Il Sole é una stella con una piccola massa e , in accordo con la sua fase di evoluzione, le sue dimensioni e luminositá, si presnta come una volgarissima stella. Nel momento attuale si trova nella sua fase detta di sequenza principale , caratterizzata dal fatto di avere la sua energia attraverso reazioni di fusione dell´idrogeno in elio e, data la sua piccola massa, appena arriverá alla fase di combustione dell´elio in carbonio, cessará cosí la sua evoluzione in termini di fusione nucleare. Le differenti fase dell´evoluzione della stella possono essere caratterizzate ricorrendo a un diagramma che relaziona la temperatura effettiva a la rispettiva luminositá (diagramma di Hertzsprung-Russell – HR).

Il processo di formazione di una stella come il Sole ha inizio in una nube di gas molecolare. Per instabilitá gravitazionale si comincia in una regione di questa nube, un processo di aggrgazione della massa per una zona centrale che risulterá nella formazione di una proto-stella. Questo processo di instabilitá gravitazionale é causato da onde di shock che attraversano la nube, essendo normalmente associate ad esplosioni di supernove nella vicinanza. Per effetto della gravitá il gas si agglomera in un nucleo centrale la cui temperatura aumenta gradualmente nella misura in cui la sua massa aumenta e si contrae.

Per conservazione del momento angolare della nube iniziale di materia, il processo di aggrgazione dá origine ad un disco di aggregazione dove si formano i pianeti. La fase di proto-stella termina quando il nucleo centrale é sufficientemente luminoso (dovuto alla contrazione e alle reazioni di fusione del deuterio) per allontanare la nube avvolgente, per un processo di pressione radiativo, entrando intanto nella fase di evoluzione di pre-sequenza principale.

In questa fase, il nucleo centrale continua rapidamente a contrarsi, usando essenzialmente l´energia gravitazionale da contrazione per riscaldarsi. Anche se la proto-stella é totalemte convettiva (dovuto alla sua bassa densitá e temperatura), con la contrazione il suo nucleo centrale diventa radiativo, aumentando la temperatura effettiva. Con l´aumento della densitá e della temperatura nel suo centro, presto questa ultima arriva avalori dell´ordine di 2 X 107 K, e comincia a diventare possibili le reazioni di fusione dell´idrogeno, timbrando cosí la nascita della stella. Entra intanto in una lunga fase di equilibrio – la sequenza principale – che dura fino a che esiste idrogeno per le reazioni di fusione.

Durante la fase della sequenza principale non avvengono grandi mutamenti nelle proprietá globali come luminositá e raggio. Esiste appena un leggero aumento della luminositá in rapporto alla diminuzione dell´idrogeno nel nucleo, obbligando la stella ad adattarsi. Come risultato della combustione dell´idrogeno, la stella vá accumulando nel suo centro l´elio che risulta dalle sue reazioni di fusione, creando cosí un un nucleo inerte di questo elemento. L´aumento continuo del nucleo obbliga la stella ad adattarsi rapidamente per aggiustare le condizioni di produzione di energia che necessita per mantenere il suo equilibrio idrostatico. Come la massa del nucleo di elio diventa troppo elevata, la gravitá porta a che questa si trasformi in una sfera di gas degenerato, e nello stesso tempo diminuisce di diemnsione. Entriamo cosí in una fase in cui l´energia prodotta aumenta progressivaente in risposta alla contrazione del nucleo.

La fine della sequenza principale corrisponde alla fase in cui la produzione di energia ha luogo, non nel centro, ma in uno strato attorno al nucleo. Lì é prodotto piú elio che continuerá ad essere immagazzinato nel nucleo centrale. Si ha cosí inizio ad una fase di instabilitá che porta la stella ad alterare tutta la sua struttura in una scala di tempo abbastanza breve. La stella si adatta al fatto di produrre energia appena in uno strato che avvolge il nucleo ma comincia ad alterare la sua luminositá e temperatura effettiva, per cui questa si muove nel diagramma H-R a destra della zona corrispondente alla sequenza principale, entrando in una fase di gigante rossa.

Nella misura in cui il nucleo di gas degenerato soggetto alla sua gravitá si contrae, per aumento della massa, trascina con sé gli strati ricchi in idrogeno che lo avvolgono per zone piú interne, portando ad un aumento del flusso di energia prodotta per fusione. In questo modo l´involucro della stella é obbligato a espandersi con una corrispondente diminuzione della temperatura effettiva dando origine a una gigante rossa.

