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Macchie solari


Cosa sono le macchie solari e come sono strutturate Che cosa sono: Le macchie solari sono zone con una intensa attività magnetica sulla faccia visibile del Sole. Per ragioni poco chiare, si tratta di zone leggermente più fredde della circostante fotosfera (forse a causa di campi magnetici che interferiscono con il flusso uscente di calore solare in quelle regioni) e che quindi agli occhi degli osservatori esterni appaiono un po' più scure,ma in realtà le macchie solari non sono scure, bensì sono molto luminose e possiedono temperature elevate (circa 5000 kelvin) ;la loro scurezza è data dal contrasto con le regioni circostanti,ancora più luminose e calde (6000 kelvin). Secondo osservazioni recenti le macchie solari sono un vortice di campi magnetici composti da correnti di materiale dirette verso l'interno del Sole. In un certo senso, le macchie solari sarebbero un fenomeno simile agli uragani sulla Terra. Numerose macchie simili sono state osservate anche in stelle diverse dal Sole, e prendono il nome più generale di macchie stellari. Galileo Galilei fu il primo astronomo a identificare le macchie solari,nel 1612. Questa scoperta creò uno scandalo e fu considerata dannosa per il dogma religioso dell'epoca. Solo a partire dal XVIII secolo il fenomeno iniziò ad essere studiato scientificamente e fu possibile dimostrare una forte correlazione tra le macchie solari e l'intensità della radiazione solare; la tendenza è quella di un numero in aumento, e i valori più grandi sono stati registrati negli ultimi 50 anni. Si ha un’iniziale visione di una macchia sul disco solare quando appare sottoforma di un minuscolo poro, appena percettibile. In pochi giorni i pori si sviluppano, moltiplicano, si allargano, si fondono insieme dando luogo a gruppi di macchie, i quali in un periodo di circa un mese si dissolvono per far posto ad altri gruppi. La presenza delle macchie solari indica l'attività e della radiazione solare trasmessa nello spazio dal Sole. In base a quest'ultima osservazione una teoria scientifica lega la presenza delle macchie solare al fenomeno dell'effetto serra terrestre. Le macchie solari compaiano in gruppi numerosi nei pressi dell'equatore solare e tendono ad avvicinarsi ulteriormente. Col passare del tempo sbiadiscono e scompaiono del tutto. L'attività delle macchie solari si presenta periodicamente seguendo un ciclo di circa 11 anni (ciclo di attività solare). Ogni ciclo è identificato da un picco massimo di presenza delle macchie solari e da un picco minimo. Inizialmente le macchie appaiono nelle latitudini più elevate per poi spostarsi verso la fascia equatoriale del Sole nella fase di massima attività del ciclo solare. Struttura di una macchia solare: La macchia solare visibile sulla superficie solare è soltanto la sezione superiore di una fascia più profonda che nasce dalle regioni più profonde del Sole (nella zona convettiva). La parte sottostante alla macchia solare si presenta come un tubo in cui la forza magnetica ostacola la funzione convettiva del sole riducendo la temperatura della zona. Quando l'intensità magnetica dei tubi è molto forte, questi riescono a forare la superficie della fotosfera, diventando visibili all'occhio di un osservatore esterno (ad esempio dalla Terra). La macchia solare sulla fotosfera si presenta con una zona centrale più in ombra (meno calda) circondata da una zona intermedia in penombra. Nei gruppi di macchie si distinguono una macchia di testa e una macchia di coda, nel senso della rotazione solare(32 giorni in vicinanza dei poli e di circa 27 giorni in vicinanza dell'equatore solare). Una tipica macchia solare è costituita da un'area grossolanamente circolare oscura, detta ombra, circondata da una zona grigiastra, detta penombra, con una caratteristica struttura radiale. Le macchie più grandi possono avere un diametro di alcune decine di migliaia di chilometri. Una grande macchia