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VARIAZIONI CLIMATICHE E SPAZIO ESTERNO

Ing. Carlo Rossi

Introduzione

L’autore di questo articolo intende dare delle informazioni astronomiche utili al lettore riguardo al supposto cambiamento climatico attuale ed alle eventuali cause. Non si intende essere esaustivi in special modo sul fenomeno fisico del presunto riscaldamento globale (affrontato in seconda battuta). L’articolo (nato come nota e divenuto un piccolo libro) si fonda in special modo sugli effetti dovuti allo spazio esterno

A scanso di equivoci si premette che è importante ottimizzare le macchine termiche, gli impianti, ecc. fino al limite invalicabile così come stabilito dal II principio della termodinamica. Chi va oltre il II principio naviga in un futuro possibile nella sua mente ma impossibile nell’universo reale o comunque un universo reale imposto dal mondo platonico delle Idee. Contro il II principio nulla si può fare.

Entrando nel merito possiamo affermare che negli ultimi anni (brevissimo su scala terrestre) sembra sia stato registrato un aumento della temperatura media della terra e degli oceani della Terra, come vedremo; un aumento naturale o artificiale o dovuto allo spazio esterno?. La prima critica a questa posizione è che non esiste nessun metodo per misurare la temperatura media della Terra!

Gli organi di stampa, le strutture sovra governative, i governanti della Terra (non tutti per fortuna), le associazioni, ecc. informano i terrestri, con una campagna senza fine che la motivazione del presunto aumento della temperatura è (non sarebbe) un aumento dell’”effetto serra” (dizione errata in quanto una serra non ha nulla a che fare con l’eventuale riscaldamento dell’atmosfera terrestre; si parla di aumento perché “l’effetto serra” è un fenomeno naturale e senza “effetto serra” la vita sarebbe quasi impossibile), aumento dovuto principalmente all’aumento dell’anidride carbonica nell’atmosfera ed in minor misura da altri gas serra (causa l’energia assorbita in eccesso e non scambiata con l’esterno, anche degli oceani). In realtà il vapor acqueo presente nell’atmosfera sembra essere responsabile dell’equilibrio termico terrestre per circa il 99%, secondo altri del 70 - 80%.

In questo modo, si esercita una pressione mediatica continua sull’intera popolazione terrestre indicando, fra l’altro, le scelte energetiche e sociali! “ritenute migliori”. Vedi l’effetto “Greta”, si parla di premio Nobel (Albert Einstein non ricevette mai il premio Nobel per le sue teorie sulla relatività generale e speciale!).

Una domanda è d’obbligo: ma questa ragazza adolescente che cosa sa, conosce ed ha sperimentato riguardo al clima? Lei dice che si informa! È inutile ricordare che informarsi, anzi nel caso leggere, non ha nessun valore. Noi siamo dotati della ragione con cui trattiamo le informazioni che riceviamo in base ai dati memorizzati nella nostra mente. Se i dati memorizzati sono scarsi e magari confusi il risultato è che si affermano delle cose che non stanno “né in cielo né in Terra”. Solo parole……………

Quanto sopra è potenziato dal pensiero espresso dai manifestanti del Settembre 2019, dai loro discorsi si constata subito che manifestano ma non sanno o sanno poco. Ci domandiamo anche se nelle scuole venga insegnato almento il metodo, solo il metosos!

Insomma l’inizio della Metafisica di Aristotele basato sulla SAPIENZA. CONOSCENZA ED ESPERIENZA E’ FINITO NELLA SPAZZATURA.

Nonostante questo, che intendiamoci non è una colpa, come mai Greta è ricevuta dai governi, parlamento europeo, Onu, Papa, Parlamento USA, ora è osannata dalle piazze, ecc. e organi di stampa?

E i ricercatori, gli ingegneri cui ci si deve affidare perché gli intenti di qualcuno (nessuna novità in quanto già pensati) diventino realtà dove sono? E gli astronomi? TUTTI DIMENTICATI, NON ESISTONO!

Intanto, il Sole, la nostra amata stella fonte di vita, è stato anch’esso dimenticato! e ciò mostra la follia della campagna mediatica in atto. Senza che i lettori si spaventino, deve essere chiaro che cronologicamente sappiamo poco del Sole (lo osserviamo da Galileo in poi, circa 4 secoli, 4 secoli su quattro miliardi di anni, zero!) e che lo stesso Sole con una variazione importante della sua attività potrebbe spazzarci via domani mattina o diminuire/aumentare l’attività condizionando fortemente la vita sulla Terra o decretandone la fine temporalmente. Contro il Sole nulla si può fare.

