Struttura del sole

L'energia emessa dal Sole viene irradiata in modo approssimativamente costante in ogni direzione dello spazio; la fonte di questa energia si trova nell'interno del Sole, che, come la maggior parte delle stelle, è composto soprattutto da idrogeno (il 71%) ed elio (27%) allo stato di plasma, con tracce di elementi più pesanti. All'interno del Sole si è individuata la presenza di un nucleo centrale, con un raggio di circa 150.000 km, in cui la temperatura raggiunge i 16.000.000 K e la densitàè 150 volte quella dell'acqua. In queste condizioni, le collisioni tra i nuclei degli atomi di idrogeno innescano violente reazioni di fusione nucleare. Il risultato di questo processo è che quattro nuclei di idrogeno si combinano per formare un nucleo di elio (catena protone-protone), mentre viene liberata energia sotto forma di raggi gamma. Ogni secondo avvengono moltissime reazioni, che generano un'energia equivalente a quella rilasciata nell'esplosione di una bomba atomica di 100 miliardi di megaton. Entro una zona che ha spessore di circa 500.000 km, l'energia prodotta all'interno del Sole si trasmette verso l'esterno per irraggiamento. Nei pressi della fotosfera, tuttavia, si trova una zona convettiva che occupa circa l'ultimo terzo del raggio solare, dove l'energia si trasmette per mezzo di moti turbolenti del gas. La fotosfera è la superficie superiore della zona convettiva.
Le celle convettive danno alla fotosfera un aspetto irregolare a macchie, noto come granulazione solare. Ciascun granulo ha un diametro di circa 2000 km e una vita media di soli 10 minuti circa. Vi è anche una granulazione provocata dalla turbolenza che si estende in profondità nella zona convettiva. Questa supergranulazione ha celle che sopravvivono per circa un giorno e hanno dimensioni di circa 30.000 km.

530 giorni senza macchie solari

L’attuale minimo solare continua a creare non poche difficoltà alla comunità scientifica, tanto da costringere uno dei più importanti centri di ricerca mondiali (l’IPS australiano) a posticipare di ben sei mesi l’inizio del 24° ciclo. Una scelta che arriva in concomitanza con l’ultimo dato relativo ai cosiddetti “spotless days”, che ad oggi (Dicembre 2008) hanno raggiunto il numero di 410. Nell’ultimo secolo solo i cicli 19, 17, 16, 15 e 14 hanno fatto peggio, con, rispettivamente, 446, 568, 534, ~1019 e ~931 giorni senza macchie solari. A detta di molti esperti se le previsioni verranno rispettate i picchi del 19°, 17° e 16° ciclo potrebbero essere agevolmente battuti, facendo dell’attuale minimo uno dei più critici degli ultimi tre secoli. A sostegno delle pessime previsioni arriva un altro piccolo record: 32 spotless days consecutivi, rilevati tra il 22 Luglio e il 22 Agosto. Si tratta di una delle serie più lunghe dal 1849.

 

Macchie solari e la possibilità di una nuova glaciazione

Il ciclo delle macchie solari (ciclo di Wolf)

L'esistenza di un ciclo periodico nella comparsa delle macchie solari fu scoperta nel 1844 da H. Schwabe, un farmacista appassionato di osservazioni solari. Per mettere in evidenza tale periodicità occorre costruire un indice di attività che descriva in ogni momento lo stato della fotosfera solare sotto il profilo della presenza di macchie. Solitamente si fa riferimento al cosiddetto numero di Wolf, legato al numero delle macchie e dei gruppi di macchie presenti in un dato momento sul Sole. Facendo una media annuale dei numeri di Wolf determinati giornalmente e riportando questi dati in un grafico in funzione del tempo, si visualizza il ciclo delle macchie solari. La periodicità è evidentissima. Il ciclo passa da minimi (quasi totale assenza di macchie) a massimi con periodicità di circa 11,2 anni in media. In astronomia, la fotosfera di un oggetto è la regione in corrispondenza della quale esso diventa opaco. In altre parole, non è possibile osservare la regione al di sotto della fotosfera. È un termine normalmente usato per descrivere l'aspetto del Sole o di un'altra stella: poiché le stelle sono delle sfere di gas, non hanno una superficie solida; ma esiste comunque una profondità sotto alla quale il gas non è più trasparente ai fotoni, e questa profondità fornisce una superficie visibile alla stella. In particolare, nel caso del nostro Sole lo strato fotosferico non presenta alcuna discontinuità tangibile con la regione convettiva sottostante come con la corona solare più esterna; anzi esso si distingue unicamente per l'assenza quasi totale di altri raggi provenienti da strati più interni del globo, che unita alla quantità minimamente rilevante di emissioni radio dalle sfere sovrastanti nonché alla sostanziale trasparenza delle stesse, fa sì che la radiazione percepibile da un osservatore esterno sia sostanzialmente quella prodotta dalla fotosfera medesima.

