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| Classificazione |
Nana gialla (sequenza principale) | |
| Classe spettrale | G2 V | |
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(epoca di riferimento: J2000)
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| Semiasse maggiore | 26-28 000 anni luce | |
| Periodo orbitale | 2,25-2,50 × 108 anni | |
| Velocità orbitale | 217 km/s (media) | |
| Sistema planetario | sì | |
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| Diametro medio | 1 392 000 km | |
| Superficie | 6,09 × 1018 m² | |
| Volume | 1,41 × 1027 m³ | |
| Massa |
1,9891 × 1030 kg
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| Densità | 1,411 × 103 kg/m³ | |
| Acceleraz. di gravità in superficie |
274 m/s² (27,9 g) |
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| Velocità di fuga | 617,54 km/s | |
| Periodo di rotazione | ||
| All'equatore: | 27 d 6 h 36 min | |
| A 30° di latitudine: | 28 d 4 h 48 min | |
| A 60° di latitudine: | 30 d 19 h 12 min | |
| A 75° di latitudine: | 31 d 19 h 12 min | |
| Velocità di rotazione (all'equatore) |
1993 m/s | |
| Inclinaz. dell'asse sull'eclittica |
7,25° | |
| Inclinaz. dell'asse sul piano galattico |
67,23° | |
| A.R. polo nord | 286,13° (19h 4m 30s ) | |
| Declinazione | 63,87° (63° 52′ :) | |
| Temperatura superficiale |
5780 K (media)
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| T. della corona | 5 × 106 K | |
| T. del nucleo | ~13,6 × 106 K | |
| Luminosità | ||
| Radianza | 2,009 × 107 W/(sr×m²) | |
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| Magnitudine apparente da Terra |
-26,8 (media)
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| Magnitudine apparente da [[{{{pianeta_madre}}} (astronomia)|{{{pianeta_madre}}}]] |
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| Magnitudine app. | ||
| Magnitudine ass. | 4,83 | |
| Diametro apparente da Terra |
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| Diametro apparente da [[{{{pianeta_madre}}} (astronomia)|{{{pianeta_madre}}}]] |
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| Parallasse | ||
| Moto proprio | ||
| Velocità radiale | ||
Il Sole (in lingua latina Sol ) è la stella madre del sistema solare, il nostro sistema planetario.[1] Attorno ad essa orbitano gli otto pianeti principali (tra i quali la Terra), i pianeti nani, i loro satelliti ed innumerevoli altri corpi minori, tra cui gli asteroidi e le comete, e la polvere diffusa per lo spazio (che forma il mezzo interplanetario). Il Sole costituisce da solo il 99,8% della massa del sistema.[2]
La radiazione solare, emessa nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche (in particolare luce ed infrarossi), consente la vita sulla Terra: infatti rende possibile la presenza di acqua allo stato liquido, indispensabile alla vita, e la fotosintesi da parte dei vegetali, che producono l'ossigeno necessario a gran parte dei viventi.[3] Inoltre, l'insolazione della superficie terrestre regola il clima dà luogo alla maggior parte dei fenomeni meteorologici.
Il Sole è, propriamente, una stella di medie dimensioni, classificata dagli astronomi come nana gialla, di classe spettrale G2 V. G2 indica che la stella ha una temperatura superficiale di circa 5 780 K, caratteristica che le conferisce un colore bianco, che però appare giallo a causa dello scattering dell'atmosfera terrestre. La V (5 in numeri romani) indica che il Sole, come la maggior parte delle stelle, è nella sequenza principale, ovvero in una lunga fase di equilibrio stabile in cui l'astro fonde, nel nucleo, l'idrogeno in elio.
L'astro è costituito essenzialmente da idrogeno (circa il 74% della sua massa, il 92% del suo volume) ed elio (circa il 24-25% della massa,[4] il 7% del volume), cui si aggiungono altri elementi più pesanti presenti in tracce.[5]
Il Sole fa parte degli oltre 100 milioni di stelle di classe spettrale G2 note all'interno della Via Lattea e supera in luminosità ben l'85% delle stelle della Galassia, gran parte delle quali sono deboli nane rosse.[6] Collocata all'interno del Braccio di Orione, un braccio galattico secondario, la stella orbita attorno al centro della Via Lattea ad una distanza media di circa 26 000 anni luce e completa la propria rivoluzione in circa 225-250 milioni di anni.[7] Tra le stelle più vicine, poste entro un raggio di 17 anni luce, il Sole è la quinta più luminosa in termini assoluti: la sua magnitudine assoluta, infatti, è pari a +4,83.[8]
La nostra stella è l'unica la cui forma possa essere apprezzata semplicemente alla vista. Possiede infatti un diametro angolare apparente medio di 32' 03" d'arco, che varia però a seconda del punto in cui la Terra si trova nel corso della sua orbita: raggiunge infatti il valore massimo (32' 35") quando il nostro pianeta si trova al perielio, mentre il valore minimo (31' 31") all'afelio. Per una strana coincidenza, la combinazione delle dimensioni e della distanza dalla Terra del Sole e della Luna sono tali che essi appaiono nel cielo pressappoco col medesimo diametro apparente; tale situazione è all'origine di periodiche occultazioni della stella da parte del nostro unico satellite naturale, che prendono il nome di eclissi solari.