Bisogna precisare che le deduzioni sul riscaldamento globale non si basano su algoritmi o formule precise/certe e tale riscaldamento non è condiviso da tutta la comunità scientifica*, in quanto, fra l’altro, tale fenomeno climatico non si basa su dati storici certi ed è basato molto su dati probabilistici/statistici.

Le previsioni climatiche si scontrano pesantemente anche con l’esaurimento dei combustibili fossili 20 – 30 anni (salvo il carbone), perché aver paura di un fenomeno previsto, non certo, se la causa si esaurirà?

Ricordiamo infine che: “ Nulla è certo tutto fluisce” secondo Eraclito.

*In merito all’aumento della temperatura dovuto alla CO2, ad esempio, si consulti l’articolo: “Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics” , Version 4.0 (January 6, 2009) di GERHARD GERLICH e RALF D.TSCHEUSCHNER

Astronomia e variazioni climatiche

Le fonti scientifiche, in special modo quelle astronomiche, parlano anche di altro. In questa breve nota accenneremo ad esse.

Molte sono le cause esterne alla Terra (anche interne ma non astronomiche) che hanno effetti sul clima terrestre, in particolare ricordiamo le più note al grande pubblico quali il sorgere e tramontare del Sole e l’alternarsi delle stagioni a causa dell’inclinazione dell’asse terrestre (circa 23,5°).

Altre meno note, quali la variazione di velocità di rotazione della Terra e la variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre che hanno influenze sul clima; il calore e la CO2 emessi dai vulcani ecc. e l’energia trasmessa dall’interno della Terra agli oceani e rocce**.

Noi astronomicamente ci soffermeremo sulle due cause importanti: le variazioni della quantità d’energia raggiante emessa dal Sole ed il passaggio del sistema solare attraverso l’alone galattico (Via Lattea).

I babilonesi sostenevano che i corpi celesti hanno influenza sulla vita terrestre.

Nella seconda parte del XVII secolo ci fu un periodo in cui l’attività solare fu praticamente assente (le macchie solari erano assenti dalla superficie solare) e quel periodo, detto minimo di Maunder (il minimo di Maunder durante il quale non ci furono macchie sulla superficie del Sole, si registrò dal 1645 al 1715 (70 anni) durante il quale non ci furono macchie sulla superficie del Sole), il minimo comportò una piccola glaciazione (facente parte dell’era glaciale in atto) con temperature rigidissime su tutto il globo (i fiumi del Centro/Nord Europa erano congelati).

Il minimo di Maunder si basa su dati certi osservativi con cui si misura l’attività solare, insomma è GALILEIANO.

Il grande astronomo Sir. William Hershell scopritore di Urano, sul finire del XVIII secolo, fu il primo che sostenne ufficialmente tale ipotesi, che oggi è riconosciuta dal mondo scientifico. Nel secolo appena trascorso (XX) l’attività del Sole ha raggiunto limiti massimi mai registrati e per inerzia sta esercitando ancora una certa influenza sul clima ma tale attività negli ultimi anni è cambiata, ed in contro tendenza sta diminuendo e si prevedono ulteriori minimi della attività solare (previsione degli astronomi solari e della stessa NASA) che tenendo conto dell’inerzia termica dovuta alle masse terrestri, flora, aria ed oceani potrebbe portare ad un nuovo Maunder fra qualche decennio. Questi ultimi annni, e nell’anno che stiamo scrivendo il 2019 l’attività solare è stata nulla, quindi niente macchie solari..

Già negli anni 50 del XX secolo, erano note 54 ipotesi di variazioni climatiche terrestri (vedasi il libro dell’astronomo Paolo Maffei “L’universo nel tempo”), poi pubblicate nel 1961 da M. Schwarbach, fra queste si citava in particolare l’attraversamento dell’alone galattico da parte del sistema solare.

Il clima terrestre sembra essere stato mite ed abbastanza stazionario con ondate di freddo che periodicamente di presentano. Questi periodi sono dette ERE GLACIALI. L’ultima era glaciale finì circa 10.000 anni fa o forse è ancora in atto ed in quel periodo calotte di ghiaccio alte chilometri si estendevano sul pianeta (specie nella zona Nord tipo Canada, ecc.), il livello dei mari era molto basso e le calotte di ghiaccio esercitavano una spinta sul mantello sottostante caldo e quindi deformabile. Dalla formazione della Terra circa 4 miliardi di anni fa ci sono state varie ere glaciali con durate di centinaia di milioni di anni per ciascuna.

