e scambio) o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperature relativamente elevate (400 °C ~ 600 °C) utili a fini sia puramente termici che termoelettrici. [123]
  • Il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori di produrre energia elettrica quando sollecitati dalla radiazione luminosa ( effetto fotoelettrico ). [124]

Questioni teoriche aperte

Sebbene sia la stella più vicina alla Terra e sia oggetto di innumerevoli studi da parte degli scienziati, molte questioni riguardo al Sole rimangono insolute, come, ad esempio, il perché l'atmosfera solare abbia una temperatura di oltre un milione di kelvin mentre la temperatura alla fotosfera non arrivi ai 6000 K. Attualmente gli astrofisici sono interessati a scoprire i meccanismi che regolano il ciclo delle macchie solari, le cause dei flare e delle protuberanze solari , l'interazione magnetica tra la cromosfera e la corona e le cause del vento solare. [90]

Problema dei neutrini solari

Schema sul numero di neutrini prodotti dal Sole: la colonna sinistra rappresenta i risultati teorici; la destra i risultati sperimentali.
Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Problema dei neutrini solari .

Per molti anni il numero di neutrini solari rilevati sulla Terra è stato inferiore (da un terzo alla metà) al numero predetto dal Modello Solare Standard ; questo risultato anomalo fu chiamato problema dei neutrini solari . Le teorie proposte per risolvere il problema suggerivano una riconsiderazione della temperatura interna del Sole, che sarebbe stata dunque più bassa di quanto precedentemente accettato per spiegare un così basso afflusso di neutrini, oppure affermavano che i neutrini potessero oscillare , vale a dire che potessero mutare negli irrilevabili neutrini tau o nei neutrini muonici mentre coprivano la distanza Sole - Terra. [125] Negli anni ottanta furono costruiti alcuni rivelatori di neutrini, fra i quali il Sudbury Neutrino Observatory e il Super-Kamiokande , allo scopo di misurare il flusso dei neutrini solari con la maggiore accuratezza possibile. I risultati permisero di scoprire che i neutrini hanno una massa a riposo estremamente piccola ed effettivamente possono oscillare. [126] Inoltre, nel 2001 il Sudbury Neutrino Observatory fu in grado di individuare tutti e tre i tipi di neutrino direttamente, trovando che l'emissione totale di neutrini del Sole conferma il Modello Solare Standard. Tale proporzione si accorda con quella teorizzata dall' effetto Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein (conosciuto anche come "effetto materia"), che descrive l'oscillazione dei neutrini nella materia. Il problema, pertanto, risulta ora risolto.

Problema del riscaldamento coronale

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Corona solare § Problema del riscaldamento .
Anelli coronali ripresi dalla sonda TRACE con un filtro a 171 Å .

È noto che la fotosfera solare ha una temperatura di circa 6 000 K. Al di sopra di essa si estende l'atmosfera stellare, la quale raggiunge, in corrispondenza della corona, una temperatura di 1 000 000 K; l'alta temperatura della corona induce a ritenere che la fonte di tale calore sia qualcosa di diverso dalla conduzione termica della fotosfera.

Si pensa che l'energia necessaria per riscaldare la corona sia fornita dal movimento turbolento del plasma della zona convettiva. Sono stati proposti due meccanismi per spiegare il riscaldamento coronale: il primo è quello dell' onda di calore , secondo cui dalla zona convettiva vengono prodotte delle onde sonore , gravitazionali e magnetodinamiche, che si propagano verso l'esterno e si disperdono nella corona, cedendo la propria energia al plasma coronale sotto forma di energia termica . L'altra teoria prende in considerazione il calore magnetico : l'energia magnetica viene continuamente prodotta dai moti della zona convettiva e viene rilasciata attraverso le riconnessioni magnetiche sotto forma di vasti brillamenti o eventi simili di intensità minore. [127]

Al giorno d'oggi non è chiaro se le onde siano un meccanismo di riscaldamento efficiente; si è scoperto che tutte le onde si dissipano o si rifrangono prima di raggiungere la corona, ad eccezione di quelle di Alfvén , [128] le quali, tuttavia, non si disperdono con facilità nella corona.

