Il Sole: il nostro laboratorio

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1 Il Sole: il nostro laboratorio

2 Il Sole Il Sole si trova in un braccio spirale della nostra Galassia (Via Lattea), chiamato braccio di Orione, a circa anni-luce dal centro (1 anno-luce=9,5x10 13 km). Il Sole ruota intorno al centro della Galassia in 225 milioni di anni. Quindi il Sistema Solare ha una velocità di 230 km/s (o km/h). La nostra Galassia è costituita da circa 100 miliardi di stelle e ci sono almeno 100 miliardi di galassie nell Universo. Il Sole ha ispirato figure mitologiche in molte culture come quelle degli antichi Egizi, degli Aztechi, degli Indiani d America e dei Cinesi. Il Sole è volte più massiccio della Terra e contiene il 99,86% della massa dell intero Sistema Solare. E costituito per il 78% da Idrogeno, per il 20% da Elio e per il 2% da altri elementi. Energia totale irradiata: 2 x erg al secondo.

3 Nucleo Regione in cui viene prodotta l energia. La fusione nucleare trasforma ad ogni secondo circa 700 milioni di tonnellate di idrogeno in elio Zona Radiativa Regione in cui l energia viene trasportata per radiazione Sebbene i fotoni prodotti viaggino alla velocità della luce, vengono deviati così tante volte dal denso materiale che impiegano milioni di anni per raggiungere la superficie Zona Convettiva L energia viene trasportata per convezione, come in una pentola d acqua che bolle, in superficie La Struttura del Sole

4 I NEUTRINI SOLARI Verso la fine degli ani sessanta, la necessità e la volontà di provare che l energia generata all interno del Sole fosse effettivamente prodotta da reazioni nucleari, come aveva previsto H. Bethe, portò Davis e collaboratori a proporre un esperimento per la rivelazione dei neutrini solari.

5 IL PROBLEMA DEI NEUTRINI SOLARI Nel 1970 vennero pubblicati i primi risultati che misero in discussione la teoria secondo la quale l energia solare viene prodotta da reazioni nucleari. Con grande stupore di tutta la comunità scientifica, i risultati ottenuti dalle prime misure di Davis non corrispondevano alle previsioni. Infatti soltanto circa un terzo dei neutrini previsti erano stati rivelati : era nato il problema dei neutrini solari.

6 Problema della fisica solare o della fisica delle particelle? Tale problema coinvolgeva sia l astrofisica che la fisica in generale, in quanto poneva in seria discussione sia l attendibilità dei modelli dell evoluzione stellare che il comportamento del neutrino in quanto particella.

7 Astronomi contro fisici Gli astronomi credevano ciecamente alla teoria dell evoluzione stellare a causa del ragionevole accordo con le osservazioni, e postularono che il neutrino avesse proprietà non standard che consentissero un decadimento o oscillazioni dei neutrini solari in particelle non ancora rivelate o in altri tipi di neutrini (Pontecorvo), il che richiedeva che il neutrino non avesse massa nulla. I fisici, basandosi sull eleganza della teoria dell interazione debole con i neutrini con massa nulla, sostenevano che gli astronomi non avessero ben capito l evoluzione stellare.

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11 Eliosismologia L intero Sole vibra dando origine ad un complesso insieme di onde acustiche Tali onde acustiche vengono riflesse da un lato all altro del Sole, cosicchè la superficie oscilla su e giù Le onde sonore sono influenzate dalle condizioni che incontrano nell interno solare Osservando queste oscillazioni in superficie, si possono ricavare informazioni sulla parte interna Il canto del Sole! Onde sonore

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14 Modi di oscillazione n: numero di nodi lungo il percorso radiale l: numero di linee nodali sulla superficie m: numero di nodi lungo i paralleli

15 Modi di oscillazione

16 Struttura interna Velocità del suono Rotazione interna Zona convettiva: rotazione differenziale Zona radiativa: ruota quasi come un corpo rigido

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18 La fotosfera solare Granulazione WL flares Rotazione differenziale sunspots

19 Le Macchie Solari Il numero varia con il ciclo solare di 11 anni Magnetogramma del Sole: le aree chiare e quelle scure indicano la presenza di intensi campi magnetici di polarità opposta Immagine dettagliata di macchie solari

20 Distribuzione delle macchie sul disco solare

21 La cromosfera solare

22 Le Protuberanze La cromosfera solare Formate da plasma denso e più freddo del materiale cromosferico, appaiono sul disco come scuri filamenti. Sul bordo appaiono come getti di plasma incandescente.

