Un telescopio insolito svela i misteri del sole

VOLENDO sfuggire per un po’ al caldo del deserto, ci eravamo presi un giorno di libertà con l’intenzione di fare un picnic nella frescura della Lincoln National Forest, nel New Mexico meridionale; ma notammo l’indicazione per l’osservatorio di Sacramento Peak a Sunspot, vicino a Cloudcroft, nel New Mexico. Incuriositi, ci dirigemmo verso Sunspot.

Nel nostro gruppetto nessuno era abituato a 2.800 metri di quota ed eravamo tutti senza fiato mentre salivamo per il sentiero che portava ai telescopi alloggiati sulla vetta in edifici dalle forme strane. Ci aspettavamo un edificio a cupola, per cui non fummo delusi quando vedemmo la Hilltop Dome, solo che ai visitatori era vietato l’ingresso. Poi vedemmo un edificio dall’aspetto singolare.

Era un’alta costruzione triangolare a base stretta che spuntava dal suolo e quella si poteva visitare. (Vedi foto nella pagina a fianco). Ci trovammo subito in un laboratorio dove c’era un lungo telescopio appeso a un supporto in cima alla torre lassù sopra la nostra testa. Dei cartelli ci avvertivano di non mettere i piedi sulla piattaforma per non disturbare l’equilibrio dello strumento.

Fanno “fermare” il sole

In una piccola sala d’attesa, dei grafici colorati spiegavano cosa si stava studiando, e fu interessante vedere che questo complesso di edifici è impiegato per lo studio del sole. Chiedemmo a uno degli scienziati che lavoravano lì se si trattava di un progetto per sfruttare l’energia del sole. Spiegò che non si trattava di studi di quel genere ma di un fondamentale progetto di ricerca avente lo scopo di raccogliere informazioni in merito al sole e agli effetti che produce sull’atmosfera terrestre e sullo spazio nel sistema solare. Gli scienziati studiano anche l’interno del sole osservandone continuamente la superficie.

La guida spiegò che l’osservatorio era situato lì perché l’aria secca di montagna e l’assenza di inquinamento ne facevano un posto ideale. Creato nel 1951, fu uno dei primi osservatòri di questo tipo costruiti negli Stati Uniti per studiare il sole. Un grafico lì vicino indicava che questa grande torre si eleva per 41 metri al di sopra del suolo, ma che altri 59 metri del telescopio sono interrati. Pertanto il telescopio è lungo complessivamente 100 metri, la lunghezza di un campo di calcio. Il tubo di supporto del telescopio è quasi interamente sottovuoto per cui quando entra la luce solare, non è distorta da aria calda. Questo fatto consente immagini riflesse di eccezionale limpidezza, offrendo ai ricercatori visioni straordinarie della superficie del sole.

L’intero telescopio (che pesa oltre 250 tonnellate) è appeso a un supporto che galleggia su mercurio, e questo permette al telescopio di ruotare liberamente per compensare la rotazione terrestre. Pertanto si può tenere il telescopio diretto verso il sole per lunghi periodi, così che il sole in effetti “sta fermo” in relazione al telescopio. È fatto per osservare e fotografare minutissimi particolari della superficie del sole, della fotosfera e della parte più bassa dell’atmosfera solare, la cromosfera.

Un silo per cereali

Mentre tornavamo verso la nostra automobile passammo davanti a un’insolita costruzione che ci sembrava un silo di forma cilindrica per cereali. Ed era proprio quello! Di proprietà della Sears Roebuck and Company, venne acquistato nei primi tempi dall’osservatorio e modificato per contenere il primo telescopio di Sunspot. A quell’epoca si stavano progettando i viaggi spaziali e occorrevano informazioni su come il sole influenza l’atmosfera terrestre, specie per quel che riguarda i disturbi che un’insolita attività solare potrebbe causare.

Successivamente, nel 1957, fu creata un’organizzazione non lucrativa, l’AURA (Association of Universities for Research in Astronomy, Inc.), in collegamento con l’osservatorio nazionale di Kitt Peak a Tucson (Arizona, USA), l’osservatorio interamericano di Cerro Tololo a La Serena (Cile) e lo Space Telescope Science Institute di Baltimora (Maryland, USA). L’AURA riteneva che con lo scambio di scienziati e di informazioni si sarebbe potuto capire di più riguardo al sole. Cominciavamo a renderci conto che questo osservatorio isolato aveva collegamenti in varie parti della terra.

