Viaggio al centro del Sole con una guida d’eccezione

LIBRI  – Viviamo nell’atmosfera del Sole, una stella per noi decisamente speciale tra le miliardi di miliardi che popolano il cielo. Ma che cos’è il Sole? E la luce? Cosa accade all’interno del nostro astro e come influenza la nostra vita e tutti i corpi celesti che formano il sistema solare? Queste sono le domande a cui risponde Lucie Green, fisica solare del Mullard Space Science Laboratory dello University College di Londra, nel libro “Viaggio al centro del Sole – Storia e segreti della nostra stella” (il Saggiatore, 2018, 285 pagine, 26 €). Un vero e proprio viaggio che parte dall’effetto per noi più “visibile”, cioè la natura della luce, fino ad arrivare alle reazioni di fusione nucleare del suo nucleo, lo studio del suo magnetismo, gli effetti del vento solare sulla Terra e sugli altri pianeti, senza tralasciare il confronto con le altre stelle.

Nel libro la Green utilizza un linguaggio chiaro, scorrevole e piacevole, alternando spiegazioni tecniche di complesse teorie a metafore alla portata di tutti, proponendo anche interessanti esperimenti facilmente realizzabili in casa, con oggetti della nostra quotidianità, per riuscire a capire lo spettro della luce, la sua doppia natura e tutte le potenzialità che la nostra stella ci offre. La luce che produce non solo illumina ogni oggetto, che riflette solo diverse lunghezze d’onda restituendoci un mondo a colori, ma riscalda. In appena otto minuti e 20 secondi i fotoni, che hanno una doppia natura di particella e onda, percorrono i 150 milioni di chilometri che separano il Sole dalla Terra. Ma oltre alla luce visibile ci sono altri tipi di emissione: ad esempio nell’infrarosso, che possiamo sperimentare sulla nostra stessa pelle quando avvertiamo il tepore degli stessi raggi solari.

Da sempre il Sole ha attirato la curiosità degli astronomi e degli scienziati, che si chiedevano da dove derivassero il suo fuoco e la sua potenza. L’energia emessa dalla nostra stella viene misurata in joule e la Green ci mostra quanta ne ingurgitiamo, oltre all’incredibile quantità che il Sole ne produce nello spazio. Se infatti un normale pacchetto di patatine da 100 grammi contiene oltre due milioni di joule di energia, il Sole irradia sulla Terra ogni secondo 4 x 10^26 joule, la stessa energia contenuta in 20 milioni di miliardi di tonnellate di patatine. In un primo momento gli scienziati avevano tentato di stimare quanto carbone sarebbe servito per ottenere questi valori di energia dalla sua combustione, ma apparve evidente che qualche altro processo fisico dovesse guidare l’interno della nostra stella: si tratta della fusione nucleare, dove l’energia viene rilasciata quando idrogeno ed elio si fondono tra loro.

Se qualcuno può pensare al Sole come a una bomba a orologeria pronta a esplodere, la Green nel libro rassicura i suoi lettori: no, non è un’arma nucleare. Rilascia la sua energia a un ritmo lento e costante, al contrario dell’esplosione di una bomba, e ha una massa di 1,98 x 10^30 chilogrammi che alimenta il processo e gli ha permesso di arrivare in sicurezza alla “mezza età”: con i suoi 4,6 miliardi di anni si trova appena alla metà del ciclo vitale.

Per poter svelare e comprendere i segreti della nostra stella è però necessario esplorarla fino al nucleo, scoprendo che un singolo fotone impiega 170mila anni per uscirne per arrivare alla superficie, da cui partirà alla volta della Terra coprendo la distanza in poco più di otto minuti. Il motivo è che nel nucleo, dove la temperatura raggiunge i 15 milioni di kelvin, i fotoni devono attraversare il plasma solare, il quarto stato della materia, e riescono a sfuggirvi solo all’arrivo nella fotosfera, dove le temperature sono tra i 6500 e i 4900 kelvin. Il Sole, spiega la Green, appare dominato da “processi poco probabili”:

“dalla creazione sessa della luce, che fa affidamento sulla fusione di due protoni per iniziare la catena – qualcosa che avviene solo una volta ogni 100 milioni di collisioni – all’emissione di quell’energia a livello della fotosfera, che fa conto a sua volta su una particella che esiste in rapporto di 1 ogni 100 milioni. Ma, naturalmente, sono le dimensioni strabilianti del Sole a rendere tutto ciò possibile […]”.

Lo studio del nostro astro passa poi da alcuni peculiari fenomeni: le macchie solari. Gli astronomi hanno in passato osservato delle vere e proprie macchie scure comparire a coppie sulla superficie della stella, macchie che oggi sappiamo essere prodotte dal suo potente campo magnetico, migliaia di volte più intenso di quello attivo sulla superficie terrestre, che alterna picchi di massimo e di minimo con un periodo di circa 11 anni.

La nostra stella appare così molto dinamica e, oltre alle macchie, altri due fenomeni sono per noi importanti da comprendere e studiare: i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale. I brillamenti sono esplosioni che si diramano dalla fotosfera e rilasciano il vento solare nello spazio. Le espulsioni di massa coronale sono ancora più violente e richiedono una ingenti quantità di energia. Entrambi i fenomeno hanno implicazioni su tutto il sistema solare e influenzano il meteo spaziale, dando vita alle tempeste geomagnetiche dove i venti di particelle elettricamente cariche interagiscono con la Terra portando a spettacolari aurore non solo ai poli, ma anche a latitudini più basse. Possono anche causare danni ai satelliti in orbita e agli apparecchi elettronici sulla Terra.

Ma come studiare il Sole in sicurezza e in tutti i suoi aspetti? La Green ripercorre anche la corsa allo spazio, iniziata dopo la Seconda Guerra mondiale, svelando alcuni interessanti retroscena storici e i progressi fatti grazie ai primi razzi, alla base dei moderni vettori che hanno portato l’essere umano sulla Luna per la prima volta e che ora permettono le moderne missioni spaziali.

Partendo dai rockoon, una via di mezzo tra i razzi e i palloni aerostatici che ha permesso di osservare la stella al di fuori dell’atmosfera terrestre e svelare i segreti dei brillamenti, fino alle missioni NASA SOHO e Stereo, gli scienziati attendono ora il lancio della Solar Probe Plus della NASA e della Solar Orbiter dell’ESA, per indagare più da vicino il Sole. Se queste missioni puntano dritte alla stella, altre due si sono rivelate fondamentali per definire i contorni della sua atmosfera, detta eliosfera. Voyager 1 e Voyager 2 hanno permesso di scoprire che viviamo letteralmente nell’atmosfera del Sole e che questa si estende quasi alla fine del sistema solare stesso.

Potremmo pensare a questo punto che la nostra stella sia unica e speciale, ma purtroppo ci sbagliamo. Ci ha dato la vita e ha permesso lo sviluppo della civiltà ma i brillamenti, le macchie e le espulsioni di massa sono fenomeni che la accomunano ad altre stelle nell’universo. Il Sole ha anche una sorella e sappiamo già quale destino l’aspetta tra miliardi di anni. Questa stella rimane comunque speciale per l’uomo e ancora tante sono le domande che restano senza una risposta, ma che diventano un nuovo stimolo per la ricerca. La Green nel libro sveste i panni di “semplice” fisico solare per vestire quelli di una sapiente guida che ci porta a scoprire, tra aneddoti scientifici e storici, la nostra stella: una lettura che, in definitiva, è un viaggio che vale la pena di fare.

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