Ad un certo punto la stella ha giá perso una parte significativa del suo involucro gassoso, nella fase di espansione di gigante rossa, e il suo nucleo di elio finisce pe rarrivare a temperature sufficientemente alte per dare inizio alla combustione di questo elemnto in carbonio. Ha co´si luogo una “seconda” sequenza principale detta RAMO ORIZZONTALE. Dato che la reazione di fusione di elio in carbonio é meno efficiente di quella della fusione dell´idrogeno, la permanenza della stella in questa nuova fase di stabilitá (nel ramo orizzontale) sará molto piú corta di quella della fase di combustione dell´idrogeno, obbligando ancora una volta la stella ad evoluire.

Nella fase finale della combustione dell´elio, la stella possiede un nucleo inerte di carbonio, uno strato esterno a questo di combustione dell´elio e uno strato ancora piú esterno di combustione di idrogeno. Nuovamente con il crescimento del nucleo, adesso di carbonio, la stella acquisisce una configurazione instabile con la produzione di energia che deve aver luogo negli strati esterni. Entra cosí in una nuova fase denominato ramo assintottico delle giganti. La continua somma di massa nel nucleo porta ad una nuova fase di contrazione, in cui questo nucleo centrale trascina gli strati che lo avvolgono, risultando in un rapido aumento della produzione di energia e conseguentemente, in una nuova espansione del resto dell´involucro gassoso che ancora la avvolge. L´involucro si espande quando il gas é spinto dalla radiazione proveniente dalla elevata temperatura del nucleo che si contrae, finendo per portare la stella a perdere tutta la massa esterna nel nucleo centrale che passa ad evoluire separatamente, nella misura in cui il gas perso é restituito allo spazio interstellare. Risulta da questo processo la formazione di una nebulosa planetaria.

Alla fine del ramo asintottico dei giganti, quando l´involucro gassoso e perso, resta appena il nucleo centrale e la nube di materiae che é stata eiettata. Il nucleo, quasi solo di carbonio, é oltremodo piccolo, per cui la gravitá é incapace di iniziare la combustione di questo elemento, passando ad una fase di raffreddamentoman mano che perde energia termica, terminando cosí il processo di evoluzione. Il piccolo corpo sferico di carbonio degenerato che é rimasto dopo la contrazione del nucleo si chiama NANA BIANCA. Le dimensioni di questo corpo sono molto ridotte se comparate con la dimensione attuale del Sole, e la sua brillantezza si deve appena al calore che é rimasto dal processo di evoluzione e andrá ad essere progressivamente perduto raffreddando la nana bianca.

Finalmente, quando tutta l´energia térmica é rirradiata, la stella finisce di essere visibile diventando una nana-nera, questo é un diamante (carbonio cristallizato) perso nella Galassia.

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L´attivitá nel Sole, le macchie, pori, facule, eruzioni ecc. si trovano intimamente legate con l´esistenza di regioni dove il campo magnetico é molto intenso. Questo campo ha origine sotto l´atmosfera, nell´interno di questa immensa massa di gas che gira atoorno a sé stassa creando elettroni e protoni i quali, animati dal movimento, danno origine ad una corrente elettrica che a sua volta induce un campo magnetico. Il Sole si comporta come se fosse una gigantesca dinamo.

La rotazione del Sole, essendo differenziale (la regione equatoriale ruota piú velocemnete delle altre regioni) trasforma un campo magnetico poloidale (che va da un polo all´altro) poco intenso, ad un campo toroidale (parallelo all´equatore) molto intenso: la rapida rotazione all´equatore si mistura alle linee di forza formando linee magnetiche di elevata intensitá del campo. È in questo campo magnetico che si trova l´origine, per esempio, delle macchie, nella misura in cui inibisce la convenzione o l´apparizione di zone piú fredde nella superficie solare.

La dinamo solare sperimenta cambiamenti di regime periodici che si traducono in una variazione quasi regolare del numero delle macchie solari. Questa permuta tra minimi e massimi dell´attivitá caratterizza il CICLO SOLARE, che corrisponde ad un periodo di circa 11 anni (il periodo varia tra i 9 e i 12 anni e mezzo). La localizzazione dove le macchie sorgono nel disco solare varia anche con la fase in cui si trova il ciclo, apparendo a latitudini piú alte (piú vicine ai poli) all´inzio del ciclo, in quanto vicino alla fine la quasi totalitá delle macchie sorge vicino all´equatore.