23 La corona solare Immagine della corona solare ottenuta durante una eclissi totale di Sole (Agosto 1999) Immagine della corona solare ottenuta dallo spazio (YOHKOH)

24 Osservabile: LA CORONA SOLARE Durante le eclissi ad occhio nudo Nelle bande X e radio Strutture presenti: Punti brillanti Regioni brillanti Loop Buchi coronali CME

25 loop, loop, loop...

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27 Il Campo Magnetico del Sole Il Sole è interessato da forze magnetiche molto intense. Le frecce rosse indicano linee di forza aperte del campo magnetico solare, che emergono nelle regioni polari. Le frecce grigie rappresentano le particelle del vento solare, che trascinano con sè le linee di forza del campo magnetico solare. Le regioni attive luminose sono caratterizzate da linee di forza chiuse (arancio).

28 Regione attiva osservata nei diversi livelli dell atmosfera solare

29 Protuberanze Eruttive

30 Protuberanze Eruttive Un CME a lampadina: il Sole ha una grande idea!

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32 Improvviso rilascio di energia (fino a erg) Il rilascio energetico copre l intero spettro EM Durata media 1 ora Accelerazione di particelle Onde d urto Moti d insieme del plasma (plasma jet) Riscaldamento del plasma Cosa è un flare? Flare osservato a 195Å

33 I flare solari sono improvvise (t iniz ~ 1-2 minuti), localizzate (l ~ m), emissioni di energia (da erg nei nanoflare a erg nei grandi two ribbon flare) durante i quali l energia magnetica viene convertita in: radiazione emessa sull intero spettro elettromagnetico, riscaldamento, accelerazione di particelle moti di plasma. SOLAR FLARES

34 Effetti sulla terra Aurore Tempeste radio che interferiscono con le comunicazioni Sovratensione di trasformatori

35 Solar flares I flare solari e i CME sono le esplosioni più violente che si verificano nel sistema solare Malgrado i notevoli passi avanti compiuti negli ultimi decenni nella loro comprensione, esistono ancora numerosi interrogativi La radiazione e le particelle emesse durante i flare possono interagire con la ionosfera e la magnetosfera terrestre I flare rappresentano un ottimo banco di prova per capire i (numerosi) processi fisici coinvolti nel fenomeno della riconnessione magnetica

36 Classificazione dei flare Compact o simple-loop flare, caratterizzati da L ~ m, n e ~ m -3 E tot ~ erg. Generalmente avvengono in loop singoli la cui forma e dimensione non cambia in modo significativo durante il flare e non presentano emissione di particelle. Two ribbon flare: avvengono in arcate e mostrano due aree di emissione su entrambi i lati della linea di inversione magnetica (PIL). I nastri si Magnetic inversion line ribbons kernels

37 Simple-loop flare La sorgente di raggi HXR all apice (loop-top) del loop indica che il rilascio di energia avviene nella parte sommitale del loop.

38 Two ribbon flare Storicamente, questi eventi furono dapprima osservati nella riga Hα Furono quindi classificati come chromospheric events Due nastri brillanti e paralleli (ribbon) vengono improvvisamente osservati nella riga Hα I ribbon si allontanano l uno dall altro al passare del tempo

39 TRACE images at different a) WL 10:28:11 U.T. b) 1600 Å 10:48:24 U.T. c) 195 Å 10:48:38 U.T. d) 171 Å 10:48:32 U.T.

40 Post-flare loop Post-flare loop osservate dal satellite TRACE a 171 Å il 25 Agosto 1998 (l immagine è un negativo).

41 Sunquake after a flare Sequence of velocity images obtained by SOHO/MDI, showing the expanding solar quake associated with a large X-class flare

