Un fotone nato nel nucleo del Sole può impiegare fino a 170.000 anni per farsi strada verso la superficie. Un neutrino nato nella medesima reazione di fusione, nello stesso istante esatto, compie lo stesso viaggio in 2,3 secondi. Questo divario rivela molto di più su cosa sia il Sole – un reattore denso e turbolento, non una semplice palla di fuoco – di quasi qualsiasi altro fatto su di esso.
Il Sole è la stella al centro del Sistema Solare, la fonte essenzialmente di tutta la luce, il calore e l'energia che rendono possibile la vita sulla Terra. È abbastanza vicino per essere studiato in dettaglio e ordinario abbastanza, per quanto riguarda le stelle, per insegnarci sui miliardi di altri che non visiteremo mai.
Questa combinazione di familiarità e stranezza è ciò che lo rende degno di uno sguardo più attento. La sua superficie è milioni di gradi più fresca dell'atmosfera sottile sopra di essa, la sua forma è più vicina a una sfera perfetta di qualsiasi altra cosa mai misurata, e i veicoli spaziali hanno solo recentemente riuscito a volare attraverso il suo bordo esterno e a sopravvivere per riferire.
Una Sfera Più Rotonda di Qualsiasi Cosa Abbiamo Mai Misurato
Il Sole è enorme per qualsiasi standard umano – il suo diametro è circa 1.391.400 km, circa 109 volte quello della Terra, il che lo rende l'oggetto più grande e massiccio del Sistema Solare. Da solo rappresenta circa il 99,86% della massa totale del Sistema Solare; tutto il resto, da Giove al più piccolo asteroide, è ciò che rimane. Per mettere il divario di massa in termini su scala umana, ci vorrebbe più di 330.000 Terre per bilanciare il Sole su una bilancia, e 1,3 milioni di Terre per riempire il suo volume.
Nonostante questa massa, il Sole è notevolmente vicino a una sfera perfetta. Le misurazioni satellitari hanno riscontrato la sua obliquità – quanto si gonfia all'equatore rispetto a come si appiattisce ai poli – di soli circa 8 parti per milione. Questo lo rende, secondo questa misura, l'oggetto naturale più vicino a una sfera perfetta mai osservato. Per un oggetto composto interamente da plasma turbolento senza una superficie rigida per mantenere la sua forma, questa precisione è inaspettata; implica che la gravità del Sole domina completamente la sua dinamica interna così che persino la rotazione veloce lo distorce appena.
Parlando di rotazione, il Sole non gira come un pianeta solido. Misurato rispetto alle stelle di sfondo, il suo periodo di rotazione è circa 25,6 giorni all'equatore ma 33,5 giorni ai poli – una differenza chiamata rotazione differenziale, possibile solo perché il Sole è fluido lungo tutta la strada piuttosto che un corpo rigido.
Un Nucleo Abbastanza Caldo da Fondere gli Atomi, una Superficie Fredda in Confronto
Nel centro del Sole, le temperature raggiungono quasi 15,7 milioni di kelvin e le densità salgono a 150 g/cm³ – circa 150 volte la densità dell'acqua liquida – condizioni abbastanza estreme da sostenere la fusione nucleare. Questa fusione è ciò che fa splendere il Sole, ma l'energia che rilascia non viaggia direttamente verso l'esterno. Viene assorbita e riemessa ripetutamente dal plasma circostante, un processo così lento che il ritardo dei fotoni fino a 170.000 anni descritto sopra è una conseguenza diretta di quanto completamente compatto sia l'interno del Sole.
Il processo di fusione dominante è la catena protone-protone, ma un percorso secondario chiamato ciclo CNO attualmente fornisce circa lo 0,8% dell'energia del Sole – una piccola frazione oggi, ma una che gli astronomi si aspettano cresca mentre il Sole invecchia e si illumina nel corso di miliardi di anni. Quando l'energia generata da questa fusione finalmente raggiunge la superficie, la temperatura è scesa enormemente: la superficie del Sole, o fotosfera, si trova a soli circa 5800 K, una piccola frazione della temperatura del nucleo.
Questo forte calo dal nucleo alla superficie pone il prossimo enigma, perché l'atmosfera sopra la superficie inverte completamente la tendenza.
Un'Atmosfera che Diventa Più Calda Più Lontano Vai
Immediatamente sopra la fotosfera di 5800 K si trova la corona, l'atmosfera esterna del Sole – ed è drasticamente più calda, non più fredda. La corona ha in media 1.000.000 fino a 2.000.000 K, e le sue regioni più calde raggiungono da 8.000.000 a 20.000.000 K. Non esiste ancora una teoria completa che spieghi perché la corona sia così più calda della superficie su cui si siede, anche se la riconnessione magnetica è nota per fornire almeno parte del calore. Rimane una delle domande più ostinate rimaste del Sole.
