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IL SOLE

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Published on March 1, 2014

Author: AsiaYoon

Source: slideshare.net

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IL SOLE Il Sole (dal latino Sol) è la stella madre del sistema solare attorno al quale orbitano gli otto pianeti principali (tra cui la Terra), i pianeti nani(dal 2006), i loro satelliti, innumerevoli altri corpi minori e la polvere diffusa per lo spazio, che forma il mezzo interplanetario. Il Sole costituisce da solo il 99,8% della massa del sistema. Il Sole è, propriamente, una stella di dimensioni mediopiccole costituita essenzialmente da idrogeno (circa il 74% della sua massa, il 92% del suo volume) ed elio (circa il 24-25% della massa, il 7% del volume), cui si aggiungono altri elementi più pesanti presenti in tracce. La sua densità media è 1,4 g/cm3 È classificata come una nana gialla di tipo spettrale G2 V: G2 indica che la stella ha una temperatura superficiale di circa 5 780 K (5 507 °C), caratteristica che le conferisce un colore bianco, che però appare giallo a causa dello scattering (si riferisce ad un'ampia classe di fenomeni in cui onde o particelle vengono deflesse ovvero cambiano traiettoria a causa della collisione con altre particelle o onde) dell'atmosfera terrestre; Il Sole, un tipico esempio di nana gialla

• 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 proprio nucleo, l'idrogeno in elio. Tale processo genera ogni secondo una grande quantità di energia (equivalente a 3,83 × 1026 J), emessa nello spazio sotto forma di radiazione elettromagnetica (radiazione solare) e flusso di particelle (vento solare). . Collocato all'interno del Braccio di Orione, braccio galattico secondario, il Sole orbita attorno al centro della Via Lattea ad una distanza media di circa 26 000 anni luce e completa la propria rivoluzione in 225-250 milioni di anni. Il Sole (visto nei raggi X dalla sonda spaziale giapponese Yohkoh) è una stella di sequenza principale

Diagramma HR e i principali gruppi di stelle

STRUTTURA E ROTAZIONE • • • Il Sole è una sfera di plasma quasi perfetta le cui dimensioni sono poco più grandi di quelle di una stella di media grandezza, ma decisamente più piccole di quelle di una ben più imponente gigante blu o gigante rossa. Possiede un'ellitticità stimata in circa 9 milionesimi:infatti, il suo diametro polare differisce da quello equatoriale di appena 10 km Tale differenza sussiste perché la rotazione del corpo sul proprio asse origina all'equatore la forza centrifuga. Tuttavia, poiché la rotazione della stella è molto lenta, la forza centrifuga è 18 milioni di volte più debole della gravità superficiale; da ciò ne consegue che la stella non possieda un rigonfiamento equatoriale molto pronunciato, caratteristica propria invece di alcune stelle. 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, al contrario di un pianeta roccioso, una superficie solida, la stella è soggetta 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. Inoltre, la densità dei gas che costituiscono la stella diminuisce esponenzialmente all'aumentare della distanza dal centro.

Sole possiede una struttura interna ben definita, la quale non è, tuttavia, direttamente osservabile a causa dell'opacità alla radiazione elettromagnetica degli strati interni della stella. Il raggio del Sole è la distanza tra il suo centro e il limite della fotosfera, 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. La struttura interna del Sole, come quella delle altre stelle, appare costituita di involucri concentrici;ogni strato possiede caratteristiche e condizioni fisiche ben precise, che lo differenziano dal successivo. Gli strati sono, dal centro verso l'esterno: Spaccato della struttura del Sole: 1. Nucleo 2. Zona radiativa 3. Zona convettiva 4. Fotosfera 5. Cromosfera 6. Corona 7. Macchia solare 8. Granulazione fotosferica 9. Protuberanza ad arco

Il nucleo solare è la parte più interna del Sole, e di conseguenza la più calda (circa 15 milioni di gradi centigradi). Al suo interno si svolgono le reazioni di fusione nucleare Gli indizi migliori sul suo stato vengono dall'eliosismologia, che sfrutta le vibrazioni del Sole, e dall'analisi dei neutrini emessi dalle reazioni di fusione, che possono arrivare indisturbati fino a noi. Questa è una fusione nucleare, nella quale delle molecole di idrogeno si fondono formando nuove molecole di elio.

