Il Sole

È la nostra stella: una sfera di gas incandescente ionizzato di idrogeno ed elio con tracce di materiali più pesanti di medie dimensioni, la fonte di calore e di luce per tutti i pianeti e la massa gravitazionale che li mantiene tutti in orbita. Ha raggio pari a circa 109 volte il raggio terrestre e massa pari a 333.000 volte la Terra, ovvero 1,9891×10³⁰ kg, che rappresenta il 99,86% della massa complessiva del sistema solare.
La massa è stata calcolata utilizzando la Legge di Gravitazione Universale di Newton: due corpi si attraggono lungo la linea che li congiunge con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse (M1 ed M2) ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza (D). F = G (M1 M2)/D² dove G è la costante di gravitazione universale (6,67x10^-11 Nm²/kg²) e ponendo a 0 la massa della Terra.
Il sole dista dalla terra 149.600 Km (1 UA) ed ha un diametro apparente simile alla luna in quanto è 400 volte più lontano ma con un diametro di 400 volte maggiore.
Il Sole è una stella di dimensioni medio-piccole costituita principalmente da idrogeno (74% della sua massa) ed elio (24-25% della massa), cui si aggiungono altri elementi più pesanti presenti solo in tracce. È classificato come una "nana gialla" di tipo spettrale G2 V: "G2" indica che la stella ha una temperatura superficiale di 5.777 K (5.504 °C), caratteristica che le conferisce un colore bianco estremamente intenso e cromaticamente freddo, mentre l'aspetto giallo o rossastro dipende dalla diffusione luminosa nell'atmosfera terrestre, con un percorso maggiore quando il sole è basso all'orizzonte, all'alba o al tramonto, rispetto a quando si trova allo zenit. La V (5 in numeri romani) indica che il Sole, come la maggior parte delle stelle, è nella sequenza principale del diagramma Hertzsprung-Russell, ovvero nella lunga fase di equilibrio stabile termico-gravitazionale in cui l'astro fonde, nel proprio nucleo, l'idrogeno in elio: la temperatura prodotta dalle reazioni termonucleari si oppone al collasso gravitazionale. Tale processo genera una grande quantità di energia (equivalente a una potenza di 3,9×10²⁶ W/sec), emessa nello spazio sotto forma di radiazioni elettromagnetiche (radiazioni solari), flusso di particelle (vento solare) e neutrini. La potenza ricevuta sulla Terra, la cosiddetta costante solare, è circa 1.4*103 W/m2. Il Sole orbita attorno al centro della Via Lattea, all'interno del Braccio di Orione, un braccio secondario della spirale galattica, ad una distanza media dal centro galattico di circa 26.000 anni luce e completa la propria rivoluzione in 225-250 milioni di anni (appena 17-18 rivoluzioni attorno al nucleo galattico da quando si è formato). La posizione defilata, lontana dal centro galattico, da regioni ad elevata densità stellare e da sorgenti radioattive quali le pulsar, è una delle più favorevoli per lo sviluppo della vita. Pur tracciando un'orbita ellittica quasi circolare ha delle oscillazioni sinusoidali che lo portano prima sopra e poi sotto il piano galattico ogni 90 milioni di anni, esponendosi alle maggiori perturbazioni gravitazionali da parte delle stelle che giacciono prevalentemente sul piano galattico, che creano perturbazioni sugli asteroidi e sui corpi della fascia di Kuiper e della nube di Oort, spingendoli all'interno delle orbite dei pianeti a provocare collisioni catastrofiche.
Il Sole si trova allo stato di plasma (gas ionizzato) e non possiede una superficie solida per cui ruota più velocemente all'equatore (25 giorni) che non ai poli (34 giorni); combinando la rotazione solare con il moto di rivoluzione della Terra la rotazione apparente all'equatore è di 28 giorni. Il nucleo, che rappresenta solo il 10% del volume solare, in base ad analisi con onde acustiche, ruoterebbe ad una velocità quattro volte superiore, probabilmente la stessa iniziale del disco protosolare.
Il sole, pur denotando una luminosità abbastanza costante rispetto a stelle di analoga grandezza, presenta delle variabilità nel breve periodo, legate alle granulazione che salgono in superficie e ciclicamente ogni 11 anni, per la comparsa di macchie solari, legate al campo magnetico interno.