Se qualcuno avesse la possibilità di osservare la nostra stella da Alfa Centauri, il sistema stellare più vicino, essa apparirebbe nella costellazione di Cassiopea con una magnitudine apparente di 0,5.[9]
Il simbolo astronomico del Sole consiste di una circonferenza con un punto al centro (Unicode U+2609: 
; in esadecimale, ☉ == ☉).
Il termine "sole" deriva dal latino sol, solis, che deriva a sua volta dal sanscrito सऊरयअस (sûryas, in origine *svaryas), la cui radice svar- ha un'accezione che significa risplendere (nel cielo). Dalla medesima radice deriva il greco σείριος (séirios; originariamente σϝείριος, swéirios), splendente; ὁ Σείριος (ho Séirios), che significa Colui che risplende, era uno dei nomi con cui era indicato, soprattutto in poesia, il Sole, ma anche la stella più brillante del cielo notturno, Sirio (α Canis Majoris); τὰ σείρια (tà séiria), il plurale neutro, sono le cose che splendono, quindi gli astri.[10]
Il Sole è una sfera quasi perfetta, con un'ellitticità stimata in circa 9 milionesimi:[11] infatti, il suo diametro polare differisce da quello equatoriale di appena 10 km.[11] Tale differenza sussiste perché la forza centrifuga all'equatore, causata dalla sua lenta rotazione, è 18 milioni di volte più debole della gravità superficiale; da ciò ne consegue che la stella non possiede un rigonfiamento equatoriale molto pronunciato, caratteristica propria invece di alcune stelle, come Achernar, le quali possiedono elevate velocità di rotazione.[12][13] Inoltre, gli effetti mareali esercitati dai pianeti sulla stella non ne influenzano significativamente la forma.
Poiché si trova allo stato di plasma e non possiede una superficie solida, la stella è soggetta anche ad una rotazione differenziale, ovvero ruota in maniera diversa a seconda della latitudine: infatti la stella ruota più velocemente all'equatore che non ai poli ed il periodo di rotazione varia tra i 25 giorni dell'equatore e i 35 dei poli.[11] Tuttavia, poiché il punto di vista osservativo dalla Terra cambia man mano che il nostro pianeta compie il proprio moto di rivoluzione, il periodo di rotazione apparente all'equatore è di 28 giorni.[11]
L'energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra. Il quantitativo di energia luminosa che giunge ad ogni unità di superficie esposta direttamente alla radiazione solare prende il nome di costante solare ed il suo valore è approssimativamente di 1370 W/m².[14][15] Tuttavia, poiché la luce solare subisce un'attenuazione nell'attraversare l'atmosfera terrestre, alla superficie del nostro pianeta il valore della costante scende a circa 1000 W/m², raggiunto in condizioni di tempo sereno quando il Sole è allo zenit (ovvero i suoi raggi sono perpendicolari alla superficie).[14][15] La radiazione solare è impiegata in una grande varietà di processi naturali: la fotosintesi clorofilliana, ad esempio, si serve dell'energia di tale radiazione, che viene immagazzinata in legami chimici, per sintetizzare molecole organiche (essenzialmente glucidi) a partire da sostanze inorganiche (CO2 e H2O).[3] Anche l'uomo si serve dell'energia del Sole, che viene immagazzinata in strutture quali i pannelli solari, adibite a diversi scopi, come il riscaldamento dell'acqua o la produzione di corrente elettrica (pannelli fotovoltaici).[16] Inoltre, l'energia immagazzinata nel petrolio e in tutti gli altri combustibili fossili deriva da quella della nostra stella, che è stata convertita in energia chimica grazie alla fotosintesi delle piante vissute milioni di anni fa.[3]
La radiazione ultravioletta (UV) solare ha un'importante funzione antisettica e viene impiegata per la disinfezione degli oggetti (soprattutto quelli chirurgici) e delle acque.[17] È responsabile dell'abbronzatura e delle scottature dovute ad un'eccessiva esposizione al Sole, ma ha anche un ruolo fondamentale in medicina: infatti induce la sintesi, da parte della pelle, delle vitamine del gruppo D, indispensabili per il benessere osseo. La quantità di ultravioletti che raggiunge la superficie terrestre è notevolmente inferiore a quella registrata alla sommità dell'atmosfera: infatti, le molecole di ozono, che vanno a costituire una fascia (detta ozonosfera) nella parte inferiore della stratosfera, schermano e riflettono nello spazio buona parte della radiazione. La quantità di UV varia anche a seconda della latitudine ed è massima all'equatore e alle regioni tropicali, dove è maggiore l'insolazione. Tale variazione è responsabile di diversi adattamenti biologici, come ad esempio il colore della pelle delle diverse popolazioni umane diffuse nelle differenti regioni del globo.[18]
