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Stilo, 28 Luglio 2011 F. Zuccarello

Università di Catania

Il Sole: il nostro laboratorio



Il Sole• Il Sole si trova in un braccio spirale della

nostra Galassia (Via Lattea), chiamato braccio di Orione, a circa 30000 anni-luce dal centro (1 anno-luce=9,5x1013 km).

• Il Sole ruota intorno al centro della Galassia in 225 milioni di anni. Quindi il Sistema Solare ha una velocità di 230 km/s (o 830.000 km/h).

• La nostra Galassia è costituita da circa 100 miliardi di stelle e ci sono almeno 100 miliardi di galassie nell’Universo.

• Il Sole ha ispirato figure mitologiche in molte culture come quelle degli antichi Egizi, degli Aztechi, degli Indiani d’America e dei Cinesi.

• Il Sole è 333400 volte più massiccio della Terra e contiene il 99,86% della massa dell’intero Sistema Solare.

• E’ costituito per il 78% da Idrogeno, per il 20% da Elio e per il 2% da altri elementi.

• Energia totale irradiata: 2 x 1033 erg al secondo.



NucleoRegione in cui viene prodotta l’energia. La

fusione nucleare trasforma ad ogni

secondo circa 700 milioni di tonnellate di

idrogeno in elio

Zona RadiativaRegione in cui l’energia viene

trasportata per radiazione Sebbene i

fotoni prodotti viaggino alla velocità

della luce, vengono deviati così tante

volte dal denso materiale che

impiegano milioni di anni per

raggiungere la superficie

Zona ConvettivaL’energia viene trasportata perconvezione, come in una pentola d’acquache bolle, in superficie

La Struttura del Sole

I NEUTRINI SOLARI

Verso la fine degli ani sessanta, la necessità e la

volontà di provare che l’energia generata

all’interno del Sole fosse effettivamente prodotta da

reazioni nucleari, come aveva previsto H. Bethe,

portò Davis e collaboratori a proporre un

esperimento per la rivelazione dei neutrini solari.

IL PROBLEMA DEI NEUTRINI SOLARI

Nel 1970 vennero pubblicati i primi risultati che misero in

discussione la teoria secondo la quale l’energia solare viene

prodotta da reazioni nucleari. Con grande stupore di tutta la

comunità scientifica, i risultati ottenuti dalle prime misure di

Davis non corrispondevano alle previsioni. Infatti soltanto circa

un terzo dei neutrini previsti erano stati rivelati : era nato il

problema dei neutrini solari.

Problema della fisica solare o della fisica delle

particelle ?

Tale problema coinvolgeva sia l’astrofisica che la

fisica in generale, in quanto poneva in seria

discussione sia l’attendibilità dei modelli

dell’evoluzione stellare che il comportamento del

neutrino in quanto particella.

Astronomi contro fisici

Gli astronomi credevano ciecamente alla teoria

dell’evoluzione stellare a causa del ragionevole accordo con

le osservazioni, e postularono che il neutrino avesse

proprietà non standard che consentissero un decadimento o

oscillazioni dei neutrini solari in particelle non ancora

rivelate o in altri tipi di neutrini (Pontecorvo), il che

richiedeva che il neutrino non avesse massa nulla.

I fisici, basandosi sull’eleganza della teoria dell’interazione

debole con i neutrini con massa nulla, sostenevano che gli

astronomi non avessero ben capito l’evoluzione stellare.



Eliosismologia• L’intero Sole vibra dando origine ad un

complesso insieme di onde acustiche

• Tali onde acustiche vengono riflesse

da un lato all’altro del Sole, cosicchè la

superficie oscilla su e giù

• Le onde sonore sono influenzate dalle

condizioni che incontrano nell’interno

solare

• Osservando queste oscillazioni in

superficie, si possono ricavare

informazioni sulla parte interna

Onde sonore

Il canto del Sole!