L'obiettivo delle ricerche attuali verte sulla causa e sul meccanismo di riscaldamento. Una possibile soluzione per spiegare il riscaldamento coronale considera i continui brillamenti che interessano la fotosfera su piccola scala, [129] ma questo resta ancora un campo di ricerca aperto.

Problema del Sole giovane debole

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Paradosso del Sole giovane debole .

I modelli teorici sull'evoluzione del Sole suggeriscono che nel periodo compreso fra 3,8 e 2,5 miliardi di anni fa, ossia durante l' eone Archeano , il Sole avesse soltanto il 75% della luminosità attuale. Una stella così debole non sarebbe stata in grado di mantenere l' acqua allo stato liquido sulla superficie terrestre, rendendo dunque impossibile lo sviluppo della vita . Tuttavia, le prove geologiche dimostrano che la Terra ha mantenuto una temperatura media relativamente costante lungo tutta la sua esistenza, anzi che la giovane Terra fosse persino più calda di quella attuale. Fra gli scienziati c'è consenso sul fatto che l'atmosfera della Terra nel suo lontano passato fosse più ricca di gas serra , come il diossido di carbonio , il metano e/o l' ammoniaca rispetto ad oggi; questi gas trattenevano più calore tanto da compensare la minor quantità di energia solare arrivata sulla Terra. [130]

Sistema planetario

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Sistema solare .
Raffigurazione schematica del sistema solare. Le dimensioni dei pianeti e le distanze non sono in scala.

Il Sole è una tra le numerose stelle a possedere un proprio sistema planetario , [131] il sistema solare , costituito da tutti i corpi che sono mantenuti in orbita attorno alla stella dalla sua attrazione gravitazionale. Questi si suddividono in: pianeti , pianeti nani e corpi minori . [6]

I pianeti del sistema solare sono otto; in ordine di distanza crescente dalla stella: Mercurio , Venere , Terra , Marte , Giove , Saturno (conosciuti fin dall'antichità), Urano (scoperto nel 1781 ) e Nettuno (scoperto nel 1846 ). [6] I pianeti si distinguono in terrestri o rocciosi e gassosi o gioviani , a seconda delle loro caratteristiche chimico-fisiche; i primi, solidi, densi e poco massicci, si trovano nella parte più interna e calda del sistema solare; i secondi, gassosi, poco densi ed estremamente massicci, sono propri delle zone più esterne e fredde del sistema. [6]

Dal 1930 al 2006 si contavano nove pianeti: il nono era Plutone , scoperto appunto nel 1930 . Nel 2006 l' Unione Astronomica Internazionale ha deciso di declassare Plutone al rango di pianeta nano , [132] promuovendo in questa categoria anche l' asteroide Cerere e l' oggetto transnettuniano Eris . Recentemente è stata introdotta una nuova categoria di oggetti, i plutoidi , della quale fanno parte i pianeti nani transnettuniani; al settembre 2008 [132] [133] [134] fanno parte di questa categoria quattro oggetti: oltre ai già citati Plutone ed Eris, Haumea e Makemake ; [132] [133] [134] si ritiene però che il numero di pianeti nani sia destinato a crescere nei prossimi anni. [132] [134] Tutti i pianeti nani sinora scoperti si trovano, per definizione , all'interno di cinture asteroidali . [134]

Il moto del baricentro del sistema solare in relazione al Sole.

Al novero dei corpi minori appartiene un vastissimo numero di oggetti; tra essi si ricordano gli asteroidi , disposti in cinture asteroidali: tra Marte e Giove si estende la fascia principale , composta da milioni di oggetti rocciosi caratterizzati da orbite più o meno variabili; oltre Nettuno si stende una seconda cintura asteroidale, la fascia di Kuiper , la cui densità effettiva è sconosciuta. Ancora più esternamente, tra 20 000 e 100 000 UA di distanza dalla stella, si trova la nube di Oort , ritenuta il luogo d'origine delle comete .

