IL SOLE, FONTE INESAURIBILE DI ENERGIA (?)
ScientificaMENTE – IL SOLE, FONTE INESAURIBILE DI ENERGIA (?)
Il Sole è senza dubbio l’oggetto dell’universo più importante per l’uomo, in quanto da esso dipende ogni forma di vita sulla Terra e qualsiasi altro tipo di vita che potrebbe essersi sviluppato nel sistema solare.
Questa stella è un’enorme sfera incandescente, il cui diametro effettivo misura 1.393.000 km, e la cui massa è pari a 330.000 volte quella della Terra.
Utilizzando i metodi della fisica, gli astronomi hanno potuto stabilire che la temperatura è di circa 6000 K (gradi Kelvin) pari a circa 5700 °C.
Soltanto una minuscola frazione della enorme quantità di energia prodotta dal Sole viene intercettata dalla Terra e trasformata in calore. Tuttavia essa è sufficiente a riscaldare l’intero pianeta e a mantenervi la vita.
La sorgente di energia del Sole è la fusione nucleare, per il cui innesco occorrono temperature elevatissime, quali appunto si riscontrano nel nucleo solare.
Il centro del Sole è quindi paragonabile ad un reattore termonucleare, nel quale nuclei di idrogeno si fondono tra loro per formare elio, rilasciando così una straordinaria quantità di energia.
In ogni secondo il Sole fonde 600 milioni di tonnellate di idrogeno, producendo una quantità di energia pari a 400.000 miliardi di miliardi di KW. Nonostante il Sole trasformi una quantità così ingente della sua massa, quale quantità appare del tutto trascurabile se paragonata alla sua immensa massa totale, tale da consentirgli di produrre energia per alcuni miliardi di anni ancora.
Tenendo conto di vari fattori, fra cui:
• L’immensa produzione di energia senza apprezzabile consumo di combustibile;
• Il fatto che il Sole splenda da oltre 4 miliardi di anni senza aver mostrato apprezzabili cambiamenti;
• Il fatto che il clima terrestre si sia mantenuto pressoché stabile per 3,5 miliardi di anni e la luminosità solare abbia conservato valori tali da permettere l’esistenza dell’acqua allo stato liquido sulla Terra per tutto questo periodo di tempo, è stato proposto un modello della struttura interna del nostro astro che, in accordo con le leggi della fisica, sia in grado di spiegare gran parte delle osservazioni effettuate.
Tale modello, in linea generale, può essere ritenuto valido anche molte altre stelle.
Il Sole è un’immensa sfera gassosa in cui temperatura, pressione e densità vanno diminuendo dal centro verso la superficie, ma non uniformemente. Queste variazioni determinano la struttura dell’astro e il modo con cui l’energia prodotta viene trasportata dall’esterno.
Al centro della sfera gassosa vi è il nucleo che costituisce circa il10% del volume totale e in cui viene prodotta l’energia. Attorno ad esso vi è uno strato di notevole spessore attraverso il quale l’energia prodotta si propaga verso l’esterno, prima per irraggiamento e successivamente per convezione.
L’irraggiamento predomina negli strati più interni, in cui la temperatura non subisce grandi variazioni, e consiste in una serie di assorbimenti e successive emissioni di energia senza che si formino correnti di materia.
Con questo meccanismo detto radiativo, ogni strato di atomi assorbe l’energia da quello sottostante e la ritrasmette a quello sovrastante. In questo modo le radiazioni dure e penetranti prodotte dal nucleo (raggi X) vengono trasformate in altre radiazioni via via meno dure. Si tratta di un processo lentissimo in quanto è stato calcolato che occorrono circa 2 milioni di anni perché un singolo quanto di energia (fotone) riesca ad attraversare tutto il Sole dal centro alla superficie.
Proseguendo verso strati più esterni invece, a causa della diminuzione progressiva della temperatura, l’energia fluisce per convezione: correnti di idrogeno caldo e leggero salgono verso la superficie dove cedono energia e, raffreddate, si appesantiscono e ridiscendono. In questo modo si formano gigantesche celle convettive che vediamo affiorare nel caratteristico aspetto granulare della fotosfera. Qui giunta, l’energia viene liberata nello spazio circostante sotto forma di radiazione.
IL DIAGRAMMA DI HERTZSPRUNG-RUSSEL
Conoscendo la magnitudine assoluta (luminosità) di una stella, i tipi spettrali (colore apparente) funzionali alla temperatura, è possibile collocarla in un diagramma, che evidenzia la tipologia principale alla quale essa appartiene e, contestualmente, individuarne il possibile cammino evolutivo.
La fascia centrale prende il nome di sequenza principale e le stelle che vi appartengono, compreso il nostro Sole che è una stella gialla, possono essere considerate in uno stadio di maturità.
Altri tipi spettrali notori sono:
• Giganti azzurre, molto grandi ed estremamente calde
• Giganti rosse, molto grandi ma relativamente fredde
• Nane rosse, piccole e relativamente fredde
• Nane bianche, molto piccole, con un diametro poco più grande della Terra, con una bassa luminosità assoluta ma capaci di produrre grandissime quantità di energia.
Bibliografia
L. Monfroni, C. Pavanati Bettoni – La Terra e l’Universo – Signorelli Editore, Milano 1992
M. Fiorani, D. Nepgen, M. Crippa – Scienze naturali – Mondadori Education, 2016
O.Lupia Palmieri, M. Parotto – Terra – Scienze Zanichelli, 2016
C. Cavazzuti, L. Gandola, R. Oddone – La Terra intorno a noi – Scienze Zanichelli, 2016
I. Baroni, R. Corsi, F. Costagli – Sfera plus: L’Universo e la Terra – Sei, 2015
S. Zanoli – Scienze della Terra, Elementi e immagini – Le Monnier, 2016
Il Sole è senza dubbio l’oggetto dell’universo più importante per l’uomo, in quanto da esso dipende ogni forma di vita sulla Terra e qualsiasi altro tipo di vita che potrebbe essersi sviluppato nel sistema solare.