solare può quindi contenere comodamente al suo interno la Terra. Le osservazioni consentono di affermare che le macchie sono sedi di vere e proprie aree cicloniche, simili (ma su scala infinitamente più grande) a trombe d'aria, che succhiano il materiale dagli strati inferiori della fotosfera e lo proiettano in alto con moto vorticoso, raffreddandolo. Un dato importante che riguarda le macchie è quello del forte campo magnetico associato ad esse, fino a qualche migliaio di gauss. I campi magnetici delle macchie di testa e delle macchie di coda hanno sempre polarità magnetica opposta. Gli studi scientifici hanno dimostrato una forte correlazione tra le macchie solari e l'intensità della radiazione solare. Col passare del tempo sbiadiscono e scompaiono del tutto. L'attività delle macchie solari si presenta periodicamente seguendo un ciclo di circa 11 anni (ciclo di attività solare). Ogni ciclo è identificato da un picco massimo di presenza delle macchie solari e da un picco minimo. Inizialmente le macchie appaiono nelle latitudini più elevate per poi spostarsi verso la fascia equatoriale del Sole nella fase di massima attività del ciclo solare. Le macchie solari rappresentano dettagli ben identificabili sulla fotosfera, seguendo i quali nel tempo si ha l'evidenza della rotazione del Sole intorno ad un asse polare. Se si osserva il Sole con un telescopio o con un binocolo, si noterà che la nostra stella presenta alcuni "punti scuri", detti macchie solari. Sono di dimensioni variabili (da 7.000 a 50.000 Km di diametro) e talvolta sono visibili anche ad occhio nudo. Tutto ha inizio quando, in una zona della fotosfera, si forma una regione scura di qualche migliaio di chilometri (detta "poro"); in genere esse scompaiono nel giro di qualche ora, mentre in alcuni casi cominciano ad espandersi gradatamente. Quando intorno ad esse si può notare una zona di penombra (seppur molto debole), possiamo parlare di macchia. La vita media di una macchia singola è di qualche giorno; generalmente però esse nascono a coppia o a gruppi, e in tal caso possono avere una vita di qualche settimana. Alcuni gruppi di macchie possono essere particolarmente longevi, e durare per mesi. Le macchie solari seguono il movimento di rotazione del Sole e in passato hanno aiutato gli astronomi a calcolare la sua velocità di rotazione. Una macchia solare infatti impiega 13,5 giorni per attraversare la faccia visibile del Sole, e rimane nascosta per altri 13,5 nella faccia nascosta. Quindi, se essa è ancora "in vita", ritornerà nel punto di partenza dopo 27 giorni (che corrisponde al periodo di rotazione sinodica - non a quello siderale - dato che anche la Terra si sposta in tale periodo). Questo ovviamente vale per le macchie che si trovano ad una longitudine solare media di 45°; infatti, la rotazione del Sole è differenziale, aumentando dai poli verso l'equatore. Le macchie solari seguono il movimento di rotazione del Sole e cambiano forma e dimensioni con il passare dei giorni. è stato scoperto che la quantità di macchie solari oscilla, seguendo un ciclo regolare di 11,07 anni. Ciò vuol dire che ogni 11 anni circa, la quantità di macchie presenti raggiunge un massimo ("massimo solare") Il numero di macchie però varia da massimo a massimo; ad esempio nel 1816 il numero relativo era pari a 48,7, mentre nel 1957 il numero R era 201,3 (si è trattato del massimo più alto tra quelli finora conosciuti. Durante il minimo il Sole è senza traccia di macchie anche per molte settimane, mentre all'epoca del massimo si possono osservare da 10 a 20 gruppi di macchie sulla sua superficie. Generalmente i passaggi dal minimo al massimo avvengono tanto più velocemente quanto più quest'ultimo sarà alto. L'ultimo massimo si è verificato nel 2002, quindi il prossimo ricorrerà nel 2013. Il numero di macchie solari è correlato con l'intensità della radiazione solare. Durante il Minimo di Maunder esse quasi scomparirono, e la Terra nello stesso periodo si raffreddò