Tutti questi oggetti costituiscono una minima parte del sistema: infatti il 99,86% della massa del sistema solare è costituito dal Sole. [7] All'interno del sistema solare lo spazio tra un corpo celeste e un altro non è vuoto: pulviscolo, gas e particelle elementari costituiscono il mezzo interplanetario . [6]

I pianeti, e in particolare il più massiccio di tutti, Giove , [135] esercitano delle influenze gravitazionali sul centro di massa del sistema solare tali da far sì che esso non coincida con il centro del Sole, ma piuttosto, a seconda dell'entità delle interazioni (che variano nel tempo), che più spesso ricada all'esterno della stella. Il fatto che il baricentro del sistema e il centro della stella non coincidano è responsabile del moto di rivoluzione che il centro di massa della stella, ovvero il suo nucleo, compie attorno al baricentro, moto che a distanza di poche centinaia di anni varia assumendo una direzione ora prograda ora retrograda . [136]

Il Sole nella cultura

Etimologia e altri nomi

Il termine "Sole" deriva dal latino sol, solis , che deriverebbe, insieme con il termine sanscrito सऊरयअस ( sûryas , in origine *svaryas , la cui radice svar- significa risplendere ), dalla radice indoeuropea : sóh₂wl̥ . Dalla medesima radice deriva l'aggettivo greco σείριος ( séirios ; originariamente σϝείριος , swéirios ), splendente ; tale aggettivo, soprattutto nella sua forma personificata ὁ Σείριος ( ho Séirios , che significa Colui che risplende ), era uno degli epiteti del Sole, soprattutto in ambito poetico-letterario . È da notare anche come dal medesimo aggettivo derivi il nome della stella più luminosa del cielo notturno , SirioCanis Majoris ). [137] [138]

Il prefisso elio- , che indica diversi aspetti riguardanti il Sole (come elio-grafia , elio-sismologia e via dicendo), deriva dal greco Ἥλιος ( Helios ), che era il nome con cui gli Antichi Greci designavano correntemente l'astro e la divinità preposta . Il termine ἥλιος , principalmente nella variante dorica αἔλιος ( āèlios , che sta per un antico *ayelios ), deriverebbe da una radice indoeuropea *us- allungata in *aus- , che significa ardere , rilucere . [139]

In estremo Oriente il significato "Sole" è dato dal simbolo 日 ( cinese pinyin rì), nonostante sia anche chiamato 太阳 (tài yáng). In vietnamita queste parole Han sono note come nhật e thái dương rispettivamente, mentre la parola vietnamita originale mặt trời significa letteralmente "volto dei cieli". La Luna e il Sole sono associati ad Yin e Yang , rispettivamente Yang il Sole e Yin la Luna, come opposti dinamici. [140]

Nella mitologia e nella religione

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Sole (divinità) .
Il Sole alato, un antico simbolo (risalente al III millennio aC ) di Horus , identificato in seguito con Ra .

In molte culture antiche, a partire dalla preistoria , il Sole era concepito come una divinità o un fenomeno soprannaturale; il culto ad esso tributato era centrale in molte civiltà, come quella inca , in Sud America , e azteca , nel Messico . [141]

Nella religione egizia il Sole era la divinità più importante; il faraone stesso, considerato una divinità in terra, era ritenuto il figlio del Sole. Le più antiche divinità solari erano Wadjet , Sekhmet , Hathor , Nut , Bastet , Bat e Menhit . Hathor (identificata poi con Iside ) generò e si prese cura di Horus (identificato in seguito con Ra ). [142] I moti del Sole nel cielo rappresentavano, secondo la concezione del tempo, una lotta ingaggiata dall'anima del faraone ed Osiride . [142] L'assimilazione al culto solare di alcune divinità locali (Hnum-Ra, Min-Ra, Amon-Ra) raggiunse il culmine al tempo della quinta dinastia .