Questa stella è un’enorme sfera incandescente, il cui diametro effettivo misura 1.393.000 km, e la cui massa è pari a 330.000 volte quella della Terra.
Utilizzando i metodi della fisica, gli astronomi hanno potuto stabilire che la temperatura è di circa 6000 K (gradi Kelvin) pari a circa 5700 °C.
Soltanto una minuscola frazione della enorme quantità di energia prodotta dal Sole viene intercettata dalla Terra e trasformata in calore. Tuttavia essa è sufficiente a riscaldare l’intero pianeta e a mantenervi la vita.
La sorgente di energia del Sole è la fusione nucleare, per il cui innesco occorrono temperature elevatissime, quali appunto si riscontrano nel nucleo solare.
Il centro del Sole è quindi paragonabile ad un reattore termonucleare, nel quale nuclei di idrogeno si fondono tra loro per formare elio, rilasciando così una straordinaria quantità di energia.
In ogni secondo il Sole fonde 600 milioni di tonnellate di idrogeno, producendo una quantità di energia pari a 400.000 miliardi di miliardi di KW. Nonostante il Sole trasformi una quantità così ingente della sua massa, quale quantità appare del tutto trascurabile se paragonata alla sua immensa massa totale, tale da consentirgli di produrre energia per alcuni miliardi di anni ancora.
Tenendo conto di vari fattori, fra cui:
• L’immensa produzione di energia senza apprezzabile consumo di combustibile;
• Il fatto che il Sole splenda da oltre 4 miliardi di anni senza aver mostrato apprezzabili cambiamenti;
• Il fatto che il clima terrestre si sia mantenuto pressoché stabile per 3,5 miliardi di anni e la luminosità solare abbia conservato valori tali da permettere l’esistenza dell’acqua allo stato liquido sulla Terra per tutto questo periodo di tempo, è stato proposto un modello della struttura interna del nostro astro che, in accordo con le leggi della fisica, sia in grado di spiegare gran parte delle osservazioni effettuate.
Tale modello, in linea generale, può essere ritenuto valido anche molte altre stelle.
Il Sole è un’immensa sfera gassosa in cui temperatura, pressione e densità vanno diminuendo dal centro verso la superficie, ma non uniformemente. Queste variazioni determinano la struttura dell’astro e il modo con cui l’energia prodotta viene trasportata dall’esterno.
Al centro della sfera gassosa vi è il nucleo che costituisce circa il10% del volume totale e in cui viene prodotta l’energia. Attorno ad esso vi è uno strato di notevole spessore attraverso il quale l’energia prodotta si propaga verso l’esterno, prima per irraggiamento e successivamente per convezione.
L’irraggiamento predomina negli strati più interni, in cui la temperatura non subisce grandi variazioni, e consiste in una serie di assorbimenti e successive emissioni di energia senza che si formino correnti di materia.
Con questo meccanismo detto radiativo, ogni strato di atomi assorbe l’energia da quello sottostante e la ritrasmette a quello sovrastante. In questo modo le radiazioni dure e penetranti prodotte dal nucleo (raggi X) vengono trasformate in altre radiazioni via via meno dure. Si tratta di un processo lentissimo in quanto è stato calcolato che occorrono circa 2 milioni di anni perché un singolo quanto di energia (fotone) riesca ad attraversare tutto il Sole dal centro alla superficie.
Proseguendo verso strati più esterni invece, a causa della diminuzione progressiva della temperatura, l’energia fluisce per convezione: correnti di idrogeno caldo e leggero salgono verso la superficie dove cedono energia e, raffreddate, si appesantiscono e ridiscendono. In questo modo si formano gigantesche celle convettive che vediamo affiorare nel caratteristico aspetto granulare della fotosfera. Qui giunta, l’energia viene liberata nello spazio circostante sotto forma di radiazione.
IL DIAGRAMMA DI HERTZSPRUNG-RUSSEL
Conoscendo la magnitudine assoluta (luminosità) di una stella, i tipi spettrali (colore apparente) funzionali alla temperatura, è possibile collocarla in un diagramma, che evidenzia la tipologia principale alla quale essa appartiene e, contestualmente, individuarne il possibile cammino evolutivo.
La fascia centrale prende il nome di sequenza principale e le stelle che vi appartengono, compreso il nostro Sole che è una stella gialla, possono essere considerate in uno stadio di maturità.
Altri tipi spettrali notori sono:
• Giganti azzurre, molto grandi ed estremamente calde
• Giganti rosse, molto grandi ma relativamente fredde
• Nane rosse, piccole e relativamente fredde
• Nane bianche, molto piccole, con un diametro poco più grande della Terra, con una bassa luminosità assoluta ma capaci di produrre grandissime quantità di energia.
Bibliografia
L. Monfroni, C. Pavanati Bettoni – La Terra e l’Universo – Signorelli Editore, Milano 1992
M. Fiorani, D. Nepgen, M. Crippa – Scienze naturali – Mondadori Education, 2016
O.Lupia Palmieri, M. Parotto – Terra – Scienze Zanichelli, 2016
C. Cavazzuti, L. Gandola, R. Oddone – La Terra intorno a noi – Scienze Zanichelli, 2016
I. Baroni, R. Corsi, F. Costagli – Sfera plus: L’Universo e la Terra – Sei, 2015
S. Zanoli – Scienze della Terra, Elementi e immagini – Le Monnier, 2016
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