Il sole trema

Il dott. Bernard Durney, direttore di una ricerca, si offrì gentilmente di rispondere ad alcune domande sul sole. Spiegò che lavorava nel campo dell’“eliosismologia” o sismologia solare. Avevamo bisogno che ci spiegasse cosa intendeva dire. Pare sia stata studiata per la prima volta qui a Sacramento Peak. Ecco la sua spiegazione: “Il sole non si limita a ruotare sul suo asse ma si muove in molti altri modi che si possono studiare osservandone continuamente la superficie e vedendo i cambiamenti che hanno luogo. In base a questi cambiamenti possiamo formulare idee su ciò che può avvenire all’interno del sole e poi preparare gli studi per confermare o smentire le nostre idee”.

“Verso il 1970”, proseguì, “fu predetto un tremore, o una scossa, del sole. È più o meno la scossa o vibrazione che si verifica quando si suona una grande campana. Si può anche pensare a ciò che avviene quando si scaglia un sasso in uno specchio d’acqua: le onde si propagano sulla superficie dello specchio d’acqua dal punto dell’impatto in avanti. Ma c’è una differenza: le onde attraversano il sole in tutte le direzioni”.

Sembra che queste vibrazioni abbiano origine a diversi livelli, alcune sotto la superficie del sole e altre a una maggiore profondità nell’interno. Grazie a questi studi si sa che il sole si espande leggermente e poi si contrae di nuovo circa una volta all’ora, più o meno come se respirasse. Uno studioso notò per la prima volta questi movimenti del sole nel 1975. Nel 1976 anche scienziati russi comunicarono di avere osservato un innalzamento e un abbassamento della superficie solare.a Fu solo nel 1979-80 che venne confermata l’esistenza di queste vibrazioni, in parte dall’osservatorio di Sacramento Peak.

“In effetti”, proseguì il dott. Durney, “il sole compie molti insoliti movimenti. Dato che il sole è interamente formato di gas, parti della sua superficie possono ruotare più velocemente di altre. . . . Osservando continuamente il sole come facciamo qui all’osservatorio di Sunspot, possiamo stabilire come ruota l’interno del sole. . . . Dato che il sole ruota più in fretta al suo equatore, in superficie avvengono molti rimescolamenti, il che causa parecchi strani fenomeni. Questo insolito movimento crea all’interno del sole dei campi magnetici, che salgono in superficie. Le macchie solari sono una manifestazione di questi campi magnetici”.

Osservano il sole giorno e notte!

Il dott. Durney spiegò: “È indispensabile osservare il sole ininterrottamente per poter vedere tutta l’attività e tutti i cambiamenti che avvengono sulla sua superficie. Dato che la terra ruota ogni giorno, non è possibile effettuare queste osservazioni in un solo punto della superficie terrestre. A tal fine ci vogliono osservatòri solari in tutte le parti della terra”.

Per il momento questo non è possibile, ma il dott. Durney ci disse che nel 1980-81 alcuni scienziati di Sacramento Peak si recarono nell’Antartide per osservare il sole durante tre periodi di tre mesi. Nell’Antartide il sole non tramonta per tre mesi, quindi si può osservare giorno e notte ininterrottamente con un telescopio. Fu interessante apprendere che queste informazioni vengono raccolte in moltissimi punti della terra. Gli scienziati sperano di potere un giorno classificare tutte le vibrazioni del sole e di poterle interpretare per capire ciò che accade all’interno di esso. Ci sono prospettive di creare a tal fine una rete mondiale di osservatòri.

Brillamenti e corona

“Cos’altro si sta studiando qui al Sacramento Peak?”, chiedemmo poi al dott. Durney. Ci disse dei brillamenti solari. “Questi enormi brillamenti si irradiano dalla superficie del sole per milioni di chilometri nello spazio, eruttando particelle che al loro arrivo sulla terra interrompono le comunicazioni radio. Il sole emette anche un flusso continuo di particelle detto vento solare. Esso rallenta la rotazione sulla superficie solare, il che influisce a sua volta sulla rotazione all’interno del sole. Come risultato, man mano che il sole invecchia, ruota sempre più lentamente. Come l’interno del sole reagisca al moto frenante della superficie è una delle cose che si studiano qui”.