 

Il minimo di Maunder è il nome dato al periodo che va circa dal 1645 al 1715 dopo Cristo, quando le macchie solari divennero estremamente rare, come notato dagli astronomi del tempo. Il minimo di Maunder coincise con la parte centrale e più fredda della cosiddetta piccola era glaciale, durante la quale l'Europa e il Nord America, e forse anche il resto del mondo (per il quale non ci sono dati certi) subirono inverni estremamente freddi. Dati recentemente pubblicati suggeriscono che durante il minimo di Maunder il Sole si espanse e la sua rotazione rallentò. Si suppone che un Sole più grande e in lenta rotazione sia anche un Sole più freddo, che fornisce meno calore alla Terra (il motivo dell'espansione e contrazione del Sole non è ancora conosciuto, ma potrebbe essere un normale ciclo di attività simile al ciclo undecennale solare, solo molto più lungo).

L'andamento temporale delle macchie solari

L’andamento temporale del numero di macchie solari, e la periodicità undecennale dei suoi massimi sembrano essere solamente l’effetto secondario del ciclo del campo magnetico solare, il ciclo di Hale. In particolare, osservando il grafico, si nota che la direzione del campo magnetico, misurato sulla superficie del sole in prossimità dei poli, si inverte con la stessa periodicità dei cicli undecennali, e che minimi dei cicli coincidono col momento della inversione della polarità. la durata di un ciclo di Hale completo, il tempo che impiega il campo poloidale a fare un giro completo del meridiano solare, é di circa 22 anni, corrispondenti a due cicli di macchie. Consideriamo l’inizio del ciclo delle macchie solari coincidente con quello di Hale nel momento in cui il campo poloidale è orientato esattamente verso Nord, questo istante corrisponde sempre al minimo di attività solare. Il minimo successivo del ciclo coincide con il campo poloidale orientato verso Sud. Il ciclo successivo, che ha un andamento simile al precedente, con la differenza che polarità delle linee di campo magnetico delle macchie solari si è invertita rispetto al ciclo precedente, termina quando il campo poloidale è nuovamente orientato con il Nord. I masssimi delle attività solari coincidono sempre con il momento dell’inversione della polarità delle macchie solari, e cioe quando l’asse del campo magnetico, nel corso della sua “virtuale” rotazione sul meridiano solare, si trova esattamente a 90 gradi rispetto all’asse di rotazione del Sole. In base a queste considerazioni possiamo dire che quando parliamo di ciclo solare intendiamo il ciclo di Hale la cui durata media è di circa 22 anni. Sommando a due a due i cicli di attività solare otteniamo, per esattezza, un periodo del ciclo di Hale pari a 264.27 mesi con una deviazione standard pari a+-22.77 mesi, una irregolarità pari all’8.62 % del periodo, irregolarità che, fra parentesi, risulta minore di quella calcolata sulla base periodica di 11 anni dei cicli di attività solare (132.14 mesi +- 14.51 pari al 11.98% [17] ). La teoria più accreditata [17] riguardo al modo in cui il campo magnetico interagisce con la zona convettiva chiama in causa la formazione di un campo magnetico toroidale generato dalla rotazione differenziale del sole, ma sulla base del nostro modello solare potrei azzardare una ipotesi diversa: Immaginiamo che l’asse del campo magnetico prodotto dal nucleo non coincida con l’asse di rotazione del nucleo solare, cosa che si verifica in numerosi corpi celesti, ad esempio le Pulsar o la terra stessa, e essere dotato inoltre di un moto proprio che lo porta ad essere temporaneamente allineato con dell’asse di rotazione del nucleo, (fase coincidente col minimo di attività delle macchie), fino a diventare perpendicolare all’asse di rotazione, per poi allinearsi di nuovo ma con polarità opposta alla fine del ciclo undecennale delle macchie solari. (fase che coincide con il minimo successivo di attività. Continuando nel suo moto di rotazione, l’asse del campo magnetico solare torna in fine dopo altri 11 anni nella posizione iniziale terminando il ciclo ventiduennale di Hale. La traccia generata dall’intersezione dell’asse magnetico con la superficie rotante del Sole, durante il suo moto lungo il meridiano nel corso di un ciclo di Hale, avrà l’aspetto di una coppia di spirali che si dipartono dai poli e attraversando l’equatore arrivano ai poli opposti. Se l’asse magnetico del nucleo solare possedesse un moto di precessione intorno all’asse di rotazione, la traccia sulla superficie solare sarebbe comunque una spirale generata dalla combinazione dei due moti. Le macchie quindi potrebbero essere “l’impronta magnetica” lasciata dall’asse magnetico del campo sulla zona convettiva. Questa spiegazione potrebbe rendere conto dell’inversione di polarità del campo magnetico residuo misurato all’esterno del Sole in prossimità dei poli nel corso di un ciclo di attività. Ma come potrebbe essere fatta l’impronta lasciata dal campo magnetico nella zona in cui taglia la superficie della zona convettiva? Nel tentativo di spiegare l’interazione delle linee di campo magnetico con la superficie solare potrebbe essere utile considerare il fenomeno delle Correnti paassite, o di Foucault (eddy current). In un conduttore che taglia le linee di un campo magnetico, vengono indotte delle correnti elettriche, la cui intensità e proporzionale alla velocità con cui si muove il il conduttore, per esempio un foglio metallico, nel campo, le quali a sua volta generano un campo magnetico di direzione opposta a quello che lo ha generato. il risultato di questo processo è che il moto del foglio di metallo viene frenato dallo stesso campo magnetico che si autoinduce. Questo effetto, come è noto, viene ampiamente sfruttato industrialmente, per esempio, nella costruzione dei Freni elettromagnetici e dei Motori Asincroni. Se provassimo a fare un esperimento, sostituendo il foglio di metallo con un fluido conduttivo, come per esempio del mercurio o dell’acqua salata, fatto scorrere fra le espansioni polari di un magnete, l’azione frenante delle correnti parassite, rallentando il moto del liquido intorno alla zona conduttiva interessata dall’azione del campo magnetico rispetto al fluido circostante, si manifesterebbe probabilmente con l’instaurazione di moti vorticosi e turbolenti in una parte del fluido stesso. Se il fluido che noi consideriamo è la sottile zona del sole dove hanno luogo i moti convettivi di plasma fortemente ionizzato e quindi buon conduttore di corrente, e il campo magnetico è quello prodotto dal nucleo all’interno del sole, le correnti indotte nella zona convettiva, operando sul moto del plasma nella zona interessata del campo magnetico, potrebbero essere la causa della formazione di quelle immense voragini che conosciamo come macchie solari.