Modi di oscillazione

n: numero di nodi lungo il percorso radiale

l: numero di linee nodali sulla superficie

m: numero di nodi lungo i paralleli



Modi di oscillazione



Velocità del suono

Zona convettiva: rotazione differenziale

Zona radiativa: ruota quasi come un corpo rigido

Struttura interna Rotazione interna



La fotosfera solare

Granulazione

sunspots

WL flares

Rotazione differenziale



Le Macchie Solari

Immagine dettagliata di macchie solari

Magnetogramma del Sole:

le aree chiare e quelle scure

indicano la presenza di intensi

campi magnetici di polarità

opposta

• Il numero varia con il ciclo solare di 11 anni



Distribuzione delle macchie sul disco solare



La cromosfera solare



La cromosfera solare

Le Protuberanze

Formate da plasma denso e

più freddo del materiale

cromosferico, appaiono sul

disco come scuri filamenti.

Sul bordo appaiono come

getti di plasma

incandescente.



La corona solare

Immagine della corona solare

ottenuta durante una eclissi

totale di Sole (Agosto 1999)

Immagine della corona solare

ottenuta dallo spazio (YOHKOH)



LA CORONA SOLARE Osservabile:

Durante le eclissi ad occhio

nudo

Nelle bande X e radio

Strutture presenti:

Punti brillanti

Regioni brillanti

Loop

Buchi coronali

CME



… loop, loop, loop ...



Il Campo Magnetico del Sole

• Il Sole è interessato da forzemagnetiche molto intense.

• Le frecce rosse indicanolinee di forza aperte delcampo magnetico solare, cheemergono nelle regioni polari.

• Le frecce grigierappresentano le particelledel vento solare, chetrascinano con sè le linee diforza del campo magneticosolare .

• Le regioni attive luminose sonocaratterizzate da linee di forzachiuse (arancio).



Regione attiva osservata

nei diversi livelli

dell’atmosfera solare



Protuberanze Eruttive



Protuberanze Eruttive

Un CME a lampadina: il Sole ha una grande idea !

Cosa è un flare?

• Improvviso rilascio di energia (fino a 1032 erg)

• Il rilascio energetico copre l’intero spettro EM

• Durata media ≥ 1 ora

• Accelerazione di particelle

• Onde d’urto

• Moti d’insieme del plasma (plasma jet)

• Riscaldamento del plasma

Flare osservato a 195Å

SOLAR FLARES

• I flare solari sono improvvise(tiniz ~ 1-2 minuti), localizzate (l~ 106 – 108 m), emissioni dienergia (da 1023 erg neinanoflare a 1032 erg nei granditwo ribbon flare) durante i qualil’energia magnetica vieneconvertita in:

• radiazione emessa sull’interospettro elettromagnetico,

• riscaldamento,

• accelerazione di particelle

• moti di plasma.

Effetti sulla terra

• Aurore

• Tempeste radio che interferiscono con le comunicazioni

• Sovratensione di trasformatori

Solar flares

• I flare solari e i CME sono le esplosioni più violenteche si verificano nel sistema solare

• Malgrado i notevoli passi avanti compiuti negli ultimidecenni nella loro comprensione, esistono ancoranumerosi interrogativi

• La radiazione e le particelle emesse durante i flarepossono interagire con la ionosfera e la magnetosferaterrestre

• I flare rappresentano un ottimo banco di prova percapire i (numerosi) processi fisici coinvolti nelfenomeno della riconnessione magnetica

Classificazione dei flare

• Compact o simple-loopflare, caratterizzati da L ~106 - 107 m, ne ~ 1017 - 1018

m-3 Etot ~ 1029 - 1031 erg.Generalmente avvengono inloop singoli la cui forma edimensione non cambia inmodo significativo duranteil flare e non presentanoemissione di particelle.

• Two ribbon flare:avvengono in arcate emostrano due aree diemissione su entrambi i latidella linea di inversionemagnetica (PIL). I nastri siallontanano con velocità di~ 5 – 20 km/s, mentre la

ribbons

Magnetic

inversion line

kernels

Simple-loop flareLa sorgente di raggi HXR all’apice (loop-top) del loop indica che il rilascio di

energia avviene nella parte sommitale del loop.

