Perché è importante studiare il Sole?

Cominciamo con il primo di una serie di articoli dedicati alla nostra stella. Perché studiare il Sole? Ci sono diversi ottimi motivi, vediamone i principali.

di Fabio Giannattasio

Fin dalle origini dell’umanità il Sole ha rappresentato un oggetto di grande interesse e venerazione, imprescindibile per la vita e lo sviluppo di tutte le civiltà. Per questo la sua osservazione ha radici antichissime, che affondano nella necessità, ad esempio, delle prime popolazioni stanziali di conoscere l’alternarsi di solstizi ed equinozi al fine di identificare i migliori periodi di semina e raccolto. A distanza di millenni osservare e studiare il Sole riscuote sempre un altissimo interesse, e la nostra stella non ha mai cessato di occupare quel posto d’onore che ha nella conoscenza umana.

Il motivo? Si tratta di una necessità oltreché di un legittimo interesse scientifico. Per di più i progressi fatti in questa conoscenza hanno coinciso con grandi progressi in altre branche della scienza. Insomma, ci sono diversi motivi per cui ancora oggi e nel futuro è di primaria importanza studiare il Sole.

Ecco i principali:

Perché è la nostra stella

Quasi tutta l’energia che investe la Terra dallo spazio sotto forma di radiazione e particelle e che la tiene viva proviene dal Sole. La nostra stella è imprescindibile per lo sviluppo della vita come la conosciamo, regola il bilancio energetico del nostro pianeta, il clima e la composizione chimica della sua atmosfera, ed allo stesso tempo è alla distanza giusta perché ci sia acqua liquida in superficie. Il suo campo magnetico, che permea il sistema solare, ci protegge da particelle energetiche potenzialmente dannose provenienti da ogni angolo dell’Universo. Ovviamente, se da una parte la vita sulla Terra come la conosciamo non avrebbe potuto svilupparsi senza un Sole, al tempo stesso la nostra stella può investirci di particelle e radiazioni talmente energetiche da essere potenzialmente pericolose e danneggiare le infrastrutture a terra e nello spazio da noi costruite e che regolano la nostra vita quotidiana. Nondimeno, tali emissioni possono essere un pericolo diretto e indiretto per la salute umana. Per questo motivo negli ultimi decenni gli scienziati dedicano sempre maggiori sforzi allo studio dei fenomeni legati allo Space Weather, la Meteorologia Spaziale, ossia l’insieme delle condizioni fisiche del Sole, dello spazio interplanetario e degli effetti che la variazione di tali condizioni può avere sui pianeti del Sistema Solare, con particolare enfasi su ciò che accade nell’ambiente circumterrestre e nell’atmosfera del nostro pianeta.

Perché è vicino

Il Sole è praticamente dietro l’angolo, dista “soltanto” 150 milioni di km. Un valore enorme per la nostra sensibilità, ma davvero irrisorio in astronomia. La sua vicinanza, unitamente allo sviluppo delle più sofisticate tecnologie che ci consentono di costruire telescopi solari sempre più grandi e performanti, permette di studiarlo in grande dettaglio e da molto vicino. Così conosciamo abbastanza bene il Sole, e con i moderni telescopi siamo in grado di osservare un oggetto a tale distanza e così grande (il Sole ha un raggio di circa 700 mila km) con una risoluzione tale da poter distinguere nella sua atmosfera, ad esempio alle frequenze dello spettro visibile, strutture tra loro distanti soltanto un centinaio di km. Questa distanza potrebbe sembrarci grande se paragonata alle distanze a cui siamo abituati, ma equivarrebbe a poter distinguere due oggetti a pochi centimetri tra loro da una distanza di 100 km! E non è finita qui: i telescopi di ultimissima generazione, che possono raggiungere i 4 metri di diametro, ci permetteranno di osservare ancora più in dettaglio l’atmosfera solare, con una risoluzione di poche decine di km. Abbiamo quindi la possibilità unica di poter vedere com’è fatta una stella, una stella attiva, senza ricorrere troppo a modelli ed ipotesi non direttamente verificabili, né fare troppe assunzioni sulla sua variabilità. Siamo (e lo saremo sempre di più) in grado di studiare e misurare alcuni parametri fondamentali che descrivono le proprietà fisiche della nostra stella, e in futuro speriamo di svelarne tutti i misteri, rispondendo ai tanti quesiti che ad oggi sono ancora irrisolti. Ma è pur vero che le nuove osservazioni oltre che tante risposte probabilmente porteranno con sé anche tante altre domande…