in modo consistente. La correlazione tra i due eventi è oggetto di discussioni nella comunità scientifica. Osservazione delle macchie solari I primi probabili riferimenti alle macchie solari sono quelli degli astronomi cinesi del primo millennio d.C., che probabilmente potevano vedere i gruppi di macchie più grandi quando lo splendore del sole era diminuito dalla polvere sollevata dai vari deserti dell'Asia centrale. Furono osservate telescopicamente per la prima volta nel 1610 dagli astronomi frisoni Johannes e David Fabricius, che pubblicarono una loro descrizione nel giugno del 1611. In questa data Galileo stava già mostrando le macchie solari agli astronomi a Roma e Christoph Scheiner aveva probabilmente osservato le macchie per due o tre mesi. La polemica tra Galileo e Scheiner per la prima osservazione, quando nessuno dei due sapeva del lavoro dei Fabricius, fu quindi tanto acida quanto inutile. e macchie solari ebbero una qualche importanza nel dibattito sulla natura del sistema solare. Mostravano che il Sole ruotava su se stesso, e il fatto che apparivano e scomparivano dimostrava che il Sole subiva dei cambiamenti, in contraddizione con gli insegnamenti di Aristotele. Le ricerche sulle macchie solari segnarono il passo per la maggior parte del XVII e l'inizio del XVIII secolo, perché a causa del Minimo di Maunder quasi nessuna macchia solare fu visibile per molti anni. Ma dopo la ripresa dell'attività solare, Heinrich Schwabe poté riportare nel 1843 un cambiamento periodico nel numero delle macchie solari, che sarebbe poi stato chiamato il ciclo undecennale dell'attività solare. Un flare estremamente potente fu emesso verso la Terra il 1º settembre 1859. Interruppe i servizi telegrafici e causò aurore boreali visibili molto a sud, fino alle Hawaii e a Roma, e in modo simile nell'emisfero sud. Il flare più luminoso osservato dai satelliti è avvenuto il 4 novembre 2003 alle 19:29 UTC, ed ha saturato gli strumenti per 11 minuti. La regione 486, responsabile del flare, ha prodotto un flusso di raggi X stimato a X28. Le osservazioni hanno mostrato che l'attività è continuata sulla faccia lontana del Sole, quando la sua rotazione ha nascosto la regione attiva alla nostra vista. È stata registrata l'assenza di macchie solari per 266 giorni su 366 nel 2008, e per 78 giorni nei primi 90 del 2009. Fisica Primo piano di una macchia solare all'ultravioletto. Immagine del satellite TRACE. Anche se i dettagli della formazione delle macchie solari sono ancora oggetto di ricerca, è abbastanza chiaro che esse sono la controparte visibile di tubi di flusso magnetico nella zona convettiva del Sole che vengono "arrotolati" dalla rotazione differenziale della stella. Se lo stress su questi tubi supera un certo limite, rimbalzano come elastici e "forano" la superficie solare. Nei punti in cui essi attraversano la superficie la convezione non può operare, il flusso di energia che arriva dall'interno del Sole si riduce, e la temperatura di conseguenza scende. L'effetto Wilson suggerisce che le macchie solari siano anche delle depressioni rispetto al resto della superficie. Questo modello è supportato da osservazioni che usano l'effetto Zeeman, che mostra come le macchie solari appena nate spuntino a coppie, di opposta polarità magnetica. Da ciclo a ciclo, la polarità delle macchie anteriori e posteriori (rispetto alla rotazione del Sole) cambia da nord/sud a sud/nord e viceversa. In genere le macchie solari appaiono a gruppi più o meno grandi. Una macchia solare può essere divisa in due parti . ombra, più scura e fredda . penombra, intermedia tra l'ombra e la superficie solare La velocità delle onde sonore nei pressi di una macchia solare. Le linee di campo magnetico dovrebbero respingersi l'un l'altra, facendo quindi disperdere rapidamente le macchie solari, ma la vita di una macchia è in media di appena due settimane, un periodo troppo breve. Osservazioni recenti condotte dalla sonda SOHO, utilizzando le onde