Two ribbon flare

Storicamente, questi eventi

furono dapprima osservati nella

riga Hα

Furono quindi classificati

come “chromospheric events”

Due nastri brillanti e paralleli

(ribbon) vengono

improvvisamente osservati nella

riga Hα

I ribbon si allontanano l’uno

dall’altro al passare del tempo

a) WL 10:28:11 U.T.

d) 171 Å 10:48:32 U.T.c) 195 Å 10:48:38 U.T.

b) 1600 Å 10:48:24 U.T.

TRACE images at different

Post-flare loop

Post-flare loop osservate dal satellite TRACE a 171 Å il 25

Agosto 1998 (l’immagine è un negativo).

Sunquake after a flare

Sequence of velocity images obtained by SOHO/MDI, showing the expanding solar quake associated with a

large X-class flare



L’Evento del 14 Luglio 2000

Osservato sul Disco Solare da EIT




Effetti nella Corona Solare




Effetti sulla Terra



Che cos’è il Vento Solare?• Un flusso costante di particelle fluisce dalla corona solare, con una

temperatura di circa 1 milione di gradi e con una velocità di circa 450 km/s. Il Vento Solare si estende oltre l’orbita di Plutone (circa 5900 milioni di chilometri). Il disegno mostra come esso eserciti una pressione sulla magnetosfera della Terra e ne determini così la forma.



Il vento solare: evidenze osservative

• Aurore polari

• Tempeste magnetiche

• Variazione dei raggi cosmici durante il

ciclo solare

• Orientamento della coda delle comete



Evidenze osservative della presenza del

vento solare : le aurore polari

Nel 1896 il fisico norvegese Birkeland ipotizzò che

qualcos’altro, oltre alla radiazione, arrivasse sulla Terra e

causasse le aurore polari.

Birkeland suggerì che le aurore boreali potessero essere

causate da raggi corpuscolari carichi elettricamente che,

scagliati dal Sole, rimanevano intrappolati nel campo

magnetico terrestre in prossimità dei poli.

Stormer calcolò le traiettorie che le particelle cariche

provenienti dal Sole dovevano seguire entrando nel campo

magnetico terrestre.



Evidenze osservative della presenza del vento

solare : le tempeste magnetiche

Nel 1930 Chapman investigò sulla natura delle tempeste

magnetiche (fluttuazioni nel campo magnetico terrestre) che

disturbavano le comunicazioni radio, telefoniche e

telegrafiche.

Dato che esse avvengono solitamente due o tre giorni dopo

un brillamento solare (flare), si pensava che le tempeste

magnetiche fossero causate dall’eccesso di radiazione UV

proveniente da tali brillamenti.

Chapman propose invece che le tempeste fossero causate da

un “flusso di plasma” emesso durante un flare solare che,

espandendosi attraverso il vuoto (che si pensava esistere tra

il Sole e la Terra), interagiva col campo magnetico terrestre.




vento solare : variazioni nella intensità dei

raggi cosmici

Forbush notò che nel periodo di massimo di attività solare

l’intensità a Terra dei raggi cosmici diminuiva,

abbassandosi notevolmente durante le tempeste

magnetiche: più attivo era il Sole minore era il numero di

particelle di raggi cosmici rilevato a Terra.

Morrison giunse alla conclusione che la diminuzione dei

raggi cosmici era legata all’interazione tra il campo

magnetico associato ad un flusso di particelle cariche in

moto (congelamento del plasma con il campo magnetico) e

i raggi cosmici stessi. Questo flusso di particelle è prodotto

dal Sole e gli effetti di interazione saranno tanto più

evidenti quanto più il Sole è attivo.



I raggi cosmici

I raggi cosmici sono particelle ad alta energia che fluiscono

nel nostro sistema solare provenendo sia dalla Galassia che

da regioni esterne a questa.

Sono costituiti da :

protoni

elettroni

nuclei atomici che hanno perso tutti gli elettroni e hanno

velocità prossime a quella della luce.

Circa il 90 % dei raggi cosmici sono costituiti da nuclei di

idrogeno (protoni), il 9 % è costituito da nuclei di elio

(particelle alfa), il rimanente 1 % è costituito da nuclei di

tutti gli altri elementi.