Le ere glaciali a sua volta sono costituite da glaciazioni o ondate dell’era glaciale. Quindi in una era glaciale come l’attuale si possono verificare a sua volta periodi più freddi e periodi più caldi.

Oltre il citato M. Schwarbach, la teoria più fondata sembra sia quella di M. Milankovic: in parole semplici M. Milankovic teorizzò che oltre le stagioni annuali ci sono delle stagioni più lunghe dovute alla variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre. Quindi i cicli sono due: stagionale annuale che è contenuto all’interno di un altro ciclo molto più lungo.

In via principale il clima terrestre dal punto di vista della meccanica celeste dipende:

· dall’inclinazione dell’asse con spostamento annuale della Terra lungo la sua orbita (stagioni)

· dalla variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre (lentissima).

· dalla distanza variabile Terra - Sole (ellitticità dell’orbita)

Vedremo che se ne possono aggiungere almeno altre due legate al Sole ed ai raggi cosmici.

Le 3 cause di cui sopra (positive e negative) possono sommarsi algebricamente dando luogo a periodi caldi o medi o freddi. Ciò è constatabile analizzando la successione delle ere glaciali nel tempo. Inoltre se il clima è caldo le stagioni di Milankovic hanno minor peso ma nel caso di clima freddo si esaltano; in pratica ci sono delle fluttuazioni.

**L’interno della Terra è costituito da strati con densità e pressione in aumento andando verso l’interno della Terra, gli strati sono:

· crosta solida

· mantello superiore viscoso

· mantello inferiore viscoso

· nucleo esterno più viscoso del mantello

· nucleo interno centrale solido a causa della pressione.

Questi strati sono sottoposti a scambi di calore termodinamici in particolare le grandezze interessate sono la temperatura, il gradiente geotermico, il grado geotermico, il flusso di calore dei continenti, flusso di calore negli oceani, correnti convettive nel mantello.

Prevale la conduzione nelle parti solide, la convenzione nelle parti fluide.

La maggiore variabilità di flusso risalente dal centro della Terra è dovuto al flusso di calore oceanico.

Alone galattico e variazioni dell’attività solare

Il sistema solare fa parte della Via Lattea (la nostra galassia) costituita da circa 200/300 miliardi di stelle ed in particolare il Sole compie un rivoluzione completa attorno al centro della galassia in circa 200/300 milioni di anni. In questo percorso, la Terra, legata al moto del Sole, attraversa lo spazio galattico che non è costituito dal vuoto assoluto ma da particelle cosmiche, raggi cosmici, polveri e gas. Inoltre, il sistema solare può risentire dell’attrazione gravitazionale delle stelle o addirittura essere investito dai raggi cosmici di qualche stella esplosa, detta supernova (a tal proposito lo stesso Paolo Maffei nel libro citato sostiene che l’estinzione dei dinosauri fu causata da una supernova esplosa in quel periodo.). In pratica i raggi cosmici ad alta energia raggiungono la troposfera e in funzione della loro quantità portano a variazioni del clima terrestre, facendo variare in modo complesso le formazioni nuvolose e di conseguenza il clima. Il fenomeno si verifica quando il sistema solare passa nei bracci di spirale della nostra galassia. I raggi cosmici potrebbero portare a variazioni della temperatura terrestre dell’ordine di vari gradi che a sua volta si possono sommare a quelli dovuti alla variazione dell’attività solare.

Sommando le tre cause analizzate a queste due si possono avere periodi molto caldi o molto freddi.

Negli ultimi anni del secolo XX e nel primo ventennio del secolo XXI l’attività solare è andata scemando, i valori assoluti dei minimi e massimi sono diminuiti, come d’altronde il flusso solare.

Ora ci troviamo in un minimo solare che si sta prolungando da anni, niente macchie solari! Per verificare ciò basta osservare il Sole con un telescopio solare in H alfa o con telescopi dotati di filtri solari professionali; per chi non ha il telescopio si prega di visitare il sito della Nasa o altri numerosi siti Internet che si trovano in rete.