Osservato dalla Terra, il tragitto apparente del Sole sulla sfera celeste varia di giorno in giorno nel corso dell'anno. La traiettoria descritta dal Sole, rilevata alla stessa ora ogni giorno durante l'anno, prende il nome di analemma ed ha una forma assomigliante ad un numero 8, allineato secondo un asse nord-sud. La variazione della declinazione solare annua in senso nord-sud è di circa 47° (per via dell'inclinazione dell'asse terrestre rispetto all'eclittica di 66°33', causa fondamentale dell'alternarsi delle stagioni), mentre vi è anche una piccola variazione in senso est-ovest causata dalla differente velocità orbitale della Terra, che, nel rispetto delle leggi di Keplero, è massima al perielio e minima all'afelio.[19]
La nostra stella è attiva dal punto di vista magnetico. Il suo campo magnetico è piuttosto intenso ed inverte il proprio verso ogni undici anni, in corrispondenza del massimo del ciclo solare. Il campo magnetico è all'origine di diversi fenomeni che prendono complessivamente il nome di "attività solare"; tra essi si annoverano le macchie fotosferiche, i flare (o brillamenti) e le variazioni nell'intensità del vento solare, che diffonde materia attraverso il sistema solare.[20] Gli effetti dell'attività solare sulla Terra includono, principalmente durante i periodi di massima attività, le aurore polari, le interferenze e le interruzioni delle comunicazioni radio e della potenza elettrica. Gli astronomi ritengono che l'attività solare abbia rivestito un ruolo fondamentale nella formazione ed evoluzione del sistema solare. L'attività della nostra stella inoltre cambia continuamente la struttura dell'atmosfera esterna della Terra.[21]
Sebbene sia la stella più vicina alla Terra e sia oggetto di innumerevoli studi da parte degli scienziati, molte questioni riguardo al Sole rimangono ancora insolute, come, ad esempio, il perché la temperatura dell'atmosfera solare esterna abbia una temperatura di oltre un milione di K mentre la temperatura alla fotosfera (la superficie) sia di poco inferiore ai 6000 K. Attualmente gli astrofisici sono interessati a scoprire i meccanismi che regolano il ciclo delle macchie solari, le cause dei flare e delle protuberanze solari, l'interazione magnetica tra la cromosfera e la corona e le cause del vento solare.[20]
In molte culture antiche, a partire dalla preistoria, il Sole era concepito come una divinità o come un fenomeno soprannaturale; il culto ad esso tributato era centrale in molte civiltà, come quella inca, in Sud America, e azteca, nel Messico.[22]
Molti antichi monumenti furono costruiti tenendo conto della posizione del Sole nei vari periodi dell'anno: ad esempio, i megaliti (come quelli presenti a Nabta Playa in Egitto ed a Stonehenge in Inghilterra) segnano accuratamente il solstizio d'estate, mentre la piramide di El Castillo a Chichén Itzá, nel Messico, è stata progettata per proiettare ombre a forma di serpente durante gli equinozi.
Nella religione egizia il Sole era la divinità più importante; il faraone stesso, considerato una divinità in terra, era ritenuto il figlio del Sole. Le più antiche divinità solari erano Wadjet, Sekhmet, Hathor, Nut, Bast, Bat e Menhit. Hathor (identificata poi con Iside) generò e si prese cura di Horus (identificato in seguito con Ra).[23]
I moti del Sole nel cielo rappresentavano, secondo la concezione del tempo, una lotta ingaggiata dall'anima del faraone ed Osiride. [23] L'assimilazione al culto solare di alcune divinità locali (Hnum-Ra, Min-Ra, Amon-Ra) raggiunse il culmine al tempo della quinta dinastia.
