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Il Sole va a scuola
II - Astrofisica del Sole
Lezioni di Fisica Solare nell'ambito del progetto:
L'Astrofisica va a scuola
Th. Straus (parte I) & V. Andretta (Parte II)
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole
➢ Dati
fondamentali:
Distanza media: 1,496 x 108 km = 1 Unità Astronomica
Raggio: 6,96 x 105 km ~ 109 raggi terrestri
Massa: 1,99 x 1030 kg ~ 3,33 x 105 masse terrestri
Densità media: 1,4 g/cm3 (Terra: 5,5 g/cm3)
Temperatura superficiale: ~6000 K!
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole: Interno
➢ Quanto
emette il Sole:
Luminosità: 3,98 x 1026 W
Età: 4,5 x 109 anni
➢ Qual´è
la fonte di energia?
Energia da reazioni chimiche (tempi-scala: 104 anni)
Energia dalla gravitazione (tempi-scala: 107 anni)
Energia dalle reazioni nucleari (tempi-scala: 1010 anni)
➢ Reazioni
nucleari (fusione dell'idrogeno)!
Catena protone-protone (p-p): 41H  4He + 2e+ +2n
La differenza
di massa (0,029 mp) viene convertita in energia:
2
E=mc
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole: superficie
➢ Superficie:
disco dal bordo netto, anche visto con i
migliori telescopi (risoluzione massima attualmente
raggiungibile: circa 0,1” ~ 150 km)
sembra un disco solido, e invece è una sfera di gas...
➢ Scala
di altezza, H=5,8 x T/(mg) [km]:
m=peso molecolare medio
g=accelerazione di gravità superficiale
T=temperatura superficiale
(H=altezza a cui la pressione atmosferica si dimezza)
Esempi:
o
o
o
Sole: m~1,2, g=274 m/s2  H~100 km
Atmosfera terrestre: m~29, g=9,8 m/s2  H~6 km
Supergigante tipo K5 Ib: T~3700 K, g=0.04 m/s2  H~6,4x105
km
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole: struttura
dell'atmosfera
“Limb-Darkening”: Andamento della temperatura verso
l'esterno.
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole: rotazione
➢ Rotazione
solari):
del Sole (macchie
Periodo: circa ?? giorni
(ESERCIZIO: misurarlo)
Rotazione differenziale: è un
gas!
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole: l´interno
➢ Nucleo:
Produzione di energia, e
trasporto per diffusione
radiativa
➢ Zona
di convezione:
Trasporto di energia per
convezione
➢ Atmosfera:
La ¨superficie¨ visibile del
Sole. E oltre...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Com'è fatto il Sole: dal nucleo alla
superficie
Effetti sulla superficie della convezione: la granulazione
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: magnetismo solare
➢ Il
gas del Sole è un gas particolare: in pratica
completamente ionizzato: un plasma
Altamente conduttivo  campo magnetico!
➢ Manifestazioni
più evidenti: macchie solari:
Più “fredde”: “solo” 4000 K (rispetto ai quasi 6000 K della
superficie “normale”).
Campo magnetico intenso: dell´ordine dei 103 Gauss (campo
magnetico terrestre: circa 1 Gauss).
o
Campo magnetico tanto intenso da sopprimere la convezione...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: magnetismo solare
➢ Non
solo macchie: anche
facole.
Un po´ più calde e dense.
Associate normalmente a
macchie, e quindi al campo
magnetico.
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: le eclissi
➢ Cosa
si vede durante un´eclisse totale?
La cromosfera
La corona
È l´atmosfera esterna del Sole...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: la cromosfera
➢ La
cromosfera in Ha:
Temperatura: circa 104 K.
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: la corona
➢ La
corona nell´Estremo Ultravioletto (EUV) e nell'X:
He+
Fe+8,Fe+9
Raggi X
Fe+10
Fe+11
Temperatura: circa 106 K!
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: il ¨vento solare¨
➢ Un
vento un po' particolare...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: che c´entra il campo
magnetico?
➢ Il
campo magnetico solare e l´atmosfera esterna: dalle
cromosfera giù fino alle macchie
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: che c´entra il campo
magnetico?
➢ Il
campo magnetico solare e l´atmosfera esterna: linee
di forza...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: la corona
➢ La
corona vista più in dettaglio: archi magnetici:
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Il Sole invisibile: esplosioni solari
(“flares”)
➢ “Coronal Mass Ejections” (CME)
➢ Un po´ di attualità: “Space Weather”
➢ Brillamenti
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: il ciclo solare
➢ Il
ciclo di 11 anni delle macchie:
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: il ciclo solare
➢ La
corona durante il ciclo solare:
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: il ciclo solare
➢ Il
diagramma “a farfalla”:
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: il ciclo solare
➢ La
polarità delle macchie:
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: l´irradianza
➢ L´energia
totale emessa dal Sole non è costante anche
a breve termine...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: la dinamo solare
➢ Un
modello della dinamo solare...
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Come cambia il Sole: variazioni
secolari
➢ Il
“minimo di Maunder”
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Fonti delle immagini e dei filmati
Le immagini e i filmati di questa presentazione sono
stati tratti dal materiale didattico ottenibile da:
The Education and Public Outreach Page of the Solar and
Heliospheric Observatory (SOHO):
http://sohowww.estec.esa.nl/explore/#
L'Astrofisica va a scuola
Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
Altro materiale in rete:
➢ “The
Dynamic Sun:
http://sohowww.estec.esa.nl/explore/materials/DSweb/DSweb1.htm
➢ “Best
of SOHO”:
http://sohowww.estec.esa.nl/freestuff/cd_info.html#download
➢E
ancora altro:
SOHO: http://sohowww.estec.esa.nl/
TRACE: http://vestige.lmsal.com/TRACE/
YOHKOH: http://www.lmsal.com/YPOP/
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Il Sole come stella: Astrofisica del Sole
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