Sole 24 Luglio 2019 – foto in H alfa di C. Rossi (si noti la totale assenza di macchie)

Gli astronomi solari sostengono che se tale minimo solare si protrarrà nel tempo si potrebbe verificare una piccola glaciazione chiamata, per ora, Maunder II.

Nell’ultimo congresso delle nazioni sul clima tenuto in Polonia gli addetti ai lavori hanno escluso che il Sole possa avere un’influenza sul clima terrestre! Ciò va contro a quanto dichiarato nell’ultimo congresso di astronomia solare!

Insomma politica e ambientalisti contro l’astronomia?

Accenni di termodinamica

Una parte delll’energia terrestre oltre che al Sole è dovuto ad un principio della fisica detto II principio della termodinamica o come alcuni lo chiamano LA LEGGE DI DIO.

Un principio che regola tutti i processi fisici riguardo alla produzione e trasformazione dell’energia, anche degli esseri organici (umani, flora, fauna, oceani, aria, interno della Terra, Sole, Universo, ecc.).

Immaginate tutte le trasformazioni energetiche temporali ed l’energia che producono; non esiste una trasformazione ideale e contro il II principio nulla può la politica, anzi nessuno nemmeno Greta, esso marcia con passo universale diremmo DIVINO.

Sembra che non si debba tener conto dell’astronomia solare e galattica ma anche del principio universale della fisica, detto II principio della termodinamica, il principio che governa tutto l’universo, compresa la Terra.

Il Sole

L’energia che arriva dall’esterno sulla Terra è dovuta al: Sole (vedi appendice), Luna (luce del Sole riflessa dalla superficie lunare ed una debole luce, la luce cinerea scoperta da Leonardo Da Vinci, cioè la luce solare riflessa dagli oceano terrestri che colpisce la Luna e che a sua volta viene riflessa sulla Terra), stelle, galassie, nebulose, raggi cosmici, gas interstellare (radioonde), radio sorgenti; la fonte principale è il Sole ed in particolare l’emissione preponderante (ad una temperatura di circa 5713 °K ) è nel campo delle onde elettromagnetiche visibili, ultravioletto e infrarosso. L’apporto della corona solare, pur essendo essa a temperature di milioni di gradi, con emissione nel campo delle onde radio, è di molto inferiore.

Nota: i dati qui di seguito forniti non sono certi (le varie fonti riportano valori diversi) ed inoltre sono valor medi e variabili nel tempo.

Noi riportiamo una serie di dati per dar base al nostro calcolo.

Chiariamo che l’energia solare che arriva sulla Terra in parte è riflessa dalle nubi e polveri il 30%, il 19% è assorbita dall’atmosfera, il 51% raggiunge la superficie terrestre (scindendo il 51% si ha il 26% di radiazione diretta, 14% diffusa dalle nubi, 11% diffusa dall’atmosfera.ed il 4% è riflessa dalla superficie, in totale l’energia disponibile sulla superficie è il 47% di cui quella visibile è: l 50%, infrarossa 40%, ultravioletta il 10% circa.

Ripetiamo e sottolineiamo che i dati sono medi e variabili tenuto conto che le grandezze interessate sono variabili ed inoltre dipendono dalla latitudine, periodo dell’anno, ecc.

Dai dati sopra riportati si desume che l’energia riflessa dalla Terra è pari al 30% + 4% = 34%.

Tenuto conto delle acque, della flora e fauna il bilancio energetico (mediamente e globalmente) risultante è zero, energia entrante = energia uscente,

Per essere più dettagliati la radiazione solare che impatta sull’atmosfera viene riflessa, diffusa ed assorbita.

L’energia riflessa verso lo spazio esterno è dovuta alla riflessione ed irraggiamento (legge di Stefan) per cui la radiazione assorbita da luogo ad una reimmissione della radiazione verso lo spazio esterno.

L’atmosfera è in massima parte opaca alle radiazioni solari; la luce visibile che riceviamo va dalla lunghezza d’onda di circa 400 nanometri a circa 700 nm. La parte che riceviamo ma non visibile, è quella infrarossa e ultravioletta (le onde elettromagnetiche più pericolose per le specie terrestri sono bloccati dallo strato di ozono dell’atmosfera).

L’atmosfera fra i 110 e 80 Km è molto rarefatta, sui 60 Km c’è lo strato D più basso della ionosfera, a 1000 Km lo strato E fra 300 e 500 Km lo strato F.

A 30 Km incontriamo lo strato di ozono che è vitale per la vita sulla Terra perché intercetta i raggi ultravioletti.