Durante la diciottesima dinastia, il faraone Akhenaton tentò di trasformare la religione politeista egizia in una pseudo-monoteista, nota come Atonismo. Tutte le divinità, compreso Amon, furono sostituite da Aton, la divinità solare che regnava sulla regione di Akhenaton. Diversamente dalle altre divinità, Aton non possiede forme multiple: la sua unica effigie è il disco solare. Tale culto non sopravvisse a lungo dopo la morte del faraone che lo introdusse e ben presto il tradizionale politeismo fu riaffermato dagli stessi sacerdoti, che tempo prima avevano abbracciato il culto atonistico.[24]
Nella mitologia greca la divinità solare principale fu Helios, figlio dei titani Iperione e Teia. Il dio viene normalmente rappresentato alla guida del carro del sole, una quadriga tirata da cavalli che soffiano fuoco dalle narici. Il carro sorgeva ogni mattina dall'Oceano e trainava il Sole nel cielo, da est a ovest, dove si trovavano i due palazzi del dio. In epoca più recente, Helios è stato assimilato ad Apollo.[25][26]
Soltanto verso la fine dell'Impero romano, il Sole in quanto tale fu oggetto di un particolare culto da parte della gens degli Aureli, il culto del Sol Invictus (il Sole invitto), di cui si erano proclamati diretti discendenti.[27] Il culto del Sol Invicuts, considerabile la "romanizzazione" del culto attribuito alla divinità solare siriana Mitra, era molto diffuso in tutto l'Impero romano.[22] Le celebrazioni del rito della nascita del Sole (il Natale del Sole infante, più tardi Dies Natalis Solis Invicti, Natale del Sole invitto) in Siria ed Egitto erano di grande solennità e prevedevanl'o che i celebranti, ritiratisi in appositi santuari, ne uscissero a mezzanotte, annunciando che la Vergine aveva partorito il Sole, raffigurato nelle sembianze di un infante.[24] Tale culto perdurò sino all'avvento del Cristianesimo; il Natale del Sole, che cadeva alcuni giorni dopo il solstizio d'inverno (cioè il 25 dicembre) venne sostituito dal Natale di Gesù, considerato dai cristiani il "nuovo Sole del mondo".[22]
Rispetto alle stelle fisse, il Sole sembra compiere una rotazione attorno alla Terra nell'arco di un anno (sul piano dell'eclittica, lungo la fascia zodiacale); per questo la nostra stella, contrariamente a quanto oggi assodato, fu considerata dagli antichi astronomi greci come uno dei pianeti che ruotavano attorno alla Terra, la quale era ritenuta al centro dell'Universo (sistema geocentrico). Tuttavia tra il XVI e il XVII secolo, specialmente grazie a Copernico e Keplero, ma anche in seguito alle ricerche di Galileo, Cartesio e Newton, il sistema eliocentrico (che riteneva il Sole al centro dell'Universo) arrivò a prevalere su quello geocentrico.
Una delle prime "spiegazioni scientifiche" sul Sole venne fornita dal filosofo greco Anassagora, che lo immaginava come una grande sfera di metallo infiammato più grande del Peloponneso, e riteneva impossibile che potesse esser trascinato dal carro di Helios. Per aver insegnato questa dottrina "eretica" venne accusato dalle autorità di empietà, imprigionato e condannato a morte (anche se venne in seguito rilasciato grazie all'intervento di Pericle). Eratostene di Cirene, probabilmente, fu il primo a calcolare accuratamente la distanza della Terra dal Sole, nel III secolo a.C.; secondo quanto tramandatoci da Eusebio di Cesarea,[28] egli calcolò la distanza dalla nostra stella in «σταδίων μυριάδας τετρακοσίας καὶ ὀκτωκισμυρίας» (stadìōn myrìadas tetrakosìas kài oktōkismyrìas), ovvero 4 080 000 stadi, equivalenti a 149 milioni di chilometri: un risultato sorprendentemente molto simile a quello attualmente accettato, da cui differisce di appena l'1%.[29]
Un altro scienziato che sfidò le credenze del suo tempo fu Niccolò Copernico, che nel XVI secolo sviluppò la teoria eliocentrica, già postulata nel II secolo a.C. dallo scienziato greco Aristarco di Samo. All'inizio del XVII secolo Galileo Galilei fu tra i pionieri dell'osservazione solare con il suo cannocchiale, scoprendo, tra le altre cose, le macchie solari, che riteneva essere dei piccoli oggetti che transitavano tra la Terra ed il Sole;[30] tuttavia l'osservazione diretta del Sole costò a Galileo la perdita quasi totale della vista.
Isaac Newton osservò la luce solare attraverso un prisma, dimostrando che essa era composta da un gran numero di gradazioni di colore, [31] mentre nel 1800 William Herschel scoprì la radiazione infrarossa, presente oltre la parte rossa dello spettro solare.[32]
Nel 1800 gli studi spettroscopici conseguirono enormi progressi, e Joseph von Fraunhofer effettuò le prime osservazioni delle linee di assorbimento nello spettro, che vengono chiamate in suo onore linee di Fraunhofer.