• • • • Schema della fusione nucleare all'interno del Sole Secondo le teorie odierne, il centro del Sole è composto prevalentemente da idrogeno. La temperatura si aggira sui 16 milioni di gradi, la pressione è elevatissima, intorno a 500 miliardi di atmosfere, e la densità del materiale nel nucleo è di circa 150g/cm3. Queste condizioni sono estreme per noi ma normali per una stella. Gli atomi di idrogeno del nucleo non possono rimanere integri a queste temperature, e si separano in protoni ed elettroni. L'energia termica è così alta che più protoni, quando si incontrano casualmente, vincono la repulsione elettrica tra cariche dello stesso segno e si uniscono a formare un nucleo di elio. Ogni secondo, 594 milioni di tonnellate di idrogeno vengono convertite, rilasciando un'energia pari a 386 miliardi di miliardi di megawatt 4 1H → 2 2H + 2 e+ + 2 νe (4,0 MeV + 1,0 MeV) 2 1H + 2 2H → 2 3He + 2 γ (5,5 MeV) 2 3He → 4He + 2 1H (12,9 MeV)

La zona radiativa è uno strato interno del Sole e delle stelle; si estende da circa il 30% al 70% del raggio solare, cioè dal nucleo fino al confine con la zona convettiva per un totale di circa 350000 km. Nella zona radiativa, l'energia prodotta dal nucleo è trasportata da fotoni che percorrono il plasma impiegando, a causa dell'assorbimento e della rimissione, anche centinaia di migliaia di anni per attraversare la zona. Solo i neutrini, che interagiscono poco con la materia, attraversano la zona alla velocità della luce Parlando, dunque, di fotoni è ovvio che l'energia è trasportata per irraggiamento La temperatura della zona radiativa varia da circa 6.500.000 K in prossimità del nucleo, fino a circa 3.000.000 °C all'interfaccia con la zona convettiva La zona convettiva è uno strato interno in cui l'energia termica, attraverso i moti convettivi, viene portata negli strati più esterni del corpo celeste, ossia in superficie. Nel Sole, la zona convettiva occupa il 30% del raggio, e si trova nella parte esterna, a contatto con la superficie. Una volta che il gas incandescente è giunto alla fotosfera, emette fotoni nello spazio.

La fotosfera (composto da foto- e sfera; dal greco phós, phótos, "luce", e spháira, "globo", "palla") Corrisponde ad un disco luminoso . Ha una pressione pari ad 1/10 di quella terrestre . In particolare, nel caso del nostro Sole lo strato fotosferico non presenta alcuna discontinuità tangibile con la regione convettiva sottostante come con la corona solare più esterna; anzi esso si distingue unicamente per l'assenza quasi totale di altri raggi provenienti da strati più interni del globo La fotosfera del Sole ha una temperatura che varia dagli 8000 ai 4200 °C circa, decrescendo con l'allontanamento dagli strati più interni per quelli più esterni. Per questo ha un colore giallo. La fotosfera non è omogeneamente brillante in tutti i suoi strati, ma si fa più tenue in quelli periferici, per cosiddetto fenomeno dell'oscuramento al bordo Altre stelle possono essere più calde o più fredde. Uno schema semplificato dell'oscuramento al bordo. Il cerchio esterno è il punto oltre il quale i fotoni emessi dall'interno della stella non sono più assorbiti. L è la distanza alla quale la profondità ottica è 1. I fotoni ad alta temperatura emessi in A escono dalla stella, così come quelli di temperatura più bassa (e quindi meno luminosi) emessi in B. Dipende: • La densità della stella decresce al crescere della distanza dal centro; •La temperatura della stella decresce al crescere della distanza dal centro.

– La fotosfera solare è composta da celle di convezione chiamate granuli; ogni granulo è una tempesta di fuoco larga da 500 a 1000 km, al centro della quale del gas caldo sale dall'interno della stella, raffreddandosi e ricadendo ai bordi per moto convettivo. Un singolo granulo ha una vita media di soli 8 minuti, ma se ne formano di nuovi continuamente, dando alla fotosfera un aspetto complessivo simile ad una lenta ebollizione. Tra i granuli normali si trovano dei supergranuli grandi fino a 30.000 chilometri, capaci di resistere fino ad un giorno ’ I granuli sulla fotosfera solare sono causati dalle correnti convettive di plasma all'interno della zona convettiva del Sole. L'aspetto granulare della fotosfera solare è prodotto dalle estremità delle celle convettive e prende il nome di granulazione. Il plasma risale nella zona centrale dei granuli, che a causa della temperatura più alta appare più brillante, mentre ridiscende verso l'interno in prossimità del bordo, che sono quindi più freddi e meno luminosi.