Macchie solari e temperatura terrestre

Ma che cosa c’entrano le macchie solari con le temperature terrestri? Il Sole, per nostra fortuna, è una stella stabile e fornisce alla Terra un flusso di energia abbastanza costante. Tuttavia, anch’esso ha dei piccoli alti e bassi che rispondono, sul breve periodo, a un ciclo di 11 anni. In questo arco di tempo, sulla fotosfera, la superficie visibile della nostra stella, si alternano delle fasi di intensa attività elettromagnetica che generano perturbazioni chiamate macchie, e periodi di quiete in cui la fotosfera è completamente o quasi libera da macchie. Tali massimi e minimi, secondo ipotesi ben fondate, avrebbero avere un’influenza diretta sul clima della Terra. Attualmente il Sole sta emergendo da un minimo di attività e molti astronomi si sarebbero aspettati un repentino ritorno delle macchie, come di solito si verifica. «Io ero fra questi –confessa, ammettendo l’errore, il professor David Hathaway, fisico solare del Nasa Marshall Space Flight Center di Huntsville, Alabama- e due anni fa avevo predetto che la transizione dal minimo al massimo sarebbe stata molto turbolenta. La realtà, purtroppo, mi sta smentendo”. Infatti, il minimo si sta prolungando, tanto che sono stati superati i 200 giorni senza macchie solari, sfiorando un record che fu toccato alla metà degli anni ’50 dello scorso secolo (che, per inciso, furono un periodo insolitamente freddo). Come se non bastasse l’assenza di macchie, anche un altro fattore dell’attività energetica della nostra stella, il cosiddetto vento solare, è in netto calo. Il vento solare è un flusso di particelle elettricamente cariche che viene espulso in continuazione dalla nostra stella e che si espande a raggiera per milioni di km, investendo anche il nostro pianeta.

