EQUILIBRIO BARICO

 

I FENOMENI SOLARI

Adesso vediamo qualche fenomeno celeste . Ci spostiamo sul Sole! La nostra stella non è soltanto una gigantesca palla di gas immobile ed incandescente: al contrario, è un corpo celeste molto attivo che presenta tutta una serie di fenomeni interessanti che possono essere compresi, almeno nelle linee essenziali, applicando le leggi del gas perfetto e dell'equilibrio barico. Eccone alcuni.

 

Le macchie solari

Il telescopio di Galileo

Scrive Galileo Galilei in una sua epistola a Marco Velseri, mecenate e studioso di fisica della bassa Germania, il 14 Agosto 1612:

« Replico dunque a Vostra Signoria Illustrissima e più resolutamente confermo, che le macchie oscure, le quali col mezo del telescopio si scorgono nel disco solare, non sono altramente lontane dalla superficie di esso, ma gli sono contigue, o separate di così poco intervallo, che resta del tutto impercettibile (cioè tali macchie sono sulla superfice del Sole) [...] continuamente altre se ne producono ed altre se ne dissolvono, sendovene di quelle di breve durazione, come di uno, due o tre giorni, ed altre di più lunga, come di 10, 15 e, per mio credere, anco di 30 e 40 e più, come appresso dirò: sono per lo più di figure irregolarissime, le quali figure si vanno mutando continuamente, alcune con preste e differentissime mutazioni, ed altre con più tardezza e minor variazione [...]»

Fotografia di un disegno originale di Galileo delle macchie del Sole

 

Ma di cosa sta parlando Galilei in questa epistola? Egli aveva osservato che il Sole presenta sulla sua superfice delle macchie scure che continuamente cambiano forma e dimensione, si aggregano e si smembrano mentre ruotano intorno al Sole. Il telescopio era stato appena inventato ed ecco una eccezionale scoperta: il sole non è immacolato ma presenta delle chiazze nere sulla sua superficie!

Le osservazioni astronomiche hanno permesso di capire molte cose sulle macchie solari. Esse hanno dimensioni che spesso sono maggiori di quelle del'intera Terra. Il loro aspetto oscuro e' dovuto al fatto che sono piu' fredde della superficie solare (hanno temperatura di circa 4.500 °K mentre la superficie solare possiede circa 5700 °K) e

Dettaglio della superficie solare con macchie (scala: diametro terrestre = lunghezza verticale della foto)

quindi meno luminose. Spesso si riuniscono a gruppi di decine, grandi e piccole. Esse possiedono un intenso campo magnetico, più di 10.000 volte quello terrestre. Ma come si può spiegare la loro origine?

Per prima cosa, bisogna sapere che i campi magnetici generano una pressione detta "pressione magnetica". A questo punto, è facile delineare a grandi linee cosa accade. Un forte campo magnetico si forma all'interno di una bolla di gas solare: la pressione magnetica si aggiunge a quella delle molecole e la bolla inzia ad espandersi per raggiungere di nuovo l'equilibrio barico con il gas circostante. A causa dell'espansione la bolla diventa meno densa e si raffredda: inizia perciò a salire in superficie per la spinta di Archimede e diventa meno luminosa perché si è raffreddata (vedi schema sottostante).

Genesi di una macchia solare. A: il campo magnetico (linee scure) penetra dentro una bolla di gas. B: la pressione magnetica fa espandere il gas, raffreddandolo: il gas inizia a salire. C: il gas freddo ed espanso emerge come macchia solare

Alla fine emerge in superficie come una chiazza scura che si modifica seguendo l'evoluzione del campo magnetico che l'ha generata.

Questo fenomeno non è proprio del Sole ma avviene su tutte le stelle.

 

Il vento solare

Tutti voi conoscete le comete e sapete che posseggono una coda. Adesso si sa che esse sono dei nuclei di ghiaccio e di polvere di circa 10 km di diametro i quali perdono continuamente materia sotto forma di gas e pulviscolo quando si avvicinano al Sole. E' questa sostanza che forma la coda di una cometa. Ma cos'è che la spinge via dal nucleo? E' da notare che la coda è sempre opposta al Sole, cosicché quando la cometa si avvicina alla stella essa avanza con la testa ma quando se ne allontana... si muove con la coda in avanti!

Ci dev'essere qualcosa che esce dal Sole e che soffia via la coda. L'astrofisico Ludwig Biermann negli anni '50 suppose che il Sole emettesse un vento di particelle che attraversasse tutto il Sistema Solare. L'esistenza di questo vento fu molto dibattutta ma adesso esso è stato direttamente osservato dalle sonde interplanetarie. Dunque, il Sole espelle continuamente materia dalla sua superficie! Ma da dove proviene il vento? E cosa lo genera?

Per rispondere a questa domanda bisogna osservare la nostra stella durante un'eclissi: ecco che intorno al Sole appare un alone luminoso! Esso è formato da gas (soprattutto idrogeno) proveniente dagli strati sottostanti dell'atmosfera solare. Tale alone ha il nome di corona solare ed avvolge il Sole come un'atmosfera. Essa è estremamente calda (fino a tre milioni di gradi) e di conseguenza è estremamente tenue (circa 1 miliardo di volte meno densa dell'atmosfera terrestre! 1 mm³ d'aria ha tante particelle quante ci sono in un m³ della corona) perché a causa dell'altissima temperatura la sua pressione spinge via continuamente le particelle dal Sole. E' così rarefatta che la luce che emette è surclassata da quella solare: soltanto durante le eclissi, quando il Sole è coperto dalla Luna, è possibile vederla. Il meccanismo che la riscalda non è perfettamente compreso, ma una parte rilevante è sicuramente giocata dal campo magnetico.

Le particelle spinte via dalla corona formano il vento solare. Esso può raggiungere una velocità di 800 km/s. Questo vento fu predetto per la prima volta dall'Astrofisico Eugene Parker nel 1958 ed è stato confermato dalle sonde interplanetarie.

Immagine della corona e del vento solare ripresa dallo spazio (Satellite solare SOHO, 24 Dic 1997)

Ma perché la corona non raggiunge l'equilibrio barico? Perché essa è continuamente rifornita di energia e di materia dalla superficie solare che rimpiazza ciò che il vento solare disperde. Dunque, il Sole perde continuamente una frazione (per nostra fortuna, piccolissima) di massa che espelle come vento interplanetario.

Questo vento di particelle è stato osservato anche in altre stelle. Alcune di esse hanno un vento anche milioni di volte più intenso di quello del Sole, che forma anelli di gas ben visibili al telescopio.

 

 

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