I raggi cosmici

I raggi cosmici

provengono da:

resti di supernova

nuclei galattici

attivi

quasars

Crab nebula



Evidenze osservative della presenza del vento

solare : variazioni nella intensità dei raggi

cosmici




vento solare : orientamento della coda delle

comete

Cometa Hale-Bopp



Le regioni sorgente del vento solare veloce:

i buchi coronali

Esistono in corona delle

regioni prive di emissione

in X che, per il loro

aspetto, sono state

chiamate buchi coronali.

Esse sono caratterizzate

da basse temperature

(circa 1.6* 106 K) ma,

soprattutto, da basse

densità (circa un fattore

10 in meno rispetto ai

valori tipici coronali).



Andamento della velocità termica, della densità e della

velocità di flusso del vento solare in funzione del tempo

Distinguiamo due regimi : un vento lento (300 – 400 km/s) e

un vento veloce (600 km/s).

Il passaggio da vento lento a vento veloce si traduce in una

variazione della densità da 30/cm3 a 5/cm3.

Tipicamente i flussi veloci sono caratterizzati da basse

densità ed elevate velocità.



Il riscaldamento della Corona Solare• Mentre la

temperatura dellafotosfera è dicirca 6000 K, incorona siraggiungono i 2milioni di gradi.

• La causa di questo rapidoaumento di temperatura èancora oggi un tema diricerca della Fisica Solare.

5 000 o C

2 000 000 o C

The black circle divides two images.

Corona

Solar interior

Surface



Attività Solare 1992-1999

1992 1999

Kitt Peak magnetogramsYohkoh Soft X-ray



Dal Minimo al Massimo

dell’Attività Solare



Il ciclo di attività solare



L’attività solare nell’ultimo millennio



Il Ciclo di Attività Solare

Maunder minimum


Università di Catania18-09.-16 64

Il Più Grande Gruppo di Macchie Solari

negli Ultimi 10 Anni

ALASKA (Zimmerman)

Nice (Benvenuto)

AR 9393 ha sviluppato una configurazionemagnetica complessa mentre si avvicinava al centrodel disco solare

Ha prodotto un brillamento X ed un CME il 29 Marzo2001, causa di una fortissima tempestageomagnetica sulla Terra

Aurora osservabile in Europa meridionale



Il Più Intenso Brillamento Mai Osservato

Alle 21:51 TU di Lunedì 2 Aprile 2001, la regioneattiva 9393 ha prodotto un brillamento solareclassificato come almeno X20. Sembra essere il piùintenso mai registrato, probabilmente molto più diquello del 16 Agosto 1989 e certamente piùpotente del famoso brillamento del 6 Marzo 1989,associato all’interruzione della distribuzione dienergia elettrica in Canada.



La Connessione Sole-Terra

Come e perchè il Sole varia?

Qual è la risposta della Terra?

Qual è l’impatto sull’uomo?



Che Cos’è la Meteorologia Spaziale?

• La Meteorologia Spaziale (SPACE WEATHER) si riferisce alle condizioni

sul Sole, nel Vento Solare, nella Magnetosfera, Ionosfera e Termosfera della

Terra, che possono influire sulle prestazioni e l’affidabilità di sistemi

tecnologici spaziali e terrestri ed avere effetti sulla vita e la salute dell’uomo.

• Effetti di “Space Weather” su impianti terrestri non sono un fenomeno nuovo– 17 Novembre 1848: Interruzione della connessione

telegrafica tra Pisa e Firenze

– Settembre 1851: Interruzione della connessione

telegrafica in New England

– In un altro evento correnti indotte hanno consentito trasmissioni

telegrafiche senza l’uso di batterie. La trascrizione del

collegamento tra Portland e Boston (1859) riporta:

• Portland: “Per favore staccate la batteria,

vediamo se si può lavorare con il solo

impiego della corrente aurorale”

• Boston: “L’ho già fatto! Come ricevete la mia

trasmissione?”