42 L Evento del 14 Luglio 2000 Osservato sul Disco Solare da EIT

43 L Evento del 14 Luglio 2000 Effetti nella Corona Solare

44 L Evento del 14 Luglio 2000 Effetti sulla Terra

45 Che cos è il Vento Solare? Un flusso costante di particelle fluisce dalla corona solare, con una temperatura di circa 1 milione di gradi e con una velocità di circa 450 km/s. Il Vento Solare si estende oltre l orbita di Plutone (circa 5900 milioni di chilometri). Il disegno mostra come esso eserciti una pressione sulla magnetosfera della Terra e ne determini così la forma.

46 Il vento solare: evidenze osservative Aurore polari Tempeste magnetiche Variazione dei raggi cosmici durante il ciclo solare Orientamento della coda delle comete

47 Evidenze osservative della presenza del vento solare : le aurore polari Nel 1896 il fisico norvegese Birkeland ipotizzò che qualcos altro, oltre alla radiazione, arrivasse sulla Terra e causasse le aurore polari. Birkeland suggerì che le aurore boreali potessero essere causate da raggi corpuscolari carichi elettricamente che, scagliati dal Sole, rimanevano intrappolati nel campo magnetico terrestre in prossimità dei poli. Stormer calcolò le traiettorie che le particelle cariche provenienti dal Sole dovevano seguire entrando nel campo magnetico terrestre.

48 Evidenze osservative della presenza del vento solare : le tempeste magnetiche Nel 1930 Chapman investigò sulla natura delle tempeste magnetiche (fluttuazioni nel campo magnetico terrestre) che disturbavano le comunicazioni radio, telefoniche e telegrafiche. Dato che esse avvengono solitamente due o tre giorni dopo un brillamento solare (flare), si pensava che le tempeste magnetiche fossero causate dall eccesso di radiazione UV proveniente da tali brillamenti. Chapman propose invece che le tempeste fossero causate da un flusso di plasma emesso durante un flare solare che, espandendosi attraverso il vuoto (che si pensava esistere tra il Sole e la Terra), interagiva col campo magnetico terrestre.

49 Evidenze osservative della presenza del vento solare : variazioni nella intensità dei raggi cosmici Forbush notò che nel periodo di massimo di attività solare l intensità a Terra dei raggi cosmici diminuiva, abbassandosi notevolmente durante le tempeste magnetiche: più attivo era il Sole minore era il numero di particelle di raggi cosmici rilevato a Terra. Morrison giunse alla conclusione che la diminuzione dei raggi cosmici era legata all interazione tra il campo magnetico associato ad un flusso di particelle cariche in moto (congelamento del plasma con il campo magnetico) e i raggi cosmici stessi. Questo flusso di particelle è prodotto dal Sole e gli effetti di interazione saranno tanto più evidenti quanto più il Sole è attivo.

50 I raggi cosmici I raggi cosmici sono particelle ad alta energia che fluiscono nel nostro sistema solare provenendo sia dalla Galassia che da regioni esterne a questa. Sono costituiti da : protoni elettroni nuclei atomici che hanno perso tutti gli elettroni e hanno velocità prossime a quella della luce. Circa il 90 % dei raggi cosmici sono costituiti da nuclei di idrogeno (protoni), il 9 % è costituito da nuclei di elio (particelle alfa), il rimanente 1 % è costituito da nuclei di tutti gli altri elementi.

51 I raggi cosmici I raggi cosmici provengono da: resti di supernova nuclei attivi galattici quasars Crab nebula

52 Evidenze osservative della presenza del vento solare : variazioni nella intensità dei raggi cosmici

53 Evidenze osservative della presenza del vento solare : orientamento della coda delle comete Cometa Hale-Bopp

54 Le regioni sorgente del vento solare veloce: i buchi coronali Esistono in corona delle regioni prive di emissione in X che, per il loro aspetto, sono state chiamate buchi coronali. Esse sono caratterizzate da basse temperature (circa 1.6* 10 6 K) ma, soprattutto, da basse densità (circa un fattore 10 in meno rispetto ai valori tipici coronali).