Nei primi anni dell'era scientifica moderna gli scienziati si interrogavano su quale fosse la causa dell'energia solare. William Thomson, I barone Kelvin, ipotizzò che il Sole fosse un corpo liquido in graduale raffreddamento, che emetteva nello spazio la sua riserva interna di calore.[33] L'emissione energetica venne spiegata da Kelvin e Hermann von Helmholtz attraverso la teoria detta Meccanismo di Kelvin-Helmholtz, ma in base ad essa l'età calcolata per il Sole era di soli 20 milioni di anni, dunque di gran lunga inferiore ai 4,6 miliardi di anni suggeriti dagli studi geologici. Nel 1890 Joseph Lockyer, scopritore dell'elio nello spettro solare, suggerì un'ipotesi meteoritica sulla formazione e sull'evoluzione del Sole.[34]
Una possibile soluzione alla discrepanza tra il dato di Kelvin-Helmholtz e quello geologico arrivò nel 1904, quando Ernest Rutherford ipotizzò che l'energia potesse essere originata da una fonte interna di calore, generata da un meccanismo di decadimento radioattivo;[35] tuttavia, fu Albert Einstein a fornire lo spunto decisivo sulla questione, con la sua relazione massa-energia E=mc², che spinse nel 1920 Sir Arthur Eddington ad ipotizzare che l'energia solare fosse il risultato delle reazioni di fusione nucleare, causate dalla pressione e dalla temperatura interna del Sole, che trasformerebbero l'idrogeno in elio e produrrebbero energia a causa della differenza di massa.[36] La teoria venne ulteriormente sviluppata negli anni trenta dagli astrofisici Subrahmanyan Chandrasekhar e Hans Bethe; quest'ultimo studiò nei dettagli le due principali reazioni nucleari che producono energia nelle stelle,[37][38] ovvero la catena protone-protone ed il ciclo del carbonio-azoto, calcolando il quantitativo energetico sviluppato da ciascuna reazione.[38]
Nel 1957 venne poi pubblicato un documento, intitolato Synthesis of the Elements in Stars,[39] in cui veniva dimostrato che la maggior parte degli elementi nell'Universo sono stati creati dalle reazioni nucleari all'interno delle stelle.
I primi satelliti progettati per osservare il Sole furono i Pioneer 5, 6, 7, 8 e 9 della NASA, lanciati tra il 1959 e il 1968. Le sonde orbitarono attorno al Sole ad una distanza di poco inferiore a quella dell'orbita terrestre ed effettuarono le prime misure dettagliate del vento e del campo magnetico solare. La sonda Pioneer 9 operò per molto tempo, trasmettendo dati fino al 1987.[40]
Negli anni settanta la sonda Helios 1 e la stazione spaziale Skylab fornirono agli scienziati nuovi e significativi dati sull'emissione del vento solare e sulla corona. Il satellite Helios 1 fu una joint-venture tra gli USA e la Germania e studiò il vento solare attraverso un'orbita passante all'interno del perielio di Mercurio. La stazione spaziale, lanciata dalla NASA nel 1973, includeva un modulo che fungeva da osservatorio solare (denominato Apollo Telescope Mount) impiegato dagli astronauti che risiedevano nella stazione. Effettuò le prime osservazioni della zona di transizione solare e delle emissioni ultraviolette da parte della corona solare; vennero osservate anche le prime espulsioni di massa e i buchi della corona solare.
La NASA lanciò nel 1980 la Solar Maximum Mission, costituita da una sonda progettata per osservare le radiazioni ultraviolette, i raggi gamma ed X provenienti dai flare solari durante un periodo di alta attività. Tuttavia, dopo qualche mese di operatività, un guasto elettronico fece entrare la sonda in modalità di standby e rimase in questo stato per i successivi tre anni. Nel 1984 la missione STS-41C dello Space Shuttle Challenger riparò il guasto e la sonda acquisì migliaia di immagini della corona solare, prima di rientrare nella atmosfera terrestre nel giugno 1989.[41]
Il satellite giapponese Yohkoh (letteralmente raggio di Sole) venne lanciato nel 1991 e osservò i flare solari alle lunghezze d'onda dei raggi X. I dati raccolti permisero di identificare diversi tipi di flare e dimostrarono che la corona solare, anche nei periodi diversi da quelli di massima attività, fosse più attiva e dinamica di quanto non si supponesse in precedenza. La sonda entrò in una modalità di standby quando un'eclissi anulare nel 2001 le fece perdere l'orientamento verso il Sole e venne disintegrata dal rientro atmosferico nel 2005.[42]
Una delle principali missioni solari è stata svolta dal Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), frutto della collaborazione tra ESA e NASA, lanciato il 2 dicembre del 1995. Concepita inizialmente come una missione biennale, SOHO è operativa da oltre dieci anni, durante i quali si è dimostrata talmente utile che il lancio della missione successiva, la Solar Dynamics Observatory, è stato posticipato al 2008 inoltrato. Situata in corrispondenza del punto di Lagrange tra la Terra e il Sole (in cui è uguale l'attrazione gravitazionale esercitata dai due corpi), SOHO ha garantito sin dal suo lancio una costante osservazione del Sole in gran parte delle lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico. Oltre all'osservazione solare, SOHO ha permesso di scoprire un gran numero di comete, gran parte delle quali radenti (un particolare tipo di cometa che al perielio passa molto vicino alla superficie solare). [43]
Queste sonde hanno tuttavia effettuato osservazioni dettagliate solamente delle regioni equatoriali del Sole, visto che le loro orbite erano situate sul piano dell'eclittica. La sonda Ulysses venne invece progettata per studiare le regioni polari; lanciata nel 1990, fu inizialmente diretta verso Giove in modo da sfruttare l'effetto fionda gravitazionale del gigante gassoso ed allontanarsi dal piano delle orbite planetarie. Per una interessante coincidenza, la sonda si trovò in un buon punto per osservare la collisione della cometa Shoemaker-Levy 9 con Giove nel 1994. Una volta nell'orbita prevista, iniziò le misurazioni del vento solare e dell'intensità del campo magnetico.[44]
A differenza della fotosfera, ben studiata attraverso la spettroscopia, la composizione dell'interno del Sole è poco conosciuta. La missione Genesis fu progettata per prelevare dei campioni di vento solare per avere una misura diretta della composizione della materia costituente la stella. La sonda rientrò sulla terra nel 2004 ma fu danneggiata dall'atterraggio a causa di un guasto al paracadute; si è riusciti comunque a recuperare alcuni campioni, attualmente sotto analisi, dai resti del modulo della sonda.