La radiazione solare si divide in:

- radiazione solare di fondo che in pratica è costante, corrisponde ad onde elettromagnetiche centimetriche e decametriche con temperature da 10.000 a 1.000.000 di °K. Infine ci sono le esplosioni di tipo I (in coincidenza con grandi macchie), tipo II e tipo III.

- radiazione rinforzata che dipende dal numero delle macchie solari presenti sul disco solare e varia nel tempo con un ciclo mensile di 27 giorni (periodo di rotazione del Sole) e nei decenni o secoli sempre in dipendenza del numero delle macchie. Aumenta nel caso che ci siano più macchie, diminuisce con il diminuire o l’assenza delle macchie. Questa radiazione ha una lunghezza d’onda che va da 3 a 60 cm e corrisponde a temperature di 100.000 – 1.000.000 di °K.

- radio tempeste solari dipendenti da grandi macchie solari, esse hanno lunghezze d’onda da 1 a 15 metri circa con una variazione di temperatura enorme da 100.000 a 10 miliardi di °K.

Per introdurre la costante solare (che poi costante non è) bisogna precisare che causa l’orbita ellittica della Terra la distanza Terra Sole varia di circa 1,7% e di conseguenza l’irraggiamento varia di circa il 6,9 %.

L’irraggiamento solare al di fuori dell’atmosfera per mq, cioè la costante solare è pari circa in media a 1.367 W (potenza)1,37 kW, quindi la costante media esterna è 1367 W/mq, con variazioni da 1412 a 1321 W/mq o in Kcalorie 1,81 Kcal/cmq. La radiazione solare massima a Terra si ha al mezzogiorno vero cioè quando il Sole durante l’anno passa al meridiano locale ed è alla massima altezza sull’orizzonte, comunque la radiazione massima, a parità di altre condizioni, varia con la trasparenza atmosferica. La trasmittanza atmosferica con cielo sereno varia da circa 0,57 a 0,7. Ricordiamo comunque che il principale fattore che influenza le temperature è l’altezza del Sole sull’orizzonte durante l’anno alle varie latitudini (stagioni, massimo al Solstizio dì Estate e minimo al Solstizio d’Inverno). Altre grandezze che influiscono sulla radiazione che arriva a Terra sono la torbidità atmosferica, la lunghezza del percorso che i raggi solari fanno prima di raggiungere la Terra e l’albedo. L’albedo (radiazione incidente a terra che viene riflessa) attuale della Terra è circa 30 – 35% (l’albedo è variabile con la costituzione della superficie terrestre).

La potenza solare totale fornita dal Sole alla Terra si può stimare in 174 * 10 ¹⁵ W con un intervallo di circa il 3,5%. Come detto però tale energia non arriva tutta sulla superficie della Terra in quanto il 34% circa è riflessa dal pianeta, il 19 % viene assorbita dall’atmosfera e il 47% assorbita dalla superficie terrestre.

Ritornando alla costante solare si stima che essa abbia un’influenza sulla temperatura terrestre del 0,1% per il ciclo di undici anni del Sole (attività massima e minima) e di 1 – 2 °C per periodi secolari.

Alcuni dati utili

Il consumo di energia mondiale nel 2018 è stato pari a circa 12 miliardi di TEP o 139.560 miliardi di Kwh o in potenza 15 miliardi di kW o 504 miliardi di miliardi di J o 120.000 miliardi di Kcal all’anno, di cui il 90% dovuto ai combustibili fossili.

Nel 2018 le emissioni di “gas serra” sono state stimate pari a circa 27 Giga tonnellate (atmosfera terrestre pari a 5.000.000 di Gtonnellate), cioè il 0,00074%! o in carbonio 7,4 Gt (7 miliardi di tonnellate). Tasso di crescita dell’anidride carbonica/anno stimato alle condizioni attuali pari a 2 ppm.

Nel 1900 d.c. l’anidride carbonica presente nell’atmosfera era circa 290 ppm, ad oggi circa 380 ppm (a causa di ciò si stima un aumento di temperatura di circa 0,5°C.). Le previsioni sono di un aumento di circa 2°C nel 2050.

Oggi la temperatura media della Terra nell’anno è di circa 16°C, senza “effetto serra” naturale sarebbe circa – 20°C (meno 20 °C sottozero!)