• Portland: “Veramente molto bene – molto

meglio che con le batterie



L’Aurora Polare



Effetti delle Tempeste Solari

Origine: Brillamenti CME/Brillamenti CME/Buchi Coronali

RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ARRIVO: IMMEDIATO

DURATA: 1-2 ORE

PARTICELLE AD ALTA ENERGIA

ARRIVO: 15 MIN - ORE

DURATA: GIORNI

PARTICELLE AD ENERGIA MEDIO-BASSA

ARRIVO: 2-4 GIORNI

DURATA: GIORNI

RAGGI X, EUV, ATTIVITA’ RADIO

EVENTI A PROTONI TEMPESTE GEOMAGNETICHE

INTERFERENZE SATCOM

INTERFERENZE RADAR

FADING AD ONDE CORTE

DISORIENTAMENTO SATELLITE

LETTURE FALSE DAI SENSORI

DANNI AL VEICOLO SPAZIALE

FALLIMENTO LANCIO PAYLOAD

RADIAZIONE AEREI IN ALTA QUOTA

FADING AD ONDE CORTE

CARICA E ATTRITO AI SATELLITI

ERRORI DI INSEGUIMENTO

ERRORI TRAIETTORIA DI LANCIO

INTERFERENZE AI RADAR

ANOMALIE PROPAGAZIONE RADIO

BLACKOUT ENERGIA ELETTRICA



Sistemi di Navigazione (GPS, LORAN C)• Quando la ionosfera tra satelliti ed utente diviene turbulenta

ed irregolare, il segnale può “scintillare” e divenire difficile

da rilevare

– Perdita di aggancio del segnale su uno o più satelliti

– 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

La ricerca in Fisica Solare F. Zuccarello – Uni Cat

Danneggiamento di Satelliti Per Effetti di Space Weather

Anomalie dovute a carica superficiale ed interna (Marecs, ECS, Meteosat, TELE-X,…..)

Guasti indotti da fenomeni di Latch-up (ESR-1, PRARE, Equator-S,…..)

SEU nei circuiti lineari…(Anik 1 &2)

Problemi / Degradazione nei Pannelli Solari (Tempo, PanAm, ECS,….)

Guasti più recenti a satelliti:

Telestar 401 (11 Gen 1997)

Collegamenti TV ecc..

Galaxy IV (1998)

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

FALSA STELLA

?

FLUSSO DI

PARTICELLE

(PROTONI)


Correnti Geomagnetiche Indotte

Queste correnti vengono indotte in tutti i conduttori molto lunghi:

Reti di distribuzione elettrica,

Oleodotti e gasdotti (aumentata corrosione)

I segnali ferroviari luminosi possono esserne interessati (due casi documentati in Svezia)


Danneggiamento di Trasformatori

Danneggiamento di un trasformatore di una centrale del Delaware (New

Jersey, USA) nel mese di Marzo del 1989.

Costo: 22 miliardi di lire ( 11 M€ )

La riparazione può richiedere fino ad 1 anno di tempo.

In questo caso specifico la fortuna ha consentito di trovare un’unità

usata da una centrale dismessa. Il danno è stato riparato in 6 settimane.

Svezia: simultanea caduta di tensione in 6 linee di distribuzione a 130 kV

Chicago: malfunzionamenti a 5 trasformatori a causa dell’elevata attività

geomagnetica nel mese di Aprile del 1994


Rischi per l’Uomodalle Particelle ad Alta Energia

Uomini nello spazio

Space Shuttle, International Space Station, missioni verso Marte

Equipaggio/Passeggeri nei jet ad alta quota

Il Concorde è dotato di rivelatori di radiazioni

I passeggeri possono ricevere dosi di radiazioni equivalenti a parecchie radiografie al torace.


La nostra società dipende oggi dalla tecnologia molto

di più che in passato

Il settore di mercato delle comunicazioni in più rapida

crescita è quello basato sui satelliti

Trasmissioni TV/Radio,

Servizio telefonico a lunga distanza,

Telefoni cellulari, Cercapersone

Internet, transazioni finanziarie

Cambiamento della tecnologia

Carichi commerciali più sensibili

Componenti ad elevate prestazioni

Peso e costo ridotti

Uomini nello Spazio

Più missioni umane e di lunga durata

Gli avvisi dello Space Weather saranno molto

importanti in futuro per la nostra società.

Space Weather: Perchè preoccuparci?

Siamo sopravvissuti all’ultimo massimo!


