Il Sole: la nostra stella
Il Sole è la stella a noi più vicina e come le altre stelle dell’Universo, esso emette una grande quantità di energia sotto forma di onde elettromagnetiche che noi percepiamo come luce e calore. Esso occupa una posizione centrale nel sistema solare dal momento che contiene il 99,9 % della massa totale di questo sistema di corpi celesti cui fa parte il nostro pianeta e con la sua potente forza di gravità governa il moto dei pianeti e degli altri corpi minori (comete, asteroidi ecc.) che gli girano attorno.
Il Sole dista dal nostro pianeta in media 149 milioni di Km cioè 380 volte la distanza Terra-Luna; la luce solare, viaggiando alla velocità di 300.000 Km/sec, impiega 8 minuti per raggiungerci. Nell’ambito della nostra galassia, invece, non occupa alcuna posizione di privilegio poiché è una fra le 200 miliardi di stelle che la compongono; esso dista circa 30.000 anni-luce dal centro galattico (1 anno-luce equivale a circa 9.500 miliardi di Km), attorno al quale gira alla velocità di 250 Km/sec, impiegando 225 milioni di anni per compiere un giro completo (è questo il cosiddetto anno galattico).
Il Sole è una sfera di gas caldo, composto da idrogeno per il 75 %, da elio per il 23 % e da elementi pesanti nella misura del 2 %. Ha un diametro di 1.400.000 Km, cioè 109 volte il diametro della Terra; volendo costruire un modello in scala del sistema Terra-Sole, dovremmo rappresentare il Sole con un pallone di diametro pari a 1 metro e la Terra con una sferetta di diametro pari a 9 millimetri posta a una distanza di 100 metri. Esso ha una massa pari a 330.000 volte la massa della Terra ed una densità media di 1,4 g/cm3 (per confronto, la densità dell’acqua è di 1 g/cm3). La sfera solare è anche animata da un moto di rotazione attorno al proprio asse che è differenziale secondo le latitudini a causa della non omogeneità della materia solare (all’equatore il periodo di rotazione è di 25 giorni, mentre ai poli è di 33 giorni). Dalla Terra il Sole si presenta come un disco di 0,5 gradi di diametro (il diametro, per esempio, sotteso da una moneta da 2€ posta alla distanza di 1,7 metri). Esso presenta un colore giallo dipendente dalla sua temperatura superficiale di circa 6.000 °C. Rappresenta, inoltre, l’oggetto celeste più luminoso del cielo in virtù della sua piccola distanza dalla Terra (si parla in questo caso di luminosità apparente); per quanto riguarda la sua luminosità reale, da questo punto di vista, il Sole occupa una posizione media. Studiando l’età delle più antiche rocce terrestri e facendo risalire a 3,5 miliardi di anni fa la comparsa della vita sulla Terra, si è potuto stabilire che l’età del Sole sia di circa 5 miliardi di anni.
Come detto in precedenza, il Sole emette una grande quantità di energia: ma a quanto ammonta questo valore energetico?. Applicando una legge nota in fisica come legge di Stefan-Boltzmann, si è potuto determinare l’energia globalmente emessa dal Sole, pari a 400.000 miliardi di miliardi di chilowatt (è come se ogni secondo esplodessero, 1.000 miliardi di bombe di Hiroshima); la Terra intercetta appena un miliardesimo di questa energia, cioè 1,5 chilowatt per metro quadrato (questo valore è chiamato costante solare). La nostra atmosfera a sua volta ne assorbe circa il 25 % per cui la quantità di energia che colpisce 1 m2 di superficie terrestre esposta alla luce solare risulta in definitiva di 1 chilowatt per metro quadrato.
Ma qual’ è la fonte di questa energia, quale il combustibile? Prima di rispondere a queste domande occorre porre un altro quesito: se il Sole è una sfera di gas caldo, perché questo non si disperde nello spazio? Che cosa lo mantiene insieme? È la forza di gravità che contrasta l’espansione del gas poiché la sua massa è così grande che tende a cadere verso il centro della stella per effetto del proprio peso (si è per esempio calcolato che se soggetto alla sola forza gravitazionale esso collasserebbe in appena 38 minuti). Nel 1939 un fisico americano, Hans Bethe, individuò nella fusione nucleare il meccanismo di produzione dell’energia; la fusione nucleare avviene nel centro del Sole (detto nucleo con un diametro di circa 300.000 Km) poiché in esso, l’alta temperatura, circa 15 milioni °C, e l’elevata densità, permettono agli atomi di idrogeno di trasformarsi in elio mediante appunto il processo di fusione nucleare (è lo stesso meccanismo utilizzato artificialmente dall’uomo in una bomba termonucleare o bomba H), con conseguente emissione del valore di energia già visto in precedenza. Conoscendo la quantità di idrogeno presente nel nucleo solare che si trasforma ogni secondo in elio ed energia, si è potuto stabilire che questa quantità verrà consumata in circa 10 miliardi di anni (in tale intervallo di tempo il Sole brucia 225 masse terrestri). Poiché la nostra stella ha un’età di circa 5 miliardi di anni, essa continuerà a produrre energia in modo stabile, permettendo così la vita sulla Terra per altri 5 miliardi di anni. A questo punto il Sole, il cui nucleo sarà interamente composto da elio, andrà incontro a una espansione dei suoi strati più esterni, diventando così una “gigante rossa”; questi strati di gas molto caldi investiranno anche il nostro pianeta determinando quindi la scomparsa di ogni forma di vita sulla Terra. Successivamente il nucleo diventa sempre più piccolo (diametro di circa 15.000 Km), e in questa ultima fase di vita del Sole, esso si trasformerà in una “nana bianca” e quindi in una nana “nera”, la morte definitiva della nostra stella!
Il Sole. Foto : Prof. Nicola Rizzi
Autore : Prof. Nicola Rizzi