Durante la diciottesima dinastia , il faraone Akhenaton tentò di trasformare la tradizionale religione politeista egizia in una pseudo- monoteista , nota come Atonismo . Tutte le divinità, compreso Amon , furono sostituite da Aton , la divinità solare che regnava sulla regione di Akhenaton. Diversamente dalle altre divinità, Aton non possedeva forme multiple: la sua unica effigie era il disco solare. Tale culto non sopravvisse a lungo dopo la morte del faraone che lo introdusse e ben presto il tradizionale politeismo fu riaffermato dalla stessa casta sacerdotale, che tempo prima aveva abbracciato il culto atonistico. [143]

Nella mitologia greca la divinità solare principale fu Elio , figlio dei Titani Iperione e Teia . Il dio viene normalmente rappresentato alla guida del carro del sole, una quadriga tirata da cavalli che emettono fuoco dalle narici . Il carro sorgeva ogni mattina dall' Oceano e trainava il Sole nel cielo, da est a ovest , dove si trovavano i due palazzi del dio. In epoca più recente, Elio fu assimilato ad Apollo . [144] [145]

Eliogabalo gran sacerdote del Sole , Simeon Solomon , 1866. Eliogabalo era, per diritto ereditario, gran sacerdote del dio solare di Emesa , El-Gabal ; già all'età di quattordici anni esercitava il proprio sacerdozio.

Il culto del Sole in quanto tale trovò terreno fertile anche a Roma ; il primo tentativo di introdurre il culto solare fu ad opera dell' imperatore Eliogabalo , sacerdote del dio solare siriano El-Gabal . [146] El è il nome della principale divinità semitica , mentre Gabal , che è legato al concetto di "montagna" (si confronti con l' ebraico gevul e l' arabo jebel ), è la sua manifestazione ad Emesa , suo principale luogo di culto. [147] La divinità fu in seguito importata nel pantheon romano e assimilato al dio solare romano noto come Sol Indiges in età repubblicana e poi Sol Invictus nel II e III secolo . [148] Un altro importante culto solare, a carattere misterico , fu il mitraismo , da Mitra , sua divinità principale, che fu importato nell'Urbe dalle legioni stanziate in Medio Oriente , principalmente in Siria . Tuttavia l'affermazione del culto solare, il Sol Invictus , si ebbe con Aureliano , il quale si proclamò suo supremo sacerdote. Le celebrazioni del rito della nascita del Sole (il Natale del Sole infante , più tardi Dies Natalis Solis Invicti , Natale del Sole invitto), avvenivano il 25 dicembre, con particolare solennità in Siria ed Egitto , province in cui tale culto era radicato da secoli. Il rito prevedeva che celebranti, ritiratisi in appositi santuari, ne uscissero a mezzanotte, annunciando che la Vergine aveva partorito il Sole, raffigurato nelle sembianze di un infante. [143] Il culto del Sol Invictus perdurò sino all'avvento del Cristianesimo e alla sua ufficializzazione come religione di Stato con l' editto di Tessalonica di Teodosio I , il 27 febbraio 380 .

Il 7 marzo 321 , l'imperatore Costantino I decretò che il settimo giorno della settimana, il Dies Solis , diventasse il giorno del riposo; il decreto non era stato emanato a favore di alcuna religione, ma era un atto di regolamentazione delle attività settimanali che entrò a far parte del corpo legislativo romano . [149]

( LA )

«Imperator Constantinus. Omnes iudices urbanaeque plebes et artium officia cunctarum venerabili Die Solis quiescant. Ruri tamen positi agrorum culturae libere licenterque inserviant, quoniam frequenter evenit, ut non alio aptius die frumenta sulcis aut vineae scrobibus commendentur, ne occasione momenti pereat commoditas caelesti provisione concessa.