 

L'evoluzione del Sole

Il passato e il futuro del Sole si possono dedurre dai modelli teorici dell'evoluzione stellare. Durante i suoi primi 50 milioni di anni, il Sole si contrasse fino a raggiungere circa le dimensioni attuali. L'energia gravitazionale prodotta dal collasso del gas ne riscaldò l'interno e, quando il nucleo fu sufficientemente caldo, la contrazione si arrestò, mentre nel centro iniziarono le reazioni nucleari di fusione di idrogeno in elio. Il Sole si trova in questa fase della sua vita da circa 4,5 miliardi di anni e queste reazioni continueranno per altrettanto tempo.
Quando il combustibile si esaurirà, il Sole subirà alcune modificazioni: gli strati esterni si espanderanno dalle dimensioni attuali fino a sfiorare l'orbita della Terra, mentre il Sole diventerà una stella gigante rossa, un po' più fredda di adesso ma 10.000 volte più brillante. La nostra stella rimarrà una gigante rossa, con un nucleo nel quale avviene la fusione dell'elio, per circa mezzo miliardo di anni; esso non è abbastanza massiccio per innescare reazioni nucleari successive o, addirittura, un'esplosione distruttiva come accade ad altre stelle. Dopo la fase di gigante rossa, il Sole si contrarrà fino a diventare una nana bianca, di dimensioni simili a quelle della Terra, e si raffredderà lentamente per molti miliardi di anni.

Preferire le coltivazioni di piante riflettenti preferendole ad altre.

Selezionando le varietà di specie vegetali alimentari coltivate ed aumentandone l´albedo, cioè il loro potere "riflettente", si potrebbe ridurre il riscaldamento globale. «La probabilità che il continuo delle emissioni di gas serra porti ad un ingestibile livello i cambiamenti climatici . Si Pensa che ci sia già un´infrastruttura globale che potrebbe dare un aiuto: l´agricoltura associata ai terreni arati, dato che le piante esercitano un´importante influenza sul bilancio energetico del clima a causa delle differenze nella loro albedo (riflettività solare) rispetto al suolo e alla vegetazione naturale. In particolare, più cura con l'agricoltura per attenuare il riscaldamento della superficie. Proponendo di modificare la struttura delle piante per ottenere una diversa posizione delle foglie ed aumentarne l´effetto riflettente della luce solare: si propone di scegliere fra le differenti varietà delle stesse specie di coltura per massimizzare la riflessione della luce e non di cambiare il tipo di pianta, anche se questo potrebbe anch´essa produrre benefici climatici.Si è provveduto a formulare un modello climatologico globale. Scegliendo fra le varietà correnti, la nostra stima sull´aumento di riflessione ci porta a prevedere che le temperature estive potrebbero ridursi di oltre 1 grado per gran parte dell´America settentrionale centrale e alle medie latitudini dell´Eurasia. Infine, un ulteriore raffreddamento regionale potrebbe essere ottenuto con incroci selettivi o con modificazioni genetiche per ottimizzare l´albedo della pianta. n grado in meno in primavera estate in Europa e Nord America rappresenterebbe un raffreddamento globale annuo intorno a 0,1 gradi, più o meno il 20% dell´aumento della temperatura planetaria, con una riduzione di 195 miliardi di tonnellate di CO2 emesse in atmosfera nei prossimi 50 anni .

 

Sole - Flare

Possibili effetti su apparecchiture elettriche ellettoriche

 

Un moderno riflesso solare registrati il 05 dicembre 2006, da X-Ray Imagine a bordo del satellite NOAA e satellite GOES 13. La fiammata è stata così intensa, è effettivamente danneggiato lo strumento che ha ripreso l'immagine. I ricercatori ritengono una esplosione sarebbe con molta più energica rispetto a questa se si verificasse in questo tempo.

Se si verificasse una esplosione con un forte bagliore e la conseguente emissioni di raggi nocivi ne subirebbero gli effetti le tecnologie elettroniche che oggi sono diventate più sofisticate e più integrate nella vita quotidiana, queste sono diventati più vulnerabili alle attività solare. Sulla Terra, linee elettriche e telefoniche a lunga distanza di cavi possono essere influenzate dagli correnti aureali , come è avvenuto nel 1989. Il radar, di comunicazione cellulare, e ricevitori GPS potrebbe essere ostacolata dalla radio solari rumore. Gli esperti che hanno studiato la questione che ci sia poco da fare per proteggere i satelliti da un Carrington flare di classe. In realtà, un recente documento stime potenziali danni per l'900-plus satelliti attualmente in orbita, potrebbe costare tra euro 30 e euro 70 miliardi di miliardi di euro. La soluzione migliore, si dice: sono una serie di comsats pronto per il lancio.
L'uomo nello spazio sarebbe in pericolo, come anche gli Spacewalking astronauti potrebbero avere solo pochi minuti dopo il primo flash di luce per trovare riparo da particelle di energia solare in stretta sulla scia di quelle iniziali fotoni. Il loro veicolo spaziale avrebbe probabilmente adeguata schermatura..