Il Sole la nostra stella e la sua influenza sulla Terra

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1 Il Sole la nostra stella e la sua influenza sulla Terra Maria Pia Di Mauro INAF ISTITUTO DI ASTROFISICA E PLANETOLOGIA SPAZIALI

2 Dove si trova? E E una dei 100 miliardi di stelle che costituiscono la nostra Galassia e ci sono almeno 100 miliardi di galassie nell Universo E Si trova in un braccio spirale della nostra Galassia (Via Lattea), a circa anni-luce dal centro km = anno-luce Sole

3 La storia del nostro Sole comincia molto tempo fa: 4.6 miliardi di anni fa! Il Sole ancora non c era, ma c erano già moltissime stelle.

4 Le zone più luminose sono ricche di stelle, ma nuove stelle si stanno formando nelle zone più buie (le nubi scure) Qui c è una grande nube oscura, piccola rispetto alla Galassia, ma sempre enorme

5 Tutto comincia da una nube

6 Per il suo stesso peso (gravità), la polvere comincia ad addensarsi

7 Finchè al centro si accende una sfera luminosa

8 Ci vogliono molti milioni di anni. Piano piano, la nube continua a condensarsi in un disco attorno al corpo centrale

9 Quando il corpo centrale diventa abbastanza caldo all interno (15 milionik), il collasso gravitazionale si ferma. Si forma una stella quando all interno la produzione di energia avviene grazie alla fusione nucleare

10 Da allora sono passati quasi 5 miliardi di anni: ecco come si presenta oggi il Sistema Solare

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12 Ø Massa: kg Le dimensioni Ø E volte più massiccio della Terra e contiene il 99.86% della massa dell intero Sistema Solare Ø E costituito da 73.4% di Idrogeno, 25% di Elio e 1.6% di altri elementi Ø Raggio: km Dimensioni della Terra

13 Il Sole e i pianeti

14 La Struttura interna Zona Convettiva Ø L energia viene trasportata per convezione Zona Radiativa Ø L energia viene trasportata per radiazione Nocciolo Ø Viene prodotta l energia Ø La fusione nucleare trasforma in ogni secondo circa 700 milioni di tonnellate di idrogeno in elio

15 Processo di fusione. F 4 nuclei di idrogeno (H) si combinano per formare 1 nucleo di Elio (He) che è più leggero F Ogni secondo 700 milioni di ton di H vengono convertite in He F Questo processo rilascia un enorme quantità di energia F Energia totale irradiata per sec: J=30 milioni di miliardi di kw= bomba da 100 miliardi di Megaton (bomba di Hiroshima è stata di 12 kton)=8000 miliardi di bombe di Hiroshima

16 La Fusione Nucleare 4 atomi di Idrogeno 1 atomo di Elio La massa che manca si è trasformata in energia E=mc 2

17 L atmosfera del Sole Interno Atmosfera

18 La fotosfera E la superficie visibile del Sole caratterizzata dalla presenza di facole (zone luminose), macchie solari, granuli

19 La Rotazione Ø Zona convettiva: rotazione differenziale, più lentamente ai poli (35 giorni) e più velocemente all equatore (25 giorni) Ø Zona radiativa: ruota quasi come un corpo rigido

20 Le Macchie Solari q Sono delle aree scure (ombra, penombra) e fredde sulla fotosfera del Sole che indicano zone con intensa attività magnetica q Appaiono più scure perchè hanno una temperatura (circa 4000 K) minore ripetto alle zone circostanti (6000 K) Ø Il trasporto di energia dall interno solare è inibito q Possono durare da un paio di ore fino a qualche mese Magnetogramma del Sole: le aree chiare e quelle scure indicano la presenza di intensi campi magnetici di polarità opposta Immagine dettagliata di macchie solari

21 Le Macchie Solari

22 La Cromosfera Brillamenti Loops Protuberanze Filamenti Spicole

23 Il Campo Magnetico del Sole q Il Sole è interessato da forze magnetiche molto intense. q Le frecce rosse indicano linee di forza aperte del campo magnetico solare, che emergono nelle regioni polari. q Le frecce grigie indicano linee di forze aperte q Le regioni attive sono caratterizzate da linee di forza chiuse (gialle).

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25 Loops Il plasma segue linee di forza magnetiche molto intense che si estendono al di sopra della superficie formando degli archi

26 Protuberanze Sono strutture di plasma cromosferico che interessano la corona Possono durare settimane, mesi Quiescenti o Eruttive

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28 I brillamenti Ø Esplosioni molto violente che in pochi minuti riscaldano la materia ad una temperatura di diversi miliardi di gradi Ø Accompagnate da emissione di particelle cariche, radiazione elettromagnetica Ø Si formano in corrispondenza di macchie solari, tra zone con campo magnetico di segno opposto

29 La Corona Solare. q Mentre la temperatura della superficie è di circa 6000 o C, in corona raggiunge i 2 milioni di gradi q La causa di questo rapido aumento di temperatura è ancora oggi uno dei grandi misteri della Fisica Solare o K The black circle divides two images.