Il contributo dell’effetto serra – forzante netta sarebbe pari a 0,4 – 1,5 W/mq (250 miliardi di kWh all’anno, in potenza media 250 miliardi di kW) contro i 345 W/mq medi ricevuti dal Sole, quindi lo 0,28%.

Le temperature dell’atmosfera variano con l’altezza di circa 6,5 °C al Km. Vicino alla superficie terrestre l’atmosfera è più calda. La differenza fra la radiazione assorbita dall’atmosfera e quella emessa dall’atmosfera verso la superficie (in misura maggiore che verso lo spazio) è pari a circa il 32% ed è denominata (in maniera errata “effetto serra”)

Per scaldare l’atmosfera terrestre di 1°C sono necessarie 5 TJ! (Tera Joule).

La potenzialità dei gas serra sarebbe: CO2 1, CH4 21, N2O 290

Nota: 1 Terawtt Tw = 1000 miliardi di Watt – 1 miliardo di kWatt

1 twatt anno = 8,76 * 10 ¹² kWh = 31,54 EJ

1 TEP = 42 GJ = 11630 Kwh

La controversia con la meteorologia

Sul riscaldamento globale, alcuni meteorologi sono di opinione diversa.

Il contributo all’intero “effetto serra” relativi all’attività umana è valutato in circa 0,3 – 5.5%. La differenza è attribuibile al contributo del vapore acqueo ed alla sua stima (si vedano i valori già riportati in questo articolo)

L’anidride carbonica costituisce circa il 70% dei gas serra di origine antropica.

La differenza fra i sostenitori dell’effetto serra causato principalmente dalla CO2 ed alcuni studi meteorologici è che quest’ultimi tengono conto del vapor acqueo (trascurato dagli altri). Il vapor acqueo è di origine naturale, mentre la CO2 antropica è solamente il 0,2 %

La termodinamica

Per approfondimenti si consulti il libro dell’auore “Nuovi modelli di universo” verso la legge di Dio.

LA TERMODINAMICA SEMBRA ESSERE LA LEGGE DI DIO, ESSA CREA, SOSTIENE, DEGRADA.

Secondo il cosmologo Vlatko Vedral dell’Univesità di Oxford la “teoria del tutto” che i fisici ricercano da decenni sarebbe già stata scoperta e non sarebbe altro che il II principio della termodinamica.

Il II principio è inviolabile e tutte le leggi fisiche in contrapposizione con il II principio sono perdenti e falliscono miseramente.

A causa del II principio tutta l’energia dell’universo forse degraderà divenendo inutilizzabile ed a entropia infinita o quasi.

Secondo l’università di Singapore il principio di indeterminazione di Heisemberg sarebbe un corollario del II principio della termodinamica..

Secondo Vedral alcune spiegazioni della meccanica quantistica sono insostenibili, tipo: produrre energia dal vuoto, superare la velocità della luce o tentare di ridurre l’entropia di un sistema chiuso senza lavoro.

La meccanica quantistica tenta di quantizzare tutto ma ad esempio non riesce a quantizzare il tempo (sostenuto anche da S. Hawking che in un suo libro afferma “ se il tempo è una grandezza analogica che bisogno c’e’ di quantizzarla?”, semplicemente perché è impossibile definirlo in modo non analogico, farlo vorrebbe stravolgere il concetto di entropia).

La freccia del tempo va solo in avanti mai indietro perché segue la legge termodinamica dell’aumento di entropia.

Per introdursi al problema qui di seguito vengono forniti alcuni fondamenti della termodinamica:

Il primo principio della termodinamica non è altro che il principio di conservazione dell’energia, fu enunciato da Joule, in particolare afferma che: l’energia interna di un sistema termodinamico isolato è costante.

Stabilisce che nel caso di scambio di calore in trasformazioni termodinamiche l'energia totale si conserva.

L’energia può essere trasferita tramite scambi di calore e lavoro.

Il I principio della termodinamica in forma analitica e differenziale:

dU = dQ - dL

dove dU è la variazione infinitesimale dell'energia interna del fluido in uno stato termodinamico e dQ è la variazione infinitesimale del calore

dL la variazione infinitesimale del lavoro, scrivibile anche come:

- dL = - p dV + F dL + H dM + E dP +C dα + ∑ μ dni + …..