  • Const. A. Helpidio. * <A. CCCXXI PP. V. Non. Mart. Crispo II et Constantino II Conss.>»
( IT )

«L'imperatore Costantino. Nel venerabile giorno del Sole, si riposino i magistrati e gli abitanti delle città, e si lascino chiusi tutti i negozi. Nelle campagne, però, la gente sia libera legalmente di continuare il proprio lavoro, perché spesso capita che non si possa rimandare la mietitura del grano o la semina delle vigne; sia così, per timore che negando il momento giusto per tali lavori, vada perduto il momento opportuno, stabilito dal cielo.
<Emanato il VII giorno di Marzo, Crispo e Costantino, consoli per la seconda volta>»

( Codice Giustiniano 3.12.2 )
Mosaico di Gesù come il Christo Sole ; Mausoleo M nella necropoli del III secolo sotto la Basilica di San Pietro in Vaticano .

Alcuni cristiani approfittarono del decreto imperiale per trasferire il significato dello Shabbat ebraico al Dies Solis , che, sin dall'epoca di Giustino (II secolo), iniziò ad assumere tra le comunità cristiane il nome di Dies Dominica (Giorno del Signore), memoriale settimanale della Risurrezione di Gesù avvenuta, secondo il racconto evangelico , il primo giorno dopo il sabato ( Mt 28,1; Mc 16,1; Lc 24,1; Gv 20,1); [150] il 3 novembre 383 , per volere di Teodosio, il Dies Solis viene infine ufficialmente rinominato Dies Dominica . [151]

Dopo aver abbracciato la fede cristiana, nel 330 l'imperatore fece coincidere con un decreto il Dies Natalis Solis Invicti con la data di nascita di Gesù , considerato dai cristiani il "Sole di giustizia" profetizzato da Malachia ( Mal , 4:2), [141] [152] [153] ufficializzando per la prima volta il festeggiamento cristiano. Così scriveva un secolo prima Cipriano , vescovo di Cartagine : «Come ha magnificamente agito la Provvidenza nel far sì che, nel giorno in cui è nato il Sole, sia nato il Cristo!». [152] Nel 337 papa Giulio I ufficializzò la data liturgica del Natale da parte della Chiesa cristiana (oggi divisa in cattolica , ortodossa e copta ), come riferito da Giovanni Crisostomo nel 390 : «In questo giorno, 25 dicembre, anche la natività di Cristo fu definitivamente fissata in Roma.» [152]

Nella letteratura e nella musica

Nella cultura, il Sole è usato principalmente come un riferimento mitologico e mistico- religioso , più che in ambito letterario: a differenza delle stelle infatti, che sono citate come meraviglie notturne dai poeti e dai letterati, il Sole in letteratura è utilizzato soprattutto come riferimento per l'alternarsi del dì e della notte. Non mancano tuttavia dei forti riferimenti specificatamente dedicati a questa stella in letteratura , in pittura e persino nella musica .

Uno dei testi più celebri ed anche più antichi della letteratura italiana che fa riferimento al Sole è in Cantico di Frate Sole , noto anche come Cantico delle creature scritto da San Francesco d'Assisi , completato, secondo la leggenda, due anni prima della sua morte, avvenuta nel 1226 . Il Cantico è una lode a Dio , una preghiera permeata da una visione positiva della natura , poiché nel creato è riflessa l'immagine del Creatore. Con la nascita della scienza storiografica , fra Settecento e Ottocento e con gli ideali romantici delle "radici popolari della poesia", l'opera venne presa in considerazione dalla tradizione critica e filologica. [154] [155]

Dante e Beatrice nel Cielo del Sole , sede degli spiriti sapienti : miniatura di Giovanni di Paolo (1440)

Anche Dante Alighieri , da buon conoscitore dell' astronomia , non manca di citare il Sole nelle sue opere, utilizzandolo come riferimento astronomico: nel Primo Canto del Paradiso , ad esempio, descrive la luce del Sole, spiegando che dal momento che illumina l'emisfero in cui si trova il Purgatorio , la città di Gerusalemme , che si trova dalla parte opposta della Terra, è in quel momento immersa nell'oscurità della notte. Dante si sofferma così ad osservare lo splendore del nostro astro, imitando la sua guida, Beatrice . [156] [157]