55 Andamento della velocità termica, della densità e della velocità di flusso del vento solare in funzione del tempo Distinguiamo due regimi : un vento lento ( km/s) e un vento veloce (600 km/s). Il passaggio da vento lento a vento veloce si traduce in una variazione della densità da 30/cm 3 a 5/cm 3. Tipicamente i flussi veloci sono caratterizzati da basse densità ed elevate velocità.

56 Il riscaldamento della Corona Solare Mentre la temperatura della fotosfera è di circa 6000 K, in corona si raggiungono i 2 milioni di gradi. La causa di questo rapido aumento di temperatura è ancora oggi un tema di ricerca della Fisica Solare. Corona o C o C Solar interior Surface The black circle divides two images.

57 Attività Solare Yohkoh Soft X-ray Kitt Peak magnetograms

58 Dal Minimo al Massimo dell Attività Solare

59 Il ciclo di attività solare

60 L attività solare nell ultimo millennio

61 Il Ciclo di Attività Solare Maunder minimum

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64 Il Più Grande Gruppo di Macchie Solari negli Ultimi 10 Anni AR 9393 ha sviluppato una configurazione magnetica complessa mentre si avvicinava al centro del disco solare Ha prodotto un brillamento X ed un CME il 29 Marzo 2001, causa di una fortissima tempesta geomagnetica sulla Terra Aurora osservabile in Europa meridionale ALASKA (Zimmerman) Nice (Benvenuto)

65 Il Più Intenso Brillamento Mai Osservato Alle 21:51 TU di Lunedì 2 Aprile 2001, la regione attiva 9393 ha prodotto un brillamento solare classificato come almeno X20. Sembra essere il più intenso mai registrato, probabilmente molto più di quello del 16 Agosto 1989 e certamente più potente del famoso brillamento del 6 Marzo 1989, associato all interruzione della distribuzione di energia elettrica in Canada

66 La Connessione Sole-Terra Come e perchè il Sole varia? Qual è la risposta della Terra? Qual è l impatto sull uomo?

67 Che Cos è la Meteorologia Spaziale? La Meteorologia Spaziale (SPACE WEATHER) si riferisce alle condizioni sul Sole, nel Vento Solare, nella Magnetosfera, Ionosfera e Termosfera della Terra, che possono influire sulle prestazioni e l affidabilità di sistemi tecnologici spaziali e terrestri ed avere effetti sulla vita e la salute dell uomo. Effetti di Space Weather su impianti terrestri non sono un fenomeno nuovo 17 Novembre 1848: Interruzione della connessione telegrafica tra Pisa e Firenze Settembre 1851: Interruzione della connessione telegrafica in New England In un altro evento correnti indotte hanno consentito trasmissioni telegrafiche senza l uso di batterie. La trascrizione del collegamento tra Portland e Boston (1859) riporta: Portland: Per favore staccate la batteria, vediamo se si può lavorare con il solo impiego della corrente aurorale Boston: L ho già fatto! Come ricevete la mia trasmissione? Portland: Veramente molto bene molto meglio che con le batterie

68 L Aurora Polare

69 Effetti delle Tempeste Solari RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ARRIVO: IMMEDIATO DURATA: 1-2 ORE PARTICELLE AD ALTA ENERGIA ARRIVO: 15 MIN - ORE DURATA: GIORNI PARTICELLE AD ENERGIA MEDIO-BASSA ARRIVO: 2-4 GIORNI DURATA: GIORNI RAGGI X, EUV, ATTIVITA RADIO EVENTI A PROTONI TEMPESTE GEOMAGNETICHE Origine: Brillamenti CME/Brillamenti CME/Buchi Coronali INTERFERENZE SATCOM INTERFERENZE RADAR FADING AD ONDE CORTE DISORIENTAMENTO SATELLITE LETTURE FALSE DAI SENSORI DANNI AL VEICOLO SPAZIALE FALLIMENTO LANCIO PAYLOAD RADIAZIONE AEREI IN ALTA QUOTA FADING AD ONDE CORTE CARICA E ATTRITO AI SATELLITI ERRORI DI INSEGUIMENTO ERRORI TRAIETTORIA DI LANCIO INTERFERENZE AI RADAR ANOMALIE PROPAGAZIONE RADIO BLACKOUT ENERGIA ELETTRICA