P pressione

dV variazione di volume

F forza

dL variazione di lunghezza

H campo magnetico

dM variazione della magnetizzazione totale

E campo elettrico

dP variazione polarizzazione dielettrica totale

C coppia di torsione

dα variazioni dell’angolo rotazione delle superfici estreme dell’angolo

μ potenziale chimico

dni variazione chilomole

Nota: i simboli della prima parte delle formule sono grandezze intensive tipo F, i simboli nella seconda parte della formula sono grandezze estensive tipo dL.

Bisogna specificare che il calore non è un’energia intrinseca del sistema ma un’energia di transito fra due corpi a differente temperatura. In una trasformazione non ciclica (che non ritorna al punto iniziale) la differenza Q - L è l'energia scambiata con l'esterno e vale U2 - U1. L'energia scambiata Q - L non dipende dalla tipologia di trasformazione eseguita ma solo dai punti 1 e 2 (iniziale e finale) corrispondenti a due stati di equilibrio.

Se le variazioni sono infinitesimali, molto piccole, la trasformazione si dice quasi statica ed è reversibile, cioè può andare dal 1 a 2 e da 2 a 1.

In realtà si tratta di una trasformazione termodinamica IDEALE (tipica del mondo platonico delle Idee), tale trasformazione nel mondo reale non trova riscontro, è impossibile da realizzare; le trasformazioni termodinamiche sono sempre irreversibili.

Nella figura, a titolo di esempio, è riportata una trasformazione quasi statica da 1 a 2 e da 2 a 1 con variazioni di V volume e T temperatura del sistema.

Ipoteticamente, un trasformazione reversibile è una trasformazione termodinamica estremamente lenta, addirittura richiede un tempo infinito, ciò permette stati di equilibrio infinitesimi vicinissimi che permette di passare da uno stato all’altro e viceversa.

Trasformazioni irreversibili sono ad esempio un corpo che striscia su un piano orizzontale o inclinato, una ruota frenata, un corpo che è bruciato, anche se la loro trasformazione è estremamente lenta in quanto non è possibile rovesciare il processo (un fiammifero che è bruciato non può più ritornare ad essere il fiammifero iniziale!).

Alcune trasformazioni reali possono essere simili a trasformazioni ideali altre no, per queste ultime è possibile definire solo lo stato iniziale e finale ma non gli stati intermedi (tipo un gas compresso con rapidità le cui fasi intermedie mostrano moti convulsi non definibili).

Al limite se viene compresso in un volume V ben definito conosceremo sempre il volume ma non la temperatura.

In pratica le variazioni di Q e L portano il sistema dallo stato 1 allo stato 2 (chiaramente le grandezze termodinamiche dello stato 2 sono diverse dallo stato1).

L’energia necessaria per passare dallo stato 1 allo stato 2 non dipende dagli stati intermedi né dal modo di scambio con l’esterno.

In una trasformazione termodinamica ciclica (che si ripete) è d'obbligo cedere calore ad una sorgente (esterna) a temperatura più bassa di quella iniziale mediante la quale abbiamo ottenuto il lavoro (Es: Teorema di Carnot, teorema a rendimento massimo teorico); le centrali termoelettriche funzionano su tale principio, il fluido assorbe calore a temperatura più alta (generato nella caldaia grazie alla combustione del combustibile), lo stesso fluido cede il calore a temperatura più bassa al mare o fiumi o laghi o aria tramite torri di raffreddamento.

Per la trasformazione ciclica ideale è:

Q = L , cioè U2 - U1 = 0

Tenendo conto che J equivalente meccanico del calore vale 4185 Joule/Kcal misurandosi Q in Kcal e L in Joule.

CIO’ E’ ESTREMAMENTE IMPORTANTE IN QUANTO IL CALORE HA LE STESSE DIMENSIONI DELL’ENERGIA E L’ENERGIA (IL LAVORO COMUNQUE NON E’ ENERGIA) HA LE STESSE DIMENSIONI DEL CALORE!

Con le limitazioni già sottolineate per il calore.

Il calore non è contenuto in un corpo ma è un’energia di trasmissione. Si noti anche che il calore si trasmette solo nel caso di differenza di temperatura mentre per il lavoro si trasmette anche senza differenza di temperatura. Se idealmente la trasformazione è reversibile dopo un ciclo torneremo al punto iniziale ed essa è rappresentabile con una linea chiusa. Tipico è il funzionamento delle centrali termoelettriche e turbogas con ciclo Rankine e Brayton derivati dal Ciclo teorico di Carnot*; con riferimento al mondo Platonico delle Idee possiamo affermare che il ciclo di Carnot che come ciclo IDEALE si trova nel mondo platonico delle IDEE, mentre i cicli REALI come il Rankine e Brayton di trovano nel mondo reale degli umani(anche in altri mondi se esistenti), essendo copie del CICLO VERO.