Il momento quando un grande numero di macchie si formano é detto MASSIMO SOLARE. L´intensiá nel massimo di ogni ciclo varia anche da ciclo a ciclo, esistendo epoche in cui l´attivitá é molto superiore, in contrasto con altre in cui quasi praticamente non si registrano fenomeni di attivitá nel Sole. Un esempio é il minimo di MAUNDER (periodo compreso tra il 1650 e il 1700) che corrisponde ad una fase in cui il Sole quasi non ebbe macchie durante vari cicli di attivitá, coincidendo con un abbassamento della temperatura media registrata in Europa nella stessa epoca.

Le macchie appaiono normalmente associate in gruppi essendo legate tra loro dal campo magnetico. In ogni ciclo di 11 anni tutti i gruppi di macchie presentano un orientamento similare (per ogni emisfero) avendo sempre la macchia di ogni emisfero la stessa polaritá. Nella fase seguente, quando inizia il nuovo ciclo l´organizzazione delle polaritá é invertita. In questo modo torneremo alla stessa configurazione alla fine di 2 cicli consecutivi. Il ciclo completo quindi sará di circa 22 anni. Riassumendo, anche il numero di macchie varia con un periodo di circa 11 anni, la polaritá delle macchie si inverte alla fine di ognuno di questi periodi, per cui di fatto il ciclo magnetico completo dura 22 anni.

Il ciclo solare ha un effetto diretto su quello che succede nella superficie del Sole e colpisce tutto il sistema solare attaverso le differenti manifestazioni dell´attivitá che possono succedere dovuto alle macchie o fenomeni associati, come flares, prominenze e buchi coronali. In una fase piú attiva del ciclo solare il campo magnetico presenta piú e maggiori zone chiuse di campo, il che porta all´apparizione nella corona di piú regioni attive con temperature e densitá maggiori. Questo tipo di regioni é particolarmente visibile nelle immagini del Sole ai raggi X, perché le zone che emettono in questa lunghezza d´onda corrispondono precisamente a quelle dove si registra la maggiore temperatura. Queste zone sono il risultato diretto della struttura chiusa del campo magnetico associato all´attivitá nella superficie del Sole. È per questo motivo che l´aspetto della corona, vista durante una eclisse totale di Sole, é abbastanza differente, dipendendo dal momento in cui si osserva: la struttura presentata é molto distinta nel caso in cui il Sole sia in massimo o in un minimo del suo ciclo di attivitá. La struttura della corona diventa abbastanza piú ricca in altezza quando il Sole é piú attivo, essendo possibile identificare le zone del campo magnetico associate all´attivitá nella superficie, in quanto che nel minimo di attivitá l´aspetto é molto piú uniforme, corrispondendo ad una struttura piú semplice del campo magnetico.

Gli effetti del ciclo solare possono anche essere sentiti sulla Terra e nel resto del Sistema Solare. Un esempio é il fatto che dei cambiamenti nella attivitá del Sole possono essere accompagnati da alterazioni nel vento solare, da cui la configurazione del campo elettromagnetico che circonda la Terra che puó esporre questa piú o meno all´effetto dei raggi cosmici. Quando questo succede, la produzione di carbonio -14 é alterata. Questo effetto puó essere misurato essendo possibile stabilre una correlazione tra questo isotopo e il ciclo solare.

Altro esempio sono le aurore boreali la cui intensitá e frequenza é superiore nelle epoche di maggiore attivitá solare.

Anche la temperatura nella Terra puó subire cambiamenti come é giá successo nel periodo giá menzionato del Minimo di Maunder in cui avvenne una piccola era di ghiaccio che portó tutta l´Europa ad avere temperature inferiori al normale durante alcune decadi.

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La fotosfera, la cromosfera e la corona sono gli strati costituenti l´atmosfera del Sole. Lí é possibile incontrare strutture molto diverse il cui carattere variabile o effimero é la base del concetto di attivitá.

Le macchie solari sono apparentemente le strutture meno attive. Sembrano scure perché sono “fredde” ossia possiedono circa di 1700 K meno che le regioni vicine; la temperatura della regione centrale di una macchia, l´ombra, puó scendere fino ai 3.000 K. La granulazione sembra sparire, segno che la convenzione é, per lo meno superficialmente, meno forte, diminuendo cosí almeno una fonte di calore. Misure del campo magnetico solare indicano che questo é sicuramente sufficientemente intenso per sopprimere o comprimere la convenzione sottostante. sopra la macchia solare, piú questo campo modella la macchia: la pressione magnetica andrá rapidamente a dominare la pressione gassosa. È questo che mostra la penombra della macchia: i filamenti, scuri o brillanti, materializzano le linee di forza; partendo dal centro della macchia, salgono nella cromosfera e ritornano a chiudersi nuovamente sopra la fotosfera vicina. Questo fenomeno non si verifica nel caso dei PORI, piccole macchie sprovviste della penombra.