Nell'ottobre 2006 è stata lanciata la missione Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO), che consiste di due identiche navicelle poste in orbite che fanno sì che si ottenga una visione stereoscopica della nostra stella e dei suoi fenomeni.
Il Sole orbita ad una distanza dal centro della Via Lattea stimata in 26 000 ± 1400 anni luce (7,62 ± 0,32 kpc),[45] e più precisamente all'interno della Bolla Locale, una cavità nel mezzo interstellare della Cintura di Gould, situata nel bordo più interno del Braccio di Orione, un braccio galattico secondario posto tra il Braccio di Perseo e il Braccio del Sagittario.[46] La nostra stella si trova attualmente nella Nube Interstellare Locale, un addensamento del mezzo interstellare dovuto all'unione della Bolla Locale con l'adiacente Bolla Anello I.[47][48] La distanza tra il Braccio di Orione ed il Braccio di Perseo è di circa 6500 anni luce;[49] il Sole, e dunque il sistema solare, si trova in quella che gli scienziati definiscono zona galattica abitabile.[48]
Si ritiene che l'orbita del Sole abbia una forma pressoché ellittica, tenendo conto delle perturbazioni causate dalla diversa distribuzione delle masse nei bracci della spirale galattica; inoltre il Sole oscilla al di sopra e al di sotto del piano galattico mediamente 2,7 volte per orbita, secondo un andamento assimilabile ad un moto armonico.[49] Poiché la densità stellare è piuttosto alta nel piano galattico e nei suoi pressi, tali oscillazioni coincidono spesso con un'incremento nel tasso degli impatti meteoritici sulla Terra, responsabili talvolta di catastrofiche estinzioni di massa. Tale incremento è dovuto al fatto che le altre stelle esercitano delle forze mareali sugli asteroidi della Fascia principale o della Cintura di Kuiper o sulle comete della Nube di Oort, che vengono dirette verso il sistema solare interno.[50]
Il sistema solare impiega circa 225–250 milioni di anni per completare una rivoluzione attorno al centro della Galassia (anno galattico);[51] perciò il Sole avrebbe completato 20–25 orbite dal momento della sua formazione ed 1/1250 di orbita dalla comparsa dell'essere umano sulla Terra. La velocità orbitale della nostra stella è di circa 220 km/s; a questa velocità il sistema solare impiega circa 1400 anni per percorrere un anno luce, che equivale ad una Unità astronomica ogni 8 giorni.[52] L'apice solare è la direzione apparente verso cui si muove la nostra stella nel suo movimento di rivoluzione attorno al centro di massa della Galassia; è orientato verso la stella Vega e la costellazione di Ercole, con un'inclinazione di circa 60° in direzione del centro galattico.[48]
Se intorno al sistema di α Centauri, il sistema stellare più vicino al sistema solare (distante circa 4,2 anni luce), orbitassero dei pianeti di tipo roccioso, nei quali si fossero sviluppate forme di vita intelligenti in grado di osservare il cielo e comprenderne i meccanismi, esse lo vedrebbero non molto diverso da come lo vediamo noi. Le differenze resterebbero circoscritte ad alcuni particolari: ad esempio, la stella Sirio si verrebbe a trovare nella costellazione di Orione, ad alcuni gradi da Betelgeuse, anziché nel Cane Maggiore; la costellazione del Centauro sarebbe privata della sua stella più luminosa, mentre Cassiopea si troverebbe ad avere una luminosa stella di magnitudine 0,5 in più: si tratta del Sole. La posizione della nostra stella è facilmente calcolabile, poiché essa si troverebbe agli antipodi di α Centauri vista dalla Terra: avrebbe dunque un'ascensione retta di 02h 39m 35s ed una declinazione di +60° 50′ 00″ [9] e si troverebbe alla sinistra di Segin (ε Cassiopeiae); la costellazione assumerebbe a questo punto non più la classica forma a "W", ma una forma simile a questa: "/W".[9]
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Per approfondire, vedi le voci Evoluzione stellare e Origine ed evoluzione del sistema solare. |