30 LA CORONA SOLARE durante un eclissi

31 Che cos è il Vento Solare? q Flusso costante di particelle che fluisce dalla corona solare q Temperatura di circa 1 milione di gradi e velocità di circa 450 km/s q Il Vento Solare si estende oltre l orbita di Plutone (circa 5900 milioni di chilometri) q Esercita una pressione sulla magnetosfera della Terra e ne determina così la forma q Malgrado abbia una densità bassa, il vento esercita una notevole influenza sulla Terra

32 Il Vento solare

33 Emissione Coronale di Massa Esplosioni di gas a milioni di gradi generate con la rottura delle forze magnetiche. In brevissimo tempo miliardi di tonnellate di particelle alla velocità di milioni km/h

34 L Aurora Boreale

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37 L Aurora Boreale

38 Un forte evento magnetico q Una configurazione magnetica complessa q Ha prodotto un brillamento X ed un CME il 29 Marzo 2001, causa di una fortissima tempesta geomagnetica sulla Terra q Aurora osservabile in Europa meridionale ALASKA (Zimmerman) Nice (Benvenuto)

39 La Connessione Sole-Terra q Come varia il Sole? q Qual è la risposta della Terra? q Qual è l impatto sull uomo?

40 Effetti delle Tempeste Solari RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ARRIVO: IMMEDIATO DURATA: 1-2 ORE RAGGI X, EUV, ATTIVITA RADIO INTERFERENZE SATCOM INTERFERENZE RADAR PARTICELLE AD ALTA ENERGIA ARRIVO: 15 MIN - ORE DURATA: GIORNI EVENTI A PROTONI DISORIENTAMENTO SATELLITi LETTURE FALSE DAI SENSORI DANNI VEICOLi SPAZIALi FALLIMENTO LANCIO SATELLITI RADIAZIONE AEREI ALTA QUOTA PARTICELLE AD ENERGIA MEDIO-BASSA ARRIVO: 2-4 GIORNI DURATA: GIORNI TEMPESTE GEOMAGNETICHE CARICA E ATTRITO AI SATELLITI ERRORI DI INSEGUIMENTO ERRORI TRAIETTORIA DI LANCIO INTERFERENZE CON I RADAR ANOMALIE EMSSIONI RADIO BLACKOUT ENERGIA ELETTRICA Origine: Brillamenti CME/Brillamenti CME/Buchi Coronali

41 Dal Minimo al Massimo dell Attività Magnetica Solare

42 Il Ciclo di Attività Solare Ø Un indicatore dell attività magnetica solare è il numero di macchie solari Ø Il sole presenta un ciclo di attività magnetica di 11 anni Minimo di Maunder

43 Variazioni Climatiche Ø 11 anni: Ciclo delle macchie (Wolf) Ø anni: Gleissberg, legato all oscillazione del Sole attorno al centro di massa del sistema solare Ø 208 anni: Suess, basato sulla concentrazione di 14 C

44 q La nostra società dipende dalla tecnologia q Il settore di mercato delle comunicazioni in più rapida crescita è quello basato sui satelliti Ø Trasmissioni TV/Radio, Ø Servizio telefonico a lunga distanza,telefoni cellulari, Cercapersone Ø Internet, transazioni finanziarie q Uomini nello Spazio Space Weather Gli Studi di Space Weather saranno sempre più importanti in futuro per la nostra società.

45 Sistemi di Navigazione (GPS, LORAN C) q q q Quando la ionosfera tra satelliti ed utente diviene turbulenta ed irregolare, il segnale può scintillare e divenire difficile da rilevare Ø Perdita di aggancio del segnale su uno o più satelliti Ø 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

46 Danneggiamento di Satelliti Per Effetti di Space Weather q Anomalie dovute a carica superficiale ed interna (Marecs, ECS, Meteosat, TELE-X,..) q Guasti indotti da fenomeni di Latch-up (ESR-1, PRARE, Equator-S,..) q SEU nei circuiti lineari (Anik 1 &2) q Problemi / Degradazione nei Pannelli Solari (Tempo, PanAm, ECS,.) Guasti più recenti a satelliti: q Telestar 401 (11 Gen 1997) Ø Collegamenti TV ecc.. q Galaxy IV (1998) Ø 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?

47 Correnti Geomagnetiche Indotte q Queste correnti vengono indotte in tutti i conduttori molto lunghi: Ø Reti di distribuzione elettrica, Ø Oleodotti e gasdotti (aumentata corrosione) q I segnali ferroviari luminosi possono esserne interessati (due casi documentati in Svezia)

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

49 Il destino del Sole

50 P-N from Hubble

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52 COME OSSERVARE IL SOLE? SOHO-ESA NASA lanciato 1996 SDO NASA lanciato nel 2010

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54 EST- European Solar telescope

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