Perché è un laboratorio naturale

Sul Sole siamo in effetti in grado di studiare una varietà di fenomeni tale da farci fare un salto enorme nella conoscenza di molteplici processi all’opera in natura. Per questo il Sole è un laboratorio unico per studiare la fisica alla base di tale processi, ad esempio la fisica dei plasmi, l’interazione della materia con intensi campi elettrici e magnetici, i meccanismi di trasporto di energia, le reazioni termonucleari, le proprietà di alcune particelle emesse dal Sole, il comportamento della radiazione e la sua propagazione, ecc. Insomma, il Sole è un laboratorio come non saremo mai in grado di realizzare sulla Terra. Non è possibile infatti realizzare esperimenti sulla Terra che possano caratterizzare il comportamento di un corpo rotante, magnetizzato, con un’atmosfera e un interno stratificati e il sovrapporsi di dinamiche complesse e con parametri fisici estremi come quelli associati al Sole. Non siamo in grado di realizzarlo, ma siamo in grado di osservare il sistema complesso Sole, dove tutto ciò avviene ogni istante. Il laboratorio Sole ha permesso, ad esempio, di scoprire l’elio (l’elemento più abbondante nell’Universo dopo l’idrogeno, e il cui nome non a caso deriva dal greco hèlios, cioè Sole), verificare per la prima volta e con grande precisione la teoria della relatività generale di Einstein, scoprire le righe spettrali e dare quindi origine alla spettroscopia, scoprire l’oscillazione tra i tre diversi sapori (diciamo diversi tipi) dei neutrini (particelle elementari la cui esistenza era stata postulata nel 1930 dal fisico tedesco Wolfgang Pauli) contribuendo così al “miglioramento” del modello standard (la teoria che descrive alcune delle forze fondamentali dell’Universo e le particelle ad esse associate). E tanto altro ancora.

Perché è una stella come tante nell’Universo

Per ultimo, ma non meno importante, il Sole è il frontman di un gruppo di miliardi di stelle ad esso simili. Conoscere nel dettaglio i processi che caratterizzano il Sole vuol dire conoscere tante altre stelle come il Sole, che si trovano nello stesso stato evolutivo, che hanno pressappoco la stessa massa, la stessa composizione e condividono lo stesso destino. I parametri fisici osservati sul Sole con ottima accuratezza possono essere utilizzati per tantissime altre stelle simili, la stragrande maggioranza delle quali non riusciremo mai ad osservare, almeno nel prossimo futuro, e tali parametri fisici sono a buon diritto dei valori di riferimento dai quali i modelli di evoluzione stellare non possono prescindere. Insomma, conoscere il Sole ci permette di conoscere tantissime altre stelle prima ancora di raggiungere la tecnologia necessaria per osservarle direttamente. Non solo. Per la sua vicinanza un quadrato di lato 600 metri sul Sole fornisce tanta luce (e quindi tante informazioni) quanta ne avremmo da un’intera stella posta a 10 parsec (1 parsec corrisponde a circa 30000 miliardi di km) di distanza! Quindi ogni elemento di risoluzione della nostra stella può essere pensato come un’atmosfera stellare a sé, e la disomogeneità del Sole (che approfondiremo nei prossimi post) ci permette di studiare atmosfere stellari con diverse caratteristiche fisiche.

Il Sole in pillole:
Massa ≅ 2 x 10^30 Kg (Massa della Terra ≅ 6 x 10^24 Kg)
Raggio ≅ 700 000 Km (Raggio della Terra ≅ 6371 Km)
Luminosità ≅ 3.8 x 10^33 erg/s
Temperatura efficace (di corpo nero) ≅ 5776 K
età ≅ 1.4 x 10^17  s (vale a dire circa 4.5 miliardi di anni)

In copertina: Calendario azteco Pietra o Pietra del sole
I crediti delle immagini d iquesto post sono NASA/SDO