Le macchie solari • • • Una macchia solare è una regione della superficie del Sole(la fotosfera) che è distinta da una temperatura minore dell'ambiente circostante, e da forte attività magnetica. Anche se in realtà le macchie solari sono estremamente luminose, perché hanno una temperatura di circa 5000 kelvin, il contrasto con le regioni circostanti, ancora più luminose grazie ad una temperatura di 6000 kelvin le rende chiaramente visibili come macchie scure. Il numero di macchie che appaiono sulla superficie del Sole è stato misurato a partire dal 1700, e stimato all'indietro fino al 1500. La tendenza è quella di un numero in aumento, e i valori più grandi sono stati registrati negli ultimi 50 anni. Il numero di macchie solari è correlato con l'intensità della radiazione solare. Durante il Minimo di Maunder esse quasi scomparirono, e la Terra nello stesso periodo si raffreddò in modo consistente. La correlazione tra i due eventi è oggetto di discussioni nella comunità scientifica

L’atmosfera solare Gli strati al di sopra della fotosfera costituiscono l'atmosfera solaresono, in ordine: la cromosfera, la zona di transizione, la corona e l'eliosfera quest'ultima, che può essere considerata la tenue prosecuzione della corona.La cromosfera, la zona di transizione e la corona sono molto più caldi della superficie solare; la ragione di questo riscaldamento resta tuttora sconosciuta. Qui si trova anche lo strato più freddo del Sole: si tratta di una fascia chiamata regione di minima temperatura (temperature minimum in inglese), posta circa 500 km sopra la fotosfera: quest'area, che ha una temperatura di 4000 K, La cromosfera è interessata da diversi fenomeni emissivi di origine magnetica, come le spicule e le protuberanze solari La temperatura nella cromosfera aumenta gradualmente man mano che ci si allontana dalla stella, raggiungendo i 100 000 K negli strati più esterni.

Il numero di macchie solari visibili sulla superficie del Sole non è costante, varia durante il ciclo solare. Normalmente, durante il minimo solare le macchie sono assenti o molto esigue; quelle che appaiono si trovano di solito alle alte latitudini (lontane dall'equatore). Man mano che il ciclo prosegue, avanzando verso il massimo, le macchie si fanno sempre più frequenti e tendono a spostarsi verso le zone equatoriali della stella Le macchie di solito si trovano in coppie di polarità magnetica opposta;[3 la polarità magnetica delle macchie si inverte durante ogni ciclo solare, cosicché se in un ciclo una assume le caratteristiche di un polo nord magnetico, al ciclo successivo essa diventa un sud magnetico

• • La corona solare è la parte esterna dell'atmosfera solare, non ha limiti definiti e si estende nello spazioper decine di milioni di chilometri in modo molto tenue. È costituita da plasma a elevatissima temperatura (oltre un milione di kelvin). Essendo il plasma molto rarefatto, la temperatura non è da intendersi nel significato convenzionale; si parla in questo caso di temperatura cinetica Gli strati interni della corona hanno una densità di 1014 – 1016 particelle al metro cubo (l'atmosfera terrestre al livello del mare ha una densità di 2 × 1025 particelle al metro cubo) ed è sede di numerosi fenomeni di tipo magnetico.

Il vento solare • Il vento solare è costituito da un flusso continuo di particelle provenienti dal Sole, in prevalenza protoni ed elettroni, che, sfuggite alla gravitazione del sole, sono in grado di raggiungere le regioni più estreme del Sistema solare, ed anche oltre. Alla distanza della Terra il vento solare ha una velocità di circa 400 km/sec, con una densità di poche decine di particelle per centimetro cubo. Il vento solare, nel momento in cui raggiunge la Terra è causa di importanti fenomeni,

• Le aurore polari In condizioni di Sole attivo, soprattutto in occasione di una grossa eruzione cromosferica o della comparsa di un grosso gruppo di macchie al meridiano centrale del Sole, si aggiungono sciami occasionali di particelle molto veloci espulse dai centri di attività solare, la cui velocità varia entro ampi limiti, fino a circa 40.000 km/s. Tali particelle raggiungono la Terra entro poche ore dalla comparsa di un fenomeno di attività, dando luogo ad una varietà di fenomeni. Giunge per prima, in circa otto minuti, l'ondata di radiazione ultravioletta ed X che viaggia alla velocità della luce nel vuoto. La conseguenza è una fortissima ionizzazione dell'alta atmosfera, con fortissimi disturbi nelle radiocomunicazioni. Poi, un'ora dopo, giungono i protoni più veloci, appena deviati dal campo magnetico terrestre. Infine arriva, tra le 20 e le 40 ore dopo, il grosso delle particelle più lente, che, deviate dal campo magnetico terrestre, si concentrano ai Poli terrestri producendo una intensa ionizzazione della ionosfera. Si scatena, allora, una vera e propria tempesta magnetica: le bussole

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