Struttura

La parte più interna è il Nucleo, sede dei processi di fusione nucleare, ad una pressione pari a 3x10⁹ atmosfere e a temperature superiori a 15 milioni di °K; in queste condizioni l'idrogeno si trasforma in elio per fusione nucleare; l'energia sprigionata da queste reazioni raggiunge la sovrastante Zona Radiativa, che, attraverso una zona intermedia(tachocline) fondamentale per la funzione di dinamo magnetico, trasmette per irraggiamento energia alla Zona Convettiva, dove vi sono gas caldi in ascesa e "freddi" (provenienti dalla Fotosfera) in discesa.
La zona convettiva ha uno spessore di 200.000 Km ed i movimenti delle masse verso la superficie determinano la formazione dei campi magnetici solari che danno luogo ai fenomeni della fotosfera. I granuli costituiscono le masse più calde che si affacciano verso la superficie, mentre le linee più scure che delimitano i granuli rappresentano materiale raffreddato che ritorna in profondità nella zona convettiva. La combinazione dei moti convettivi con la rotazione solare determina fenomeni complessi legati all'effetto Coriolis
A racchiudere tutto vi è la Fotosfera, la superficie a noi visibile. Sulla Fotosfera si presentano diversi fenomeni: i Granuli, bolle di gas di 1000-2000 Km di diametro dovute ai sottostanti moti convettivi, le Prominenze ed i Flares o brillamenti (fughe di gas causanti una sovra radiazione) e le Macchie solari.
Sopra la fotosfera si trova l'atmosfera solare, costituita da vari strati, in ordine: la cromosfera, la zona di transizione, la corona e l'eliosfera, quale tenue prosecuzione della corona fino ad oltre la Fascia di Kuiper, andando s scontrarsi con il mezzo interstellare. Fenomeni magnetici e compressivi non ben conosciuti, fanno si che l'atmosfera sia molto più calda della fotosfera, benchè esista uno strato a 500 Km dalla fotosfera che presenta la temperatura minima della zona, intorno ai 4.000 °K.
Subito sopra della fotosfera si trova la cromosfera, una sottile fascia spessa circa 2000 km, che appare come una linea rossastra che avvolge la luna in corso di eclissi totale, dovuta non tanto a spicule, protuberanze e brillamenti, quanto alla radiazione emessa da atomi di idrogeno a bassa pressione. La temperatura nella cromosfera aumenta gradualmente man mano che ci si allontana dalla stella, raggiungendo i 100.000 °K negli strati più esterni, per raggiungere, nell'attraversare la zona di transizione il milione di °K della corona.
La corona è la parte esterna dell'atmosfera solare, senza un limite di spessore definito. È costituita da plasma a elevatissima temperatura (oltre un milione di °K) benchè molto rarefatto, che si mescola al Vento Solare, ovvero alle particelle che evaporano dalla superficie del sole.
L'idrogeno presente nel nucleo solare è sufficiente per almeno altri 5 miliardi di anni, quando tutto sarà trasformato in elio sarà l'elio a fondersi in carbonio quindi questo in ossigeno dopo il quale i processi si arresteranno ed il Sole sarà destinato a spegnersi lentamente. Attualmente, ogni secondo, il Sole trasforma 5,7*10¹¹ kg di idrogeno in 5,6*10¹¹ kg di elio liberando energia che, nel 97% dei casi, è formata da raggi gamma.
Il sistema delle fusioni è autoregolamentato: aumentando la pressione/temperatura del nucleo accelerano le reazioni interne che fanno espandere il sole, così si riduce la pressione/temperatura interna, le reazioni si attenuano ed i strati di materiali precipitano verso il centro aumentando nuovamente le reazioni.
Quattro protoni di idrogeno si fondono per formare un nuovo atomo di elio, più leggero dello 0,7% rispetto ai quattro atomi di partenza ed emettendo energia sotto forma di fotoni gamma, che, partendo dal nucleo, vengono catturata da altri atomo, quindi riemessi verso un altri, impiegando forse 10-11.000 anni per raggiungere la superficie mentre, da qui, solo 8,5 minuti per raggiungere la superficie terrestre. In base alla relazione di Einstain, E=mc², e considerando l'energia luminosa emessa dal sole ogni secondo, si può calcolare che il sole perde 4,24 milioni di tonnellate di massa ogni secondo.
La percentuale di metalli, presenti in tracce soprattutto negli strati più superficiali, sono litio, berillio e boro; neon, è pressoché invariata dalle origini così come ferro, cobalto e manganese.