Il Sole è una stella di popolazione I (o terza generazione), la cui formazione si ritiene esser stata indotta dall'esplosione, circa 5 miliardi di anni fa, di una o più supernovae nelle vicinanze della nube molecolare da cui si sarebbe in seguito formato il sistema solare.[2][53] È accertato che, circa 4,57 miliardi di anni fa,[54] il rapido collasso della nube innescato, dall'esplosione stellare, portò alla formazione di una terza generazione di giovanissime stelle T Tauri di Popolazione I, tra cui il Sole, il quale, subito dopo la sua formazione, assunse un'orbita ellittica quasi circolare a circa 26 000 anni-luce dal centro della Via Lattea. Le inclusioni ricche in calcio-alluminio, residuate dalla formazione stellare, formarono un disco protoplanetario attorno alla stella nascente.[55]
L'ipotesi è stata formulata alla luce dell'alta abbondanza di elementi pesanti, quali oro ed uranio, nel nostro sistema planetario. Gli astronomi ritengono che questi elementi siano stati sintetizzati o tramite una serie di processi nucleari endoergonici durante l'esplosione della supernova (fenomeno che prende il nome di nucleosintesi delle supernovae), o grazie alle trasmutazioni, per mezzo di successivi assorbimenti neutronici, da parte di una stella massiccia di popolazione II (o di seconda generazione).[56]
Il Sole è attualmente nella sequenza principale del diagramma Hertzsprung-Russell, ovvero in una lunga fase di stabilità durante la quale l'astro genera energia attraverso la fusione, nel suo nucleo, dell'idrogeno in elio ed è in uno stato di equilibrio, sia idrostatico, ossia non si espande (a causa della pressione di radiazione delle reazioni termonucleari) né si contrae (per via del collasso gravitazionale cui sarebbe naturalmente soggetta), sia termico.[2] Le sue dimensioni sono di poco più grandi di quelle di una stella di media grandezza, ma comunque decisamente più piccole di quelle di una ben più imponente gigante blu o gigante rossa. Una stella di classe G2 (come il Sole) impiega, per esaurire completamente l'idrogeno nel suo nucleo, un tempo stimato in circa 10 miliardi (1010)di anni.[57][56][58]
Il Sole si trova a circa metà della propria sequenza principale, ossia il periodo in cui nel suo nucleo viene fuso l'idrogeno per formare elio; considerando la massa della stella, la durata di questa fase si aggira sui 10 miliardi di anni. Al termine di questo lungo periodo di stabilità, ossia tra circa 5 miliardi di anni, il Sole entrerà nella fase di gigante rossa: nel momento in cui l'idrogeno contenuto nel nucleo si esaurirà, i suoi strati più esterni si espanderanno e, in conformità con la legge di Boyle, si raffredderanno, assumendo una colorazione rossastra; quando la temperatura interna sarà attorno ai 10 milioni K, avrà inizio la fusione dell'elio, che produrrà carbonio e ossigeno. Inoltre le sue dimensioni saranno colossali, prossime ad 1 UA (circa 100 volte quelle attuali),[59] tanto che la sua atmosfera esterna ingloberà quasi sicuramente il pianeta Mercurio e molto probabilmente Venere.[59] Incerto è invece il destino della Terra. Alcuni astronomi ritengono che anche il nostro pianeta verrà inglobato dalla stella morente; altri invece ipotizzano che il pianeta si salverà, poiché la perdita di massa da parte della nostra stella farebbe allargare la sua orbita, che slitterebbe di conseguenza sino a quasi 1,7 UA.[60] Il nostro pianeta sarà però inabitabile: gli oceani saranno evaporati a causa del forte calore e gran parte dell'atmosfera verrà dispersa nello spazio dall'intensa energia termica, che incrementerà l'energia cinetica delle molecole del gas atmosferico consentendo loro di vincere l'attrazione gravitazionale del nostro pianeta.[60]
Entro 7,8 miliardi di anni, il Sole rilascerà gli strati più esterni, che verranno spazzati via dal vento della stella morente formando una nebulosa planetaria, mentre le parti più interne collasseranno e daranno origine ad una nana bianca, che si spegnerà lentamente nello spazio.