Una mappa magnetica di una regione attiva rivela che i campi forti non si limitano alle macchie, ma rivela anche lí sono concentrate delle zone brillanti, le FACOLE. La brillantezza elevata delle facole si spiega per avere una temperatura piú alta. La ragione per cui nello stesso campo magnetico intenso possono prodursi regioni brillanti calde, le facole, e nello stesso momento regioni scure e fredde, le macchie, forse si puó spiegare attraverso le differenti strutture del campo magnetico di convenzione.

Il dominio della pressione gassosa da parte della pressione magnetica, man mano che ci solleviamo nell´atmosfera, fa che la materia, una volta ionizzata sotto l´effetto delle alte temperature, si trovi limitata dal campo magnetico, adottando le piú diverse fantasie geometriche. Questa delimitazione risulta dall´imprigionamento delle particelle elettricamente caricate (protoni, elettroni e ioni) che vanno in spirale attorno le linee di forza. Cosí osserviamo archi di tutte le dimensioni (da 100 a 10 000 km) e di tutte le temperature.

In questa maniera, la materia finisce di essere isolata passando ad essere supportata dal campo magnetico. è spiegata in questa maniera l´esistenza dei filamenti che sembrano scuri nel disco, perché la luce solare é assorbita lí e, al contrario, brillanti fuori dal limbo, una volta che la luce qui emessa é piú intensa del fondo cosmico. La temperatura di questi filamenti, al quale si dá nome di PROTUBERANZE o prominenze, é di circa 8.000 K., sufficientemente piú bassa del mezzo avvolgente, la corona che raggiunge 1 milione di K. : il campo magnetico appena autorizza un effetto di cambiamento di calore lungo delle sue linee di forza, isolando cosí la materia della fornace coronale.

Comunque, sotto diverse influenze come riscaldamento o riorganizzazione magnetica, la protuberanza puó essere “attivata” lasciando di essere in equilibrio. La materia “fredda” puó salire con una velocitá superiore a 100 Km al secondo, fino ad una altezza di un raggio solare e scomparire: in altri casi dopo la scomparsa brusca, il filamento torna e guadagna forma potendo sopravvivere a varie rotazioni solari.

Insomma, una regione attiva assomiglia alla maggior parte dei fenomeni che stanno alla origine della attivitá solare: macchie, facole, protuberanze. Si tratta prima di tutto, di zone di linee del campo magnetico chiuse e complesse. Quando accade una riorganizzazione magnetica, fenomeni dinamici spettacolari (eiezioni di materia) e anche violenti (eruzioni) appaiono.
Le eruzioni, raramente visibili in luce bianca (le migliori osservazioni sono fatte nella banda H-alfa idrogeno) sono fenomeni violenti il cui effetto si puó far sentire sulla Terra. L´eruzione si caratterizza Per un aumento molto forte della brillantezza, coprendo enormi regioni che possono arrivare a 5.000.000 di metri quadrati.

Esiste una gamma molto grande di manifestazioni eruttive, tanto dal punto di vista della importanza del gas emessivo, come della geometria, della durata, della natura dello spettro, etc..Peró qualcosa in comune lo hanno: in meno di un minuto le intensitá dei raggi solari aumentano dieci volte o piú, essendo necessari vari decine di minuti o anche ore affinché l´emissione luminosa torni al suo livello normale.

Le strutture piú spettacolari sono i grandi getti di gas, che presentano una base a forma di bolla arrotondata, che dopo si restringono in una estesa punta in direzione a 3 o 4 raggi solari, per poi allungarsi sotto forma di una coda radiale fino ad una decina di raggi solari. Nella coda, la materia coronale si allontana dal Sole con una velocitá di espansione supersonica. Altra proiezioni di massa, piú modeste, posseggono appena la base a forma di bolla, che culmina a due o 3 raggi solari. Queste eiezioni gassose, (dette anche FLARES, le prime e PROMINENZE le seconde, possiedono tempi distinti di vita: alcuni mesi nel caso delle prominenze e alcune settimane nel caso dei Flares) succedono quando una quantitá significativa di plasma denso piú freddo o gas ionizzato scappa dai campi magnetici solari deboli, normalmente chiusi e confinati, ed é espulso verso lo spazio interplanetario o eliosfera.
Eruzioni di questo genere possono produrre grandi problemi nelle zone piú vicine alla Terra, colpendo le comunicazioni, i sistemi di navigazione e addirittura il sistema di distribuzione elettrico.

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