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Il Sole

Produzione dell'energia ed equilibrio






2.1  La produzione dell'energia

Come già detto nell'articolo sulla struttura interna, il Sole è composto quai esclusivamente di idrogeno ed elio. Nel cuore della nostra stella la temperatura è così elevata che avvengono reazioni violentissime tra questi due elementi (fusione nucleare). Sempre a causa di questo enorme calore, non possono essere presenti atomi veri e propri, ma solo un miscuglio di nuclei atomici ed elettroni che, a causa del loro rapido e continuo movimento, collidono frequentemente tra loro.
Avvalendoci della figura 1, vediamo nel dettaglio cosa avviene: due nuclei di idrogeno si scontrano, e unendosi formano un nucleo pesante di idrogeno (il deuterio, o 2H, formato da un protone ed un neutrone).

Le reazioni di fusione nucleare

Fig. 1: Le reazioni di fusione nucleare che avvengono nel nucleo del Sole



In seguito può aggiungersi a quest'ultimo un altro nucleo di idrogeno, producendo un isotopo leggero di elio (chiamato elio-3 o 3He, contenente due protoni ed un neutrone). E' in questa fase che vengono prodotti i raggi gamma, e quindi l'energia del Sole. A sua volta, l'elio-3 appena prodotto, collide con un altro nucleo di elio-3, formando un nucleo ordinario di elio (elio-4 o 4He), contenente due protoni e due neutroni. In quest'ultimo passaggio vengono coinvolti 4 protoni, ma nell'elio-4 ne sono presenti solo 2; questo perché 2 protoni vengono liberati e possono quindi tornare nel ciclo.
L'energia prodotta è di 26 MeV, pari a circa 4,2 x 10-5 erg.
Il processo è piuttosto lungo (ad esempio la terza fase, quella della formazione dell'elio-3, avviene in circa un milione di anni), ma avvengono contemporaneamente innumerevoli fusioni nucleari, cossicché è garantita una continua produzione di energia.
In media il Sole trasforma ogni secondo 4,2 milioni di tonnellate di massa in energia (564,2 milioni di tonnellate di idrogeno di partenza - 560 milioni di tonnellate di elio prodotte); tuttavia, nei 4,5 miliardi di anni di vita, la massa persa è pari solo al 3‰!




2.2  L'equilibrio del Sole

L'energia che ogni istante viene prodotta è così tanta che tende a far espandere i gas presenti al di fuori del nucleo. Ad essa dobbiamo anche aggiungere la debole ma costantemente presente pressione di radiazione (originata dall'assorbimento dei quanti di radiazione da parte della materia), che anch'essa contribuisce a far espandere il Sole.
L'equilibrio interno del Sole

Fig. 2: La forza esercitata dall'energia ha stessa intensità ma verso opposto a quella gravitazionale; il Sole quindi rimane in perfetto equilibrio
Contro queste due forze però, agisce la pressione esercitata dagli stessi gas verso il centro della nostra stella. Quest'ultima è esattamente uguale alle precedenti due, ma ha verso opposto. E' grazie a questo equilibrio che il Sole né si espande né si contrae, ma rimane perfettamente stabile (vedi figura 2); ed è proprio da queste considerazioni che si è potuto calcolare dimensioni, massa, densità, flusso di energia, ecc. che caratterizzano il Sole.
Per quanto durerà questa fase di equilibrio? La risposta è semplice: fino a quando verrà prodotta energia. Infatti, dal momento in cui l'idrogeno si esaurirà (tra circa 5 miliardi di anni), il Sole non sarà in grado di produrre nuova energia e la forza gravitazionale prenderà il sopravvento, facendo contrarre la stella; la temperatura del nucleo quindi salirà, fino a raggiungere un punto in cui saranno le particelle di elio a scontrarsi tra loro, producendo nuova energia, e ridando per un po' di tempo stabilità al Sole. Il processo ovviamente continuerà, ma lo studieremo in maniera più approfondita nell'ultimo articolo di questa serie (interamente dedicato alla morte del Sole).


La velocità di rotazione del Sole alle varie latitudini
Fig. 3: La velocità di rotazione del Sole dominuisce man mano che ci si sposta verso i poli





2.3  Rotazione del Sole

Così come i pianeti, anche il Sole - seppur lentamente - ruota attorno al proprio asse (moto di rotazione).
Abbiamo visto però che esso è composto solo da gas, e non possiede quindi le caratteristiche di un corpo solido. Di conseguenza, la rotazione non avviene negli stessi tempi alle varie latitudini; all'equatore infatti i gas si muovono più velocemente rispetto ai poli solari (rotazione differenziale); la velocità dei gas all'equatore è di circa 2 km/sec.
Ne consegue che il periodo di rotazione alle basse latitudini è di circa 25 giorni, mentre ai poli è di 34 giorni.
Poiché il periodo di rivoluzione della Terra avviene nella stessa direzione del moto di rivoluzione del Sole, quest'ultimo appare "ritardato" se osservato dal nostro pianeta.
Il periodo di rotazione misurabile da Terra (rotazione sinodica) è di 27,275 giorni (riferto all'equatore solare) mentre l'effettivo periodo di rotazione (rotazione siderale) è di 25,03 giorni.



Data di pubblicazione: 20 Febbraio 2003


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