70 Sistemi di Navigazione (GPS, LORAN C) Quando la ionosfera tra satelliti ed utente diviene turbulenta ed irregolare, il segnale può scintillare e divenire difficile da rilevare Perdita di aggancio del segnale su uno o più satelliti Ne sono interessati sia i sistemi a frequenza singola che quelli a frequenza doppia Il Contenuto Totale di Elettroni (TEC) lungo il percorso di una segnale GPS può introdurre un errore di posizione ( fino a 100 m) Gli effetti sul GPS sono uno degli effetti più significativi dello Space Weather se si considera il crescente affidamento a questo sistema previsto per il futuro. Una variazione di altezza di 7-10 km della bassa ionosfera può causare errori di posizione di 1-12 km

71 Danneggiamento di Satelliti Per Effetti di Space Weather Anomalie dovute a carica superficiale ed interna (Marecs, ECS, Meteosat, TELE-X,..) Guasti indotti da fenomeni di Latch-up (ESR-1, PRARE, Equator-S,..) SEU nei circuiti lineari (Anik 1 &2) Problemi / Degradazione nei Pannelli Solari (Tempo, PanAm, ECS,.) Guasti più recenti a satelliti: Telestar 401 (11 Gen 1997) Collegamenti TV ecc.. Galaxy IV (1998) 80% dei cercapersone in Nord America ridotti al silenzio Più di 12 satelliti perduti a causa di effetti dovuti allo Space Weather I danni spaziali degli ultimi 4 anni ammontano probabilmente a più di 1000 miliardi di lire (500 M ) Gli interessi commerciali spesso non consentono la divulgazione di tali anomalie. DISORIENTAMENTO SATELLITARE FLUSSO DI PARTICELLE (PROTONI) FALSA STELLA? La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

72 Correnti Geomagnetiche Indotte Queste correnti vengono indotte in tutti i conduttori molto lunghi: Reti di distribuzione elettrica, Oleodotti e gasdotti (aumentata corrosione) I segnali ferroviari luminosi possono esserne interessati (due casi documentati in Svezia) La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

73 Danneggiamento di Trasformatori Danneggiamento di un trasformatore di una centrale del Delaware (New Jersey, USA) nel mese di Marzo del Costo: 22 miliardi di lire ( 11 M ) La riparazione può richiedere fino ad 1 anno di tempo. In questo caso specifico la fortuna ha consentito di trovare un unità usata da una centrale dismessa. Il danno è stato riparato in 6 settimane. Svezia: simultanea caduta di tensione in 6 linee di distribuzione a 130 kv Chicago: malfunzionamenti a 5 trasformatori a causa dell elevata attività geomagnetica nel mese di Aprile del 1994 La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

74 Rischi per l Uomo dalle Particelle ad Alta Energia Uomini nello spazio Space Shuttle, International Space Station, missioni verso Marte Equipaggio/Passeggeri nei jet ad alta quota Il Concorde è dotato di rivelatori di radiazioni I passeggeri possono ricevere dosi di radiazioni equivalenti a parecchie radiografie al torace. La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

75 Space Weather: Perchè preoccuparci? Siamo sopravvissuti all ultimo massimo! La nostra società dipende oggi dalla tecnologia molto di più che in passato Il settore di mercato delle comunicazioni in più rapida crescita è quello basato sui satelliti Trasmissioni TV/Radio, Servizio telefonico a lunga distanza, Telefoni cellulari, Cercapersone Internet, transazioni finanziarie Cambiamento della tecnologia Carichi commerciali più sensibili Componenti ad elevate prestazioni Peso e costo ridotti Uomini nello Spazio Più missioni umane e di lunga durata Gli avvisi dello Space Weather saranno molto importanti in futuro per la nostra società. La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