Presso l’osservatorio si studiano anche le foto che vengono fatte quotidianamente alla corona solare. Queste foto rivelano come il calore attorno al sole cambi quotidianamente. Si preparano grafici che indicano a quali distanze dal sole giungono le alte temperature. Questi grafici vengono modificati quotidianamente e forniscono utili informazioni per i viaggi spaziali.

L’essenziale ruolo del sole

L’energia solare è necessaria perché la vita sulla terra possa continuare. Il sole influisce su di noi, sulla nostra visione nonché sulle piante e gli animali terrestri. Uno studio pubblicato nel 1979 conferma che negli Stati Uniti occidentali esiste un ciclo di siccità di 22 anni che pare essere in qualche modo collegato con il ciclo solare completo di circa 22 anni. Questa è una ragione per cui ci si interessa tanto dell’attività solare e della sua possibile influenza sul clima.

Negli anni ’50 l’osservatorio di Sacramento Peak fu tra i primi ad aiutare a stabilire la costante solare, cioè la quantità complessiva di energia che raggiunge un oggetto nello spazio alla distanza della terra dal sole. Forse più importante è quanto possa variare la costante solare.

Uno degli aspetti più interessanti del sole, che influisce su di noi qui sulla terra, è quello delle macchie solari. Le macchie solari furono osservate per la prima volta da Galileo. In seguito si stabilì che un ciclo di macchie solari dura 11 anni e che un ciclo completo di macchie solari ha due periodi undecennali di attività solare. Il dott. Durney spiegò: “Le macchie solari sono campi magnetici. Sono scure perché ostacolano i movimenti che trasportano l’energia. Si pensa che i brillamenti siano causati dall’eliminazione di questi campi magnetici sulla superficie solare, con conseguente liberazione di enormi quantità di energia che influiscono su di noi provocando sconvolgimenti nelle onde radio ed elettrizzando parti della nostra atmosfera. Questa energia causa anche le cosiddette aurore boreali e australi, che da sempre riempiono gli uomini di meraviglia”.

Gli studi sul sole potrebbero servire a predire le tempeste geomagnetiche che si verificano nella nostra atmosfera nei periodi di attività solare. Esse influiscono sulle comunicazioni intercontinentali e di conseguenza sulle attività che dipendono da buone comunicazioni radio, come i viaggi aerei. A causa dell’alto costo delle trasmissioni via satellite, la maggior parte delle comunicazioni viene ancora effettuata per mezzo di radio trasmettitori installati a terra. L’energia liberata dalle macchie solari causa perturbazioni nello strato di particelle ionizzate che circonda la terra e che riflette le onde radio. Quando avvengono queste perturbazioni, i messaggi trasmessi via radio vanno perduti.

Occorre sapere di più sulla luce solare. Le piante che producono gli alimenti hanno bisogno della luce solare per produrre gli zuccheri e altre componenti chimiche degli alimenti. Le reazioni fotochimiche causate dalla luce solare ci permettono di fare fotografie in bianco e nero e a colori. Perciò molti ritengono sia meglio scoprire il più possibile sulla stella più vicina.

Dalla nostra breve visita a Sunspot e dalle nostre conversazioni con gli esperti ci rendemmo conto che la nostra conoscenza del sole è piuttosto limitata. Quasi tutti noi apprezziamo il sole in una fredda giornata d’inverno e vorremmo che non fosse così caldo nei mesi estivi, ma tutto finisce qui. È stato un piacere dare un’occhiata al sole sotto un profilo più tecnico. Siamo giunti anche alla conclusione che l’umanità sta appena incominciando a comprendere le meraviglie di questa benefica stella, il sole. — Da un collaboratore.