Le Macchie solari

Le Macchie solari appaiono come piccole zone nere della superficie perché a temperatura inferiore della fotosfera (circa 4600 °K). Il campo magnetico che le determina impedisce i moti convettivi sottostanti determinando l'abbassamento termico, che appare come una zona scura (ombra) delimitata da una zona intermedia posta a raggera (penombra).
Le macchie solari sono dovute a tempeste magnetiche che si ripetono per la deformazione delle linee di campo magnetico solare dovuta ai differenti periodi di rotazione della massa gassosa (da 25 giorni all'equatore fino a 30 giorni ai poli). Tubi di flusso magnetico nella zona convettiva del Sole vengono "arrotolati" e "caricati" dalla rotazione differenziale della stella, tanto che rimbalzano come elastici e spuntano sulla superficie solare, la Fotosfera, interrompendo i flussi di energia convettiva ed abbassando la temperatura di superficie. Le macchie solari spuntano a coppie, di opposta polarità magnetica. Da ciclo a ciclo, la polarità delle macchie anteriori e posteriori (rispetto alla rotazione del Sole) cambia da nord/sud a sud/nord e viceversa.
L'attività delle macchie segue un ciclo di circa 11 anni. Ogni ciclo undecennale dell'attività solare comprende un massimo ed un minimo, identificati in base al numero di macchie solari presenti durante l'anno. All'inizio del ciclo, le macchie tendono ad apparire a latitudini elevate, per poi muoversi verso l'equatore quando il ciclo si avvicina al massimo (questo comportamento è chiamato legge di Spörer).
Osservazioni condotte dalla sonda SOHO, durante analisi della composizione solare con onde acustiche, hanno dimostrato che sotto ogni macchia solare vi sono potenti correnti di materiale dirette verso l'interno del Sole, che formano dei vortici che concentrano le linee di campo magnetico. Di conseguenza le macchie sono delle vere tempeste auto-sostenentesi, simili in alcuni aspetti agli uragani terrestri o alle macchie visibili su pianeti gassosi.
Solo recentemente è stato dimostrato che le perturbazioni magnetiche alla base dei cicli solari, sono in parte determinate dalle forze mareali indotte sul Sole da Venere, Terra e Giove, ed in particolare quando i tre pianeti sono allineati, fenomeno che si ripete ogni 11,07 anni. Ovviamente anche gli altri pianeti determinano forze mareali e questo rende ragione della variabilità di ogni ciclo rispetto agli altri.
Oggi infatti msi conoscono molti periodi diversi nella variazione del numero di macchie, di cui quello di 11 anni è semplicemente il più evidente. Lo stesso periodo è osservato nella maggior parte delle altre espressioni di attività solare, ed è profondamente legato alle variazioni del campo magnetico solare. Non si sa se esistano periodi molto lunghi (di secoli o più), perché l'intervallo registrato dagli astronomi è troppo corto, ma se ne sospetta fortemente l'esistenza.
Le macchie solari possono durare da pochi giorni a diversi mesi e variano di dimensioni da poche centinaia di chilometri a gruppi complessi di 100.000 Km. Le eruzioni occasionali vicino alle macchie sono i flair o brillamenti ed espellono particelle atomiche che interagiscono con l'atmofera terrestre, provocando le aurore boreali, disturbi delle comunicazioni .
le macchie compaiono sul disco solare entro una fascia di latitudine compresa tra 10 e 40 gradi in ciascun emisfero e precisamente all’inizio di un ciclo solare esse appaiono alle latitudini più elevate della fascia, mentre a fine ciclo si notano a quelle più basse, cioè nei pressi dell’equatore solare. Il numero di macchie aumenta nel corso di 4,6 anni fino a raggiungere un valore massimo per poi diminuire gradualmente per 6,4 anni verso un secondo minimo.
I massimi di ciascun ciclo sembrano variare di volta in volta, mentre i minimi degli ultimi cinque cicli hanno fornito lo stesso livello di emissione.
Esiste un legame tra l'attività solare ed il clima terrestre: la presenza delle macchie, pur essendo di temperatura inferiore, si accompagna ad intensificazioni delle facule e delle eruzioni con brillamenti ed emissone di materia che aumentano la radiazione solare. Così, poco dopo la loro scoperta, il Sole non presentò macchie dal 1645 al 1715, Minimo di Maunder, accompagnato da basse temperature, scarsi raccolti e carestie, una piccola "era glaciale". Analogo fenomeno è rappresentato dal minimo di Danton per 40 anni, a cavallo dell'ottocento.
Si sospetta che anche periodi precedenti similglaciali (1400-1550) o di estati intense e prolungate (1100-1300, quando la Groenlandia il nord America ed il canada furono oggetto di un tentativo di colonizzazione vichinga), dedotti dai cerchi di accrescimento degli alberi o dal nucleo dei ghiacci, si è giunti a ipotizzare che un altri minimi e massimi di notevole lunghezza.
Con questo non si vuole suffragare l'ipotesi degli anni '90 di Friis Christensen e Lassen, già ampiamente demolita dal Dr. Peter Laut, che le macchie e l'attività solare ad esse correlata, possa essere la causa principale del riscaldamento globale e non l'introduzione antropica di eccessive quantità di gas serra ad opera dell'uomo.

Eclissi di Sole

Quando la Luna si interpone davanti al sole ed impedisce alla luce di filtrare fino a terra avviene un'eclisse. Ogni anno ci sono almeno due eclissi, ma non tutti gli abitanti della Terra la notano.
L'ombra proiettata dalla luna ha una parte centrale assoluta (eclissi totale) ed un anello di penombra attorno a questo (eclissi parziale). Il cono d'ombra è stretto e solo raramente interessa la stessa località. L'eclissi totale dura mediamente 4-5 minuti, in qualche circostanza è arrivata a 7,5 minuti. La visione diretta senza gli occhiali da saldatore (o vetri speciali o 2-3 lastre sovrapposte nella parte più scura) può causare danni retinici permanenti. Quando la luna è alla massima distanza dalla terra rimane un anello di fotosfera che circonda la luna (eclissi anulare).