Questo scenario evolutivo è tipico di stelle con una massa simile a quella del Sole, ossia che non hanno una massa sufficientemente elevata da esplodere come supernovae. [59][61]
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Per approfondire, vedi la voce Struttura stellare. |
Il Sole, essendo costituito da plasma (gas altamente ionizzato ad elevata temperatura), non possiede, al contrario di un pianeta roccioso, una superficie solida e ben definita: infatti, la densità dei gas che costituiscono la stella diminuisce esponenzialmente all'aumentare della distanza dal centro.[57][62]
La stella ha però una struttura interna ben definita, la quale non è, tuttavia, direttamente osservabile a causa dell'opacità degli strati interni della stella alla radiazione elettromagnetica. Un valido strumento per determinare la struttura solare è fornito dall'eliosismologia,[63] una disciplina che, esattamente come la sismologia, che si serve delle onde generate dai terremoti per rivelare l'interno della Terra, fa uso delle onde di pressione (infrasuoni) che attraversano l'interno del Sole.[63] L'analisi eliosismologica è spesso associata simulazioni computerizzate, che consentono agli astrofisici di determinare con buona approssimazione la struttura interna della nostra stella.[62][64]
Il raggio del Sole è misurato dal suo centro sino al limite della fotosfera, lo strato al di sopra del quale i gas sono abbastanza freddi o rarefatti da consentire l'irraggiamento di un significativo quantitativo di energia luminosa; è perciò lo strato meglio visibile ad occhio nudo.[62][65]
La struttura interna del Sole, come quella delle altre stelle, appare suddivisa in involucri concentrici;[65] ogni strato possiede delle caratteristiche e delle condizioni fisiche ben precise, che lo distinguono dal successivo.[65] Gli strati sono, partendo dal centro verso l'esterno:[62][65]
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Per approfondire, vedi la voce Nucleo solare. |
Il nucleo solare comprende il 10 % del volume totale della stella, ma costituisce oltre il 40 % della sua massa totale.[62][63] È qui che avvengono le reazioni di fusione nucleare, la fonte principe dell'energia solare.[63]
Gli astrofisici ritengono che il nucleo solare abbia delle dimensioni prossime agli 0,2 raggi solari, con una densità superiore a 150 000 kg/m³ (150 volte quella dell'acqua), una temperatura di circa 13 600 000 K (per raffronto, la sua temperatura superficie è 2350 inferiore – 5 785 K –) ed una pressione di quasi 500 miliardi di atmosfere;[62][65] è la combinazine di simili valori a favorire la fusione nucleare dell'idrogeno in elio. Il nucleo è l'unica regione della nostra stella in cui, attualmente,[66] avvenga la fusione nucleare. L'energia prodotta dalle reazioni nucleari mantiene alta la temperatura della stella; la radiazione elettromagnetica che ne risulta deve poi percorrere tutti gli strati del corpo celeste, perdendo così parte della sua energia, per poi diffondersi nello spazio come luce o flusso di particelle.[64]
Una recente analisi dei dati raccolti dalla missione SOHO suggerisce che la velocità di rotazione del nucleo sia superiore a quella della sovrastante zona radiativa.[67]
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Per approfondire, vedi la voce Zona radiativa. |
Situata all'esterno del nucleo, la zona radiativa si estende da circa 0,2 sino a 0,7 raggi solari; essa assorbe l'energia prodotta dal nucleo e la trasmette per irraggiamento (donde il nome) agli strati superiori.[57] Pressione e temperatura sono ancora abbastanza elevate da permettere il trasferimento dell'energia allo strato successivo.[62][64]
In questa fascia avviene il trasferimento dell'energia sprigionata dal nucleo verso lo strato superiore, la zona convettiva; la zona radiativa appare priva di moti convettivi: infatti, mentre la materia diventa più fredda a quote crescenti, il gradiente di temperatura è minore di quello del tasso di caduta adiabatica.[63] Il calore è trasferito dalla radiazione, ossia ioni di idrogeno ed elio emettono fotoni, che viaggiano attraverso una breve distanza prima di essere riassorbiti da altri ioni. In questo modo, l'energia viene trasferita verso gli strati più esterni in maniera molto lenta.[62][68]
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Per approfondire, vedi la voce Zona convettiva. |
La zona convettiva ha uno spessore di circa 200 000 km, e si trova nella parte superiore (a partire da circa il 70% del raggio solare) del Sole.[62]
Il plasma solare qui non è denso e caldo come negli strati inferiori, così l'energia ed il calore non vengono trasferiti attraverso l'irraggiamento. In questo strato infatti la materia più calda viene portata in superficie attraverso i moti convettivi. Una volta raffreddata, la materia risprofonda alla base della zona convettiva, dove riceve nuovamente il calore proveniente dalla zona radiativa.[64] A differenza dello strato sottostante, dunque, nella zona convettiva la materia è in costante movimento.[62][65]
Le colonne termiche della zona convettiva formano delle "impronte" sulla superficie solare, sotto forma di granuli solari o supergranuli.[65] Questo constante e turbolento movimento tipico della zona convettiva fa sì inoltre che numerose aree si comportino come delle dinamo, che originano un forte campo magnetico con poli appaiati (nord e sud) disposti lungo tutta la superficie solare.[69]