[Nota in calce]

[Riquadro a pagina 24]

Le temperature del sole e il loro significato

Il libro Life and Death of the Sun (Vita e morte del sole), di John Rublowsky, alle pagine 59 e 60 spiega: “Dobbiamo sapere qualcosa sulla temperatura. Ce ne sono due tipi diversi. Una è detta ‘temperatura cinetica’; l’altra, ‘temperatura radiante’. La temperatura cinetica è la misura del moto molecolare medio di una particella. Più veloce è il moto, più alta è la temperatura. Quando parliamo delle temperature dell’atmosfera solare, parliamo di questa temperatura cinetica. In sostanza vogliamo dire che la velocità media del moto delle particelle nell’atmosfera solare aumenta via via che saliamo dalla fotosfera. Sebbene queste particelle abbiano temperature di milioni di gradi, non potrebbero produrre vesciche sulla pelle.

“La temperatura radiante, d’altro canto, è la misura della quantità e della qualità delle radiazioni emesse dalla materia. Quando parliamo di temperature nel profondo interno del sole, usiamo la parola in questo senso. Anche la temperatura di una fiamma è temperatura radiante.

“Ma non possiamo usare il concetto di temperatura radiante quando parliamo dell’atmosfera solare. Se la temperatura della corona fosse una temperatura radiante di 1.000.000 di gradi [Celsius], l’atmosfera solare sarebbe così brillante che non potremmo vedere la fotosfera. Se fosse così, infatti, l’atmosfera solare emetterebbe una quantità talmente grande di radiazioni che Plutone, il pianeta più lontano dal sole, verrebbe ridotto in vapore per effetto dell’intenso calore. È un bene per noi che la temperatura dell’atmosfera solare sia temperatura cinetica anziché temperatura radiante.

“Questo non vuol dire che l’atmosfera solare non emetta nessuna radiazione. Non solo emette una gran quantità di radiazioni, ma sono radiazioni di un tipo del tutto particolare. Le parti più alte della corona emettono raggi X oltre a un po’ di luce visibile, e le parti più basse emettono luce ultravioletta. Queste radiazioni rivestono grande importanza per la terra perché generano i diversi strati dell’atmosfera terrestre”.

[Riquadro/Diagramma a pagina 25]

Il sole: La nostra stella

Il sole è un’immensa fornace che provvede alla terra calore e luce indispensabili alla vita. Questa sfera costituita essenzialmente di gas idrogeno è così enorme che potrebbe contenere oltre un milione di pianeti come la terra! Eppure, in termini di stelle, non è fra le più grandi. Come stanno scoprendo gli scienziati, questa fonte di energia è piena di interessanti particolarità. Per esempio, “la quasi totalità della luce visibile proviene da una regione all’interno della fotosfera che ha uno spessore di appena 100 chilometri”. Tuttavia si calcola che il raggio del sole sia di 696.265 chilometri. — The Sun, di Iain Nicolson.

La struttura del sole

NUCLEO: La zona al centro del sole dove avvengono le reazioni nucleari e dove si registrano le temperature più alte.

ZONA IRRADIANTE: L’energia del nucleo viene irradiata attraverso questa zona sotto forma di raggi gamma e raggi X.

ZONA DI CONVEZIONE: Regione più fredda attraverso cui l’energia viene trasportata per convezione dalla zona irradiante.

FOTOSFERA: Praticamente tutta la luce solare è emessa da questa superficie visibile del sole. È in una certa misura trasparente, e “si può osservare fino a una profondità di alcune centinaia di chilometri”. (The Sun) La temperatura si aggira sui 6.000°C.

CROMOSFERA: Visibile solo durante un’eclissi totale di sole. Sottile strato di gas spesso poche migliaia di chilometri ma più caldo della fotosfera, circa 10.000°C.

CORONA: Visibile solo durante un’eclissi totale di sole, quando si presenta sotto forma di raggi e pennacchi che si estendono per grandi distanze e hanno temperature elevatissime.

[Diagramma]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Cromosfera

Fotosfera

Zona di convezione

Zona irradiante

Nucleo

[Fonte]

Da un disegno dei National Optical Astronomy Observatories

[Diagramma/Immagine a pagina 23]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Specchi (41 m al di sopra del suolo)

Livello del suolo

Tubi sottovuoto rotanti (250 tonnellate)

59 m

67 m di profondità

[Fonte]

Da un disegno dei National Optical Astronomy Observatories

[Immagine a pagina 26]

Protuberanza solare

[Fonte]

Holiday Films

[Immagine a pagina 26]

Macchie solari

[Fonte]

National Optical Astronomy Observatories