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Studiare la corona da vicino è diventato possibile solo di recente. Ad aprile 2021, la Parker Solar Probe della NASA è diventata il primo veicolo spaziale a volarvi attraverso, attraversando la corona a distanze eliocentrare di 16 fino a 20 raggi solari e sopravvivendo a condizioni a cui nessuna missione precedente era stata costruita per resistere. Raggiungere quel confine ha richiesto oltre sei decenni di storia dei voli spaziali – un ricordo di quanto ancora ostile sia l'ambiente immediatamente intorno alla nostra stessa stella.
La corona non è nemmeno confinata vicino al Sole. Fluendo verso l'esterno, diventa il vento solare, che viaggia attraverso l'intero Sistema Solare finché non colpisce l'eliopausa più di 50 au (7,5 miliardi di km) dal Sole. Il Voyager 1 ha attraversato quel confine nello spazio interstellare il 25 agosto 2012, a circa 122 au (18,3 miliardi di km) di distanza – prova che l'influenza del Sole si estende ben oltre i pianeti prima di cedere finalmente il resto della galassia.
Abbastanza Brillante da Superare Ogni Altra Stella Combinata
Dalla Terra, il Sole ha una magnitudine apparente di -26,74, rendendolo di gran lunga l'oggetto più luminoso nel cielo. Quel numero si traduce in quasi 13 miliardi di volte più luminoso di Sirio, la prossima stella più luminosa, che ha una magnitudine apparente di -1,46. Il divario è davvero una questione di distanza, non di potenza grezza: il Sole è solo circa 93 milioni di miglia (150 milioni di chilometri) dalla Terra, mentre ogni altra stella è a trilioni di miglia di distanza – abbastanza vicino che la sua luce sopravanza ogni altro punto nel cielo notturno combinato.
Macchie Solari, Brillamenti e Protuberanze: Il Tempo del Sole
La superficie del Sole non è statica. Le macchie solari – zone più scure e più fredde causate da campi magnetici concentrati – hanno temperature nucleari di circa 3.000 fino a 4.500 K rispetto a una fotosfera circostante a circa 5.780 K, e variano enormemente in dimensione, da 16 km fino a 160.000 km di diametro. Il loro numero sale e scende in un ciclo solare di 11 anni, rendendo i conteggi delle macchie solari uno dei più antichi indicatori continuamente tracciati dell'attività solare.
Più violenti sono i brillamenti solari, rilasci improvvisi di energia magnetica classificati per luminosità ai raggi X su una scala alfabetica. I brillamenti di classe X10 grave si verificano circa otto volte ogni ciclo di 11 anni, mentre i piccoli brillamenti di classe M1 accadono all'incirca 2.000 volte nello stesso arco – un chiaro promemoria che gli scoppi più estremi del Sole sono rari proprio perché sono estremi. I brillamenti furono identificati per la prima volta nel 1859, quando gli astronomi Richard Carrington e Richard Hodgson osservarono indipendentemente uno proiettando l'immagine del Sole attraverso un telescopio, decenni prima che chiunque capisse cosa significasse un campo magnetico sul Sole.
Le protuberanze solari sono più calme ma visivamente impressionanti: anelli di plasma relativamente fresco ancorato alla superficie e arcuato nella corona. Come la corona stessa, normalmente sono troppo deboli per vedere contro il bagliore del Sole e diventano visibili all'occhio nudo solo durante un'eclissi solare totale. La più grande prominenza mai registrata si estendeva per più di 800.000 km – circa la lunghezza di un raggio solare – arcuandosi da una stella che, sulla scala della galassia, è una dimensione piuttosto ordinaria.
Una Stella in Movimento
Il Sole e l'intero suo sistema planetario non sono fermi. Il Sistema Solare si muove attraverso la Via Lattea a una velocità media di 450.000 miglia all'ora (720.000 km/h) – abbastanza veloce da attraversare gli Stati Uniti continentali in meno di 30 secondi. Eppure anche a quella velocità, un'orbita completa della galassia richiede circa 230 milioni di anni, un arco così lungo che il Sole ha completato solo circa 20 tali orbite da quando si è formato. La scala è relativa: una stella che supera brillantemente tutto il resto nel nostro cielo di miliardi di volte è, dalla prospettiva della Via Lattea, solo una luce su un carosello che si muove molto lentamente.