1

I terremoti nel sole:l’eliosimologia

• Identikit del sole

• La struttura interna del sole

• La struttura interna della terra e la

sismologia

• I “terremoti”sul sole

• Che cosa si impara dall’eliosismologia?

• Che cosa facciamo a Ferrara?

2

Identikit del Sole

(ordini di grandezza) Sole

•R 700.000 Km

•M 2 1030 Kg

•Ts 6000 K

•L 3.8 1026 Joule/s

•comp.chim.: 75% di H, 24% di He

Terra

•R 6.000 Km

•M 6 1024 Kg

•Tamb 300 K

•in 1 sec 1012 bombe tipo Hiroshima

•comp.chim.: 35% di Fe, 30% di O

3

Struttura del Sole

•Nucleo (0-0.1 )R:–reazioni di fusione

nucleare:–in 1 sec 700.000.000 di ton di H sono convertite in He, liberando energia

•Zona radiativa (0.1-0.7)R

–l’energia e’ trasportata dai fotoni, cioè dalla rad. e.m.

•Zona convettiva (0.7-1) R

–l’energia e’ trasportata dalla convezione, cioè dalla materia

ATTENZIONE ! Il sole e’ opaco alla radiazione. La luce che arriva a noi proviene dalla superficie (fotosfera) e non direttamente dal centro

4

Struttura della terra•Anche nell’interno della terra si distinguono zone diverse: il nucleo, il mantello, la crosta.•L’interno della terra viene studiato grazie ai terremoti.•Si misura il ritardo con cui arrivano le onde riflesse dai vari strati e se ne ricava la velocità del suono nei vari strati (sismologia).

5

I “terremoti”sul sole

•Nel sole viene prodotta una enorme quantità di energia.•Una frazione di questa viene trasformata in onde di pressione della materia all’interno del sole.•Queste onde arrivano fino alla superficie e la fanno vibrare.

•Dalle vibrazioni superficiali del sole si può ricostruire la velocità delle onde all’interno(Eliosismologia)

6

Eliosismologia: il sole come un immenso organo

a canne• 1960: si e` osservato che zone estese

della superficie solare oscillano: T=5 min, v=100m/s

• 1975: il sole e` pervaso da milioni di piccoli moti oscillatori, ognuno dei quali possiede una configurazione spaziale ed un periodo ben definiti, di ampiezza pari a circa 1/104 R

• I moti convettivi all’interno del sole, generano onde “acustiche”. Queste onde restano intrappolate all’interno del sole, come le onde sonore sono intrappolate nella canna di un organo.

• La propagazione di queste onde fa oscillare gli strati superficiali del sole

Es. 3 modi di oscillazione:

Es: il rimbalzo di un’onda:

one_mode_1_1_2_30s.authr_modes_1_0_1_2_30s.au

all_modes_1_0_1_2_30s.au

7

L’effetto Doppler longitudinale

•La frequenza del suono emesso da una sorgente dipende dalla velocità di questa (Effetto Doppler)

• = o( 1 + V// /Vonda)

•se la sorgente si avvicina (V// > 0) il suono è piu’ acuto

•se la sorgente si allontana (V// < 0) il suono è più grave perché• se il moto e’ ortogonale, il suono non cambia(effetto longitudinale)

8

L’effetto Doppler e.m.

•Lo stesso effetto si ha anche per le onde elettromagnetiche*•Cosi’ la frequenza della luce emessa dalla fotosfera dipende dal modo in cui questa sta vibrando •Questo e’il metodo usato per lo studio dell’interno solare mediante l’ eliosismologia*per le onde e.m. cé’anche un effetto “trasfersale, trascurabile se v<<c

9

Dove si fanno le misure?

•I risultati piu’precisi provengono dagli strumenti posti sul satellite Soho (SOlar and Heliospheric Observatory

*

10

Cosa si misura?

• Si ricava lo “spettro” delle frequenze di oscillazione

• Per un fissato valore di l si ha un numero discreto di frequenze di oscillazione

11

Che cosa si impara?

In particolare si determinano:

• Inizio della zona convettiva

• L’andamento della velocità del suono

• Abbondanza in massa di He alla superficie

• La rotazione dell’interno solare

12

L’andamento dellavelocità del suono

-sole : v=100 Km/s terra: v=8 Km/s-si ricostruisce u con

precisioni dell’ordine di 10-3-una conoscenza accurata dell’interno del sole

-Nota: nel sole la velocità del suono è continua, nella terra è discontinuia

13

Transizione fra convezione e radiazione

La velocita’del suono e’ continua,ma la sua derivata e’discontinua nella zona di transizione

Rb = 0.711+-0.001 Ro

14

Abbondanza in massa di He alla superficie • Si ricava che sulla superficie del sole l’abbondanza in massa di 4He e’

Y= 0.249 +- 0.004

• l’Abbondanza di 4He primordiale e’ 0.23-0.24

• Sulla terra gli elementi piu’ abbondanti in massa sono Ferro 35%, ossigeno 30%, silicio 15%

15

Rotazione del sole

• La superficie del sole ha una rotazione non uniforme

• La velocita’ angolare dipende dalla latitudine

• Il periodo e’di 24 giorni all’equatore e 30 ai poli

• Come ruota l’interno del sole?

16

Come ruota il sole all’interno ?

• L’elisosimologia dimostra che l’interno del sole ha una velocita`angolare uniforme

• La rotazione diventa differenziale sopra la zona convettiva

17

Misura della velocità di rotazione

18

Cosa facciamo a Ferrara ?

• Costruiamo dei “modelli solari”e li confrontiamo con i risultati della eliosismologia

• Da questo confronto, ricaviamo

informazioni sull’andamento delle

reazioni nucleari all’interno del

sole e sulla produzione dei

neutrini