Cicli Solari e Variazioni Climatiche

• 11 anni: Ciclo delle macchie (Schwabe)

• 22 anni: Ciclo Magnetico (Hale)

• 80-90 anni: Gleissberg

• 180-210 anni: Seuss


Il Sole ed il Riscaldamento Globale

Variazione a lungo termine della radianza totale (“energia totale”)

Si assume che giustifichi solo in parte il riscaldamento globale

Variazione a lungo termine della radiazione UV/EUV:

Cambiamenti della chimica (ozono), temperatura ecc. nell’atmosfera

terrestre. Potrebbe determinare variazioni climatiche.

Variazione a lungo termine del campo magnetico del Sole

Modula i Raggi Cosmici ed il Vento Solare1991

1994


I Raggi Cosmici e le Nuvole

Variazioni dell’attività solare e del campo magnetico solare modificano la quantità di particelle cosmiche, che penetrano nel Sistema Solare (e nell’atmosfera della Terra).

E’ stata trovata una forte correlazione fra il flusso di raggi cosmici e le nuvole basse

La copertura nuvolosa globale è un importante fattore per la determinazione del clima


Perchè il Sole varia?

la dinamo solare

l’atmosfera

l’eliosfera

In che modo la variabilità solare ha effetto sulla vita e la società?

risposta della magnetosfera

“previsione dello Space Weather”

Come risponde il pianeta alle variazioni solari?

cambiamenti climatici

Il Monitoraggio a Lungo Termine del Sole:

SOHO Solar Maximum Science Programme



Variazioni della temperatura sulla

superficie terrestre e attività solare

La temperatura superficiale globale del mare è variata (di

circa 0,1 °C) in fase con il ciclo solare negli ultimi 130

anni.

La temperatura annua media dell’aria nell’emisfero Nord

è variata, negli ultimi 130 anni, in sincronia con il ciclo

solare.

Cicli di attività solare brevi sono caratterizzati da una

maggiore attività che sembra produrre un riscaldamento

globale sulla Terra, e viceversa.



L’irraggiamento solare

• Costante solare: quantità media di energiaradiante solare per unità di tempo e di areache incide sulla parte più esterna dell’atmo-sfera terrestre alla distanza media di 1 UA

• Valore medio nel periodo 1978-1998:1.366,2 1,0 W/m²

(misure dallo spazio)

• Essa varia su scale di tempo dell’ordine digiorni ed anni (variazioni dello 0,1 % framassimi e minimi del ciclo solare)



Misure dell’irraggiamento solare

(dallo spazio)



Variazioni dell’irradianza solare in fase

con il ciclo solare

Massimo : maggiore numero di macchie

diminuzione della irradianza

maggiore numero di facole

aumento della irradianza solare totale

Minimo : minore numero di macchie

aumento della irradianza

minore numero di facole

diminuzione della irradianza solare totale



Ciclo di attività e modulazione del vento solare

Durante i massimi di attività solare, il vento solare è

sospinto, insieme con intensi campi magnetici, verso regioni

lontane dello spazio interplanetario

Un numero maggiore di raggi cosmici provenienti da regioni

lontane della Galassia viene bloccato

Diminuzione di particelle cariche che penetrano

nell’atmosfera terrestre

Diminuzione delle nuvole, che riflettono la luce solare

Aumento di temperatura alla superficie della Terra



Variazioni della temperatura media globale

(14 °C) sulla superficie terrestre

(aumento di 0.6 °C negli ultimi 100 anni)




sulla superficie terrestre

(aumento di 0.6 °C negli ultimi 100 anni)

• La variabilità solare presenta un andamento simile alla

variazione di temperatura sulla superficie terrestre

• molte delle variazioni di T potrebbero essere legate a

variazioni di luminosità del Sole

• non si può escludere però il contributo dovuto

all’aumento nella concentrazione dei gas serra (anidride

carbonica) in seguito ad attività legate alla civiltà

industrializzata.



Ricostruzione della temperatura globale terrestre

e dell’irraggiamento solare




negli ultimi mille anni



L’effetto serra

I gas presenti nell’atmosfera terrestre agiscono come un

filtro unidirezionale : essi permettono il passaggio della

radiazione nel visibile proveniente dal Sole, ma non

consentono il passaggio della radiazione infrarossa nella

direzione opposta

(senza l’atmosfera, la radiazione solare potrebbe

innalzare la T al suolo fino a – 18 °C : i gas serra

innalzano la T di 32°C).