76 Cicli Solari e Variazioni Climatiche 11 anni: Ciclo delle macchie (Schwabe) 22 anni: Ciclo Magnetico (Hale) anni: Gleissberg anni: Seuss La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

77 Il Sole ed il Riscaldamento Globale Variazione a lungo termine della radianza totale ( energia totale ) Si assume che giustifichi solo in parte il riscaldamento globale Variazione a lungo termine della radiazione UV/EUV: Cambiamenti della chimica (ozono), temperatura ecc. nell atmosfera terrestre. Potrebbe determinare variazioni climatiche. Variazione a lungo termine del campo magnetico del Sole Modula i Raggi Cosmici ed il Vento Solare La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

78 I Raggi Cosmici e le Nuvole Variazioni dell attività solare e del campo magnetico solare modificano la quantità di particelle cosmiche, che penetrano nel Sistema Solare (e nell atmosfera della Terra). E stata trovata una forte correlazione fra il flusso di raggi cosmici e le nuvole basse La copertura nuvolosa globale è un importante fattore per la determinazione del clima La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

79 Il Monitoraggio a Lungo Termine del Sole: SOHO Solar Maximum Science Programme Perchè il Sole varia? la dinamo solare l atmosfera l eliosfera In che modo la variabilità solare ha effetto sulla vita e la società? risposta della magnetosfera previsione dello Space Weather Come risponde il pianeta alle variazioni solari? cambiamenti climatici La ricerca in Fisica Solare Uni Cat

80 Variazioni della temperatura sulla superficie terrestre e attività solare La temperatura superficiale globale del mare è variata (di circa 0,1 C) in fase con il ciclo solare negli ultimi 130 anni. La temperatura annua media dell aria nell emisfero Nord è variata, negli ultimi 130 anni, in sincronia con il ciclo solare. Cicli di attività solare brevi sono caratterizzati da una maggiore attività che sembra produrre un riscaldamento globale sulla Terra, e viceversa.

81 L irraggiamento solare Costante solare: quantità media di energia radiante solare per unità di tempo e di area che incide sulla parte più esterna dell atmosfera terrestre alla distanza media di 1 UA Valore medio nel periodo : 1.366,2 1,0 W/m² (misure dallo spazio) Essa varia su scale di tempo dell ordine di giorni ed anni (variazioni dello 0,1 % fra massimi e minimi del ciclo solare)

82 Misure dell irraggiamento solare (dallo spazio)

83 Variazioni dell irradianza solare in fase con il ciclo solare Massimo : maggiore numero di macchie diminuzione della irradianza maggiore numero di facole aumento della irradianza solare totale Minimo : minore numero di macchie aumento della irradianza minore numero di facole diminuzione della irradianza solare totale

84 Ciclo di attività e modulazione del vento solare Durante i massimi di attività solare, il vento solare è sospinto, insieme con intensi campi magnetici, verso regioni lontane dello spazio interplanetario Un numero maggiore di raggi cosmici provenienti da regioni lontane della Galassia viene bloccato Diminuzione di particelle cariche che penetrano nell atmosfera terrestre Diminuzione delle nuvole, che riflettono la luce solare Aumento di temperatura alla superficie della Terra

85 Variazioni della temperatura media globale (14 C) sulla superficie terrestre (aumento di 0.6 C negli ultimi 100 anni)

86 Variazioni della temperatura media globale sulla superficie terrestre (aumento di 0.6 C negli ultimi 100 anni) La variabilità solare presenta un andamento simile alla variazione di temperatura sulla superficie terrestre molte delle variazioni di T potrebbero essere legate a variazioni di luminosità del Sole non si può escludere però il contributo dovuto all aumento nella concentrazione dei gas serra (anidride carbonica) in seguito ad attività legate alla civiltà industrializzata.