Anche nelle favole si fa saltuariamente ricorso alla figura del Sole, ove però appare come un personaggio a tutti gli effetti; fra gli esempi più noti vi sono, oltre a quelle di Fedro , [158] le favole scritte da Jean de La Fontaine , uno scrittore francese vissuto nel Seicento , come Il Sole e le Rane o Il Sole e il Vento . [159]

Il Sole ha influenzato in modo diretto persino alcuni brani di musica sinfonica : durante il Romanticismo e le fasi successive infatti, i compositori riprendono frequentemente dei temi "naturali" con l'intento di tradurli in partiture per vari strumenti musicali . Uno degli esempi meglio noti è il tramonto orchestrato da Ludwig Van Beethoven nelle battute finali della sua Sesta Sinfonia , un brano ricco di innumerevoli riferimenti naturalistici. [160] Altro esempio molto noto è dato dalla Sinfonia delle Alpi di Richard Strauss , in cui sono presenti esplicitamente (sia nell'orchestrazione che proprio come titolo delle varie sezioni del poema sinfonico ) dei richiami al sorgere e al tramontare del Sole. [161] Altri autori hanno descritto in musica le varie fasi della giornata, con un richiamo alla levata del Sole, fra i quali Anton Bruckner (nella quarta sinfonia) [162] e Modest Petrovič Musorgskij (nel brano intitolato Una notte sul Monte Calvo , ripreso anche da Walt Disney per il finale del suo celebre Fantasia ). [163]

Fra i vari riferimenti presenti nella musica del Novecento , un importante riferimento italiano è dato dal titolo della celebre Canzone del sole , firmata da Lucio Battisti e Mogol e registrata per la prima volta nel 1971 su un 45 giri ; questo brano è spesso eseguito anche da coloro che imparano a suonare la chitarra , come esercitazione. [164] [165]

Il tramonto del Sole al termine di un Sol marziano visto dal rover Spirit della NASA sul bordo del cratere Gusev .

Uso del termine Sol

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Sol (astronomia) .

Il termine Sol è la forma latina di Sole, da cui deriva la parola italiana; il nome Sol viene comunque compreso anche dai cittadini dei paesi anglosassoni, dove però predomina la forma Sun . Il termine Sol è usato di frequente in inglese nella fantascienza (come Star Trek ), come nome comune per designare la stella presso la quale si svolgono gli avvenimenti narrati. Per estensione, la locuzione Sistema Solare è spesso usata per definire il sistema planetario della narrazione. [166]

Il termine Sol è anche usato dagli astronomi anglofoni per indicare la durata di un giorno solare su Marte . [167] Un giorno solare terrestre è di circa 24 ore, mentre un giorno marziano, o sol , è di 24 ore, 39 minuti e 35,244 secondi. [168]

Sol è inoltre la parola usata per "Sole" in portoghese , in spagnolo , islandese , danese , norvegese , svedese , catalano e galiziano . La valuta peruviana è chiamata nuevo sol (Nuovo Sole); in persiano il termine Sol è usato per indicare l' anno solare . [169]

Note

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  2. ^ a b c d e f g h Sun Fact Sheet , su solarsystem.nasa.gov , NASA. URL consultato il 29 giugno 2011 (archiviato dall' url originale il 3 luglio 2011) .
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  6. ^ a b c d e An Overview of the Solar System , su nineplanets.org . URL consultato il 15 febbraio 2007 .
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  12. ^ ( EN ) What is the radiant power of the sun? ( PDF ), su www4.ncsu.edu , 1º giugno 2018. URL consultato il 1º giugno 2018 (archiviato dall' url originale il 19 giugno 2018) .
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Voci correlate

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Collegamenti esterni

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