Gas serra :

• vapore acqueo

• anidride carbonica (> 13 % dal 1958)

• metano

• protossido di azoto (N2O)

(la concentrazione raddoppierà in questo secolo, T > 2

°C)



Metodi per determinare il livello di attività

solare in epoche precedenti alle osservazioni

sistematiche delle macchie solari

Correlazione fra l’attuale brillanza del Sole e quella di

altre stelle simili al Sole durante il Minimo di

Maunder 0,25 % più debole di adesso

Registrazioni di isotopi radioattivi ( 14C e 10Be) :

durante i periodi di massima attività solare, l’azione

schermante del vento solare ostacola il passaggio dei

raggi cosmici e quindi la formazione di isotopi

radioattivi nella nostra atmosfera



Presenza di 14C negli anelli di accrescimento degli

alberi

• Il 14C o radiocarbonio è un isotopo radioattivo del

carbonio che si forma a causa della interazione di

neutroni energetici con atomi di azoto

• Un atomo di 14C si unisce con una molecola di

ossigeno O2 per formare 14CO2 : attraverso la

fotosintesi, gli alberi assimilano questa molecola e la

depositano nell’anello più esterno. Il rapporto 14C /12C

fornisce una misura del radiocarbonio presente

nell’atmosfera.

• questo metodo permette di risalire a stime

dell’attività solare fino a circa 5000 anni fa (tempo di

decadimento in 12C : 5370 anni)




negli ultimi mille anni :

correlazione con l’attività solare

Tre indici indipendenti confermano l’esistenza di

variazioni nell’attività solare su lunghi intervalli di

tempo :

• numero annuale di macchie

• misure di carbonio 14 negli anelli degli alberi

• numero di aurore nell’emisfero nord



Cicli Solari e Variazioni Climatiche

• 11 anni: Ciclo delle macchie (Schwabe)

• 22 anni: Ciclo Magnetico (Hale)

• 80-90 anni: Gleissberg

• 180-210 anni: Seuss



Metodo basato sul 10Be

Il 10Be viene prodotto dall’interazione fra neutroni

energetici (raggi cosmici) e molecole dell’aria

depositato nei ghiacci polari (Groenlandia ed

Antartide) da precipitazioni nevose

immune da contaminazione industriale (al contrario del

radiocarbonio)



Variazioni climatiche su periodi dell’ordine

dei milioni e miliardi di anni

Durante l’ultimo milione di anni, periodo chiamato

Quaternario, il clima terrestre è stato dominato da ere

glaciali, intervallate ogni 100 mila anni da brevi (10 – 30

mila anni) ere interglaciali : epoca attuale Oligocene

Queste alternanze di periodi glaciali ed interglaciali

sembra siano dovute ai diversi moti della Terra, che

alterano periodicamente la quantità e la distribuzione di

radiazione solare

Quando una quantità minore di luce solare arriva sulla

Terra, le temperature si mantengono entro limiti più

ristretti : meno ghiacciai si sciolgono in estate



I moti della Terra

e l’irraggiamento solare

3 cicli astronomici si combinano alterando gli

angoli e la distanza di incidenza della radiazione

solare su tempi scala di alcune decine di migliaia

di anni :

• variazioni nella eccentricità dell’orbita

(variazione della distanza Sole – Terra) (100000

anni)

• moto di precessione (23000 anni)

• variazione dell’angolo fra asse di rotazione e

asse dell’eclittica (41000 anni)



Terre emerse del continente italiano durante l’ultima

glaciazione



A sinistra vediamo la ricostruzione di Elephas Primigenius

(Mammut); era alto dai 3 ai 4 metri e si era adattato ai climi

freddi europei delle glaciazioni pleistoceniche. Scomparve

durante l’ultima glaciazione, durante la quale si era spinto fino

in Italia. A destra vediamo scheletri fossili di elefanti nani

vissuti nelle isole del Mediterraneo nel Pleistocene.

Mammut ed elefanti nani



Il futuro: EST

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