87 Ricostruzione della temperatura globale terrestre e dell irraggiamento solare

88 Variazioni della temperatura media globale negli ultimi mille anni

89 L effetto serra I gas presenti nell atmosfera terrestre agiscono come un filtro unidirezionale : essi permettono il passaggio della radiazione nel visibile proveniente dal Sole, ma non consentono il passaggio della radiazione infrarossa nella direzione opposta (senza l atmosfera, la radiazione solare potrebbe innalzare la T al suolo fino a 18 C : i gas serra innalzano la T di 32 C). Gas serra : vapore acqueo anidride carbonica (> 13 % dal 1958) metano protossido di azoto (N 2 O) (la concentrazione raddoppierà in questo secolo, T > 2 C)

90 Metodi per determinare il livello di attività solare in epoche precedenti alle osservazioni sistematiche delle macchie solari Correlazione fra l attuale brillanza del Sole e quella di altre stelle simili al Sole durante il Minimo di Maunder 0,25 % più debole di adesso Registrazioni di isotopi radioattivi ( 14 C e 10 Be) : durante i periodi di massima attività solare, l azione schermante del vento solare ostacola il passaggio dei raggi cosmici e quindi la formazione di isotopi radioattivi nella nostra atmosfera

91 Presenza di 14 C negli anelli di accrescimento degli alberi Il 14 C o radiocarbonio è un isotopo radioattivo del carbonio che si forma a causa della interazione di neutroni energetici con atomi di azoto Un atomo di 14 C si unisce con una molecola di ossigeno O 2 per formare 14 CO 2 : attraverso la fotosintesi, gli alberi assimilano questa molecola e la depositano nell anello più esterno. Il rapporto 14 C / 12 C fornisce una misura del radiocarbonio presente nell atmosfera. questo metodo permette di risalire a stime dell attività solare fino a circa 5000 anni fa (tempo di decadimento in 12 C : 5370 anni)

92 Variazioni della temperatura media globale negli ultimi mille anni : correlazione con l attività solare Tre indici indipendenti confermano l esistenza di variazioni nell attività solare su lunghi intervalli di tempo : numero annuale di macchie misure di carbonio 14 negli anelli degli alberi numero di aurore nell emisfero nord

93 Cicli Solari e Variazioni Climatiche 11 anni: Ciclo delle macchie (Schwabe) 22 anni: Ciclo Magnetico (Hale) anni: Gleissberg anni: Seuss

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95 Metodo basato sul 10 Be Il 10 Be viene prodotto dall interazione fra neutroni energetici (raggi cosmici) e molecole dell aria depositato nei ghiacci polari (Groenlandia ed Antartide) da precipitazioni nevose immune da contaminazione industriale (al contrario del radiocarbonio)

96 Variazioni climatiche su periodi dell ordine dei milioni e miliardi di anni Durante l ultimo milione di anni, periodo chiamato Quaternario, il clima terrestre è stato dominato da ere glaciali, intervallate ogni 100 mila anni da brevi (10 30 mila anni) ere interglaciali : epoca attuale Oligocene Queste alternanze di periodi glaciali ed interglaciali sembra siano dovute ai diversi moti della Terra, che alterano periodicamente la quantità e la distribuzione di radiazione solare Quando una quantità minore di luce solare arriva sulla Terra, le temperature si mantengono entro limiti più ristretti : meno ghiacciai si sciolgono in estate

97 I moti della Terra e l irraggiamento solare 3 cicli astronomici si combinano alterando gli angoli e la distanza di incidenza della radiazione solare su tempi scala di alcune decine di migliaia di anni : variazioni nella eccentricità dell orbita (variazione della distanza Sole Terra) ( anni) moto di precessione (23000 anni) variazione dell angolo fra asse di rotazione e asse dell eclittica (41000 anni)

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101 Terre emerse del continente italiano durante l ultima glaciazione

102 Mammut ed elefanti nani A sinistra vediamo la ricostruzione di Elephas Primigenius (Mammut); era alto dai 3 ai 4 metri e si era adattato ai climi freddi europei delle glaciazioni pleistoceniche. Scomparve durante l ultima glaciazione, durante la quale si era spinto fino in Italia. A destra vediamo scheletri fossili di elefanti nani vissuti nelle isole del Mediterraneo nel Pleistocene.

103 Il futuro: EST