sonore che viaggiano nella fotosfera solare per formare un'immagine dell'interno del Sole, hanno mostrato che sotto ogni macchia solare vi sono potenti correnti di materiale dirette verso l'interno del Sole, che formano dei vortici che concentrano le linee di campo magnetico. Di conseguenza le macchie sono delle tempeste auto-sostenentesi, simili in alcuni aspetti agli uragani terrestri. L'attività delle macchie segue un ciclo di circa 11 anni (il ciclo undecennale dell'attività solare). Ogni ciclo di undici anni comprende un massimo ed un minimo, che sono identificati contando il numero di macchie solari che appaiono in quell'anno. All'inizio del ciclo, le macchie tendono ad apparire a latitudini elevate, per poi muoversi verso l'equatore quando il ciclo si avvicina al massimo (questo comportamento è chiamato legge di Spörer). Oggi si conoscono molti periodi diversi nella variazione del numero di macchie, di cui quello di 11 anni è semplicemente il più evidente. Lo stesso periodo è osservato nella maggior parte delle altre espressioni di attività solare, ed è profondamente legato alle variazioni del campo magnetico solare. Non si sa se esistano periodi molto lunghi (di secoli o più), perché l'intervallo registrato dagli astronomi è troppo corto, ma se ne sospetta fortemente l'esistenza. Alcuni ritengono che le macchie solari siano la causa alla base del riscaldamento globale e l'uomo e i suoi consumi abbiano contribuito in minor parte al fenomeno rispetto ad esse.[1]. O, meglio, le macchie solari sono indice dell'attività solare, che determina la radiazione solare trasmessa al nostro pianeta. Piccole variazioni di questa radiazione, secondo gli ultimi studi, avrebbero una visibile influenza sul clima terrestre.[2] Le macchie solari, sappiamo oggi, sono intensi campi magnetici che appaiono durante periodi d’elevata attività solare, ma per secoli e da molto prima che se ne conoscesse la natura gli astronomi ne hanno registrato il numero, e dai dati raccolti si può notare tra il 1645 e il 1715 una drastica riduzione nel numero delle macchie solari (minimo di Maunder, dal nome dell’astronomo inglese che osservò la circostanza). Quanto il numero di macchie solari sia un attendibile indicatore del clima lo scoprirono il ricercatore danese Friis-Christensen e i suoi collaboratori, che nel 1991 dimostrarono la stretta correlazione tra attività solare e temperatura globale in tutto il periodo compreso fra il 1860 e il 1990. Per escludere che quella correlazione fosse una semplice coincidenza, andarono indietro nel tempo per altri 400 anni e, di nuovo, accertarono la stretta correlazione tra attività solare e temperatura globale. il sole influenza il clima non solo, direttamente, col suo calore ma anche, indirettamente, attraverso la formazione delle nuvole, che hanno un potente effetto raffreddante. La potenza di questo effetto è diventata chiara solo recentemente, dopo che si sono confrontate, nel corso degli anni, le temperature globali con il flusso di raggi cosmici, scoprendo, ancora una volta, una stretta correlazione tra temperatura globale e flusso cosmico, con la prima che aumenta ogni volta che il secondo diminuisce, e viceversa: il clima è controllato anche dalle nuvole, queste sono controllate dal flusso di raggi cosmici a sua volta controllato dall’intensità del campo magnetico dal sole, cioè dalla attività della nostra stella. Va detto però che tali teorie sono ancora al vaglio della Comunità Scientifica, e al momento sono oggetto di dibattito e contestazione accademica. Le macchie solari si possono osservare piuttosto facilmente, basta un piccolo telescopio usato col metodo della proiezione dall'oculare. In alcune circostanze, specialmente all'alba e al tramonto, le macchie solari possono essere viste anche ad occhio nudo. Tuttavia, è bene non guardare mai il Sole senza l'ausilio di un filtro in quanto può causare danni permanenti alla retina.
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