Il ciclo di Carnot è un ciclo teorico operante fra due temperature T1 e T2 a massimo rendimento:

η = (Q1 – Q2)/ Q1 = (T1 – T2)/T1

Il rendimento dei cicli reali irreversibili è sempre minore del ciclo ideale di Carnot:

ηi < ηc

Q - L = U2 – U1 = Δ U

Q = L + Δ U

L = Q – Δ U

L’energia negli stati 1 e 2 è l’energia interna in 1 e 2, U1 e U2.

L’energia negli stati 1 e 2 è l’energia interna in 1 e 2, U1 e U2.

Se le trasformazioni sono a pressione costante come nei cicli termodinamici delle centrali termoelettriche allora si introduce la grandezza H detta Entalpia:

H = U + p * Δ V

Cioè H è la somma dell’energia interna del fluido o vapore sommata al prodotto della pressione per le variazioni di volume.

Per questo motivo le operazioni matematiche sono facilitate perché ΔQ = H2 – H1.

Nelle centrali il calore è fornito al fluido bruciando combustibile nella caldaia, il lavoro è fornito dalla turbina che fa ruotare l’alternatore.

Per trasformazioni isoterme si ha:

Δ Q = ΔL

Una equazione importante dei gas perfetti che ci mostra il legame fra l’energia cinetica di movimento delle molecole e la loro temperatura è:

½ * m * v² = 3/2 * k * T

Dove k è la costante di Boltzmann.

Per il III principio, la minima energia interna e la minima entropia si raggiungono alla temperatura assoluta di - 273,16 °C (zero assoluto T = 0 ° Kelvin, ovvero la minima temperatura raggiungibile idealmente in natura). In definitiva si può affermare che l'entropia tende a zero con l'approssimarsi della temperatura allo zero assoluto. In realtà lo zero assoluto non può essere raggiunto.

La scala termodinamica delle temperature che si misurano in gradi Kelvin non dipende da alcuna particolare sostanza.

Lo zero assoluto è definibile come la temperatura minima raggiungibile, indipendente dalla sostanza, nel quale un sistema termodinamico potrebbe descrivere un processo isotermico reversibile senza scambiare calore con l’esterno. Quindi possiamo affermare che allo zero assoluto i processi adiabatici coincidono con le trasformazioni isotermiche. ADIABATICHE = ISOTERME.

Nernst definì il terzo principio della termodinamica:

non è possibile trovare un procedimento, neanche ideale, che consenta di portare un sistema allo zero assoluto in un numero finito di operazioni.

Una considerazione molto importante è che allo zero assoluto (ideale) le trasformazioni avvengono a entropia costante S = costante! ma si può dimostrare che lo zero assoluto non è raggiungibile quindi S aumenta sempre. Nel mondo platonico delle Idee ciò potrebbe essere vero e lo zero assoluto raggiungibile.

In realtà non sappiamo se allo zero assoluto l'entropia sia zero, se ciò fosse vero l'ordine molecolare ed atomico sarebbe perfetto.

Il II principio della termodinamica

Il II principio della termodinamica è un qualcosa di misterioso nella panoramica della fisica in quanto in maniera eccelsa, indissolubile, potrebbe dirsi eterna, senza scendere in particolari microscopici (a livello molecolare o atomico) SPIEGA i processi fisici e le trasformazioni fisiche siano esse terrestri o stellari o galattiche o dell'Universo intero.

Il II principio come detto sembra non essere congruente con la teoria inflazionaria dell'Universo perché per il II principio l'entropia dell’universo, se inizio c’è stato doveva essere minima o vicino a zero ma per la teoria inflazionaria l'universo iniziale era molto caldo e denso a entropia elevata.

Il II principio della termodinamica può essere presentato sotto diverse forme, quella delle trasformazioni termodinamiche e quella entropica.

Come vedremo il II principio potrebbe essere L'ESSENZA PRIMA o IL REGOLATORE DELL'UNIVERSO STESSO: LA LEGGE DI DIO.

Lord Kelvin affermava che se una teoria è in contrasto con il II principio della Termodinamica la teoria è spacciata e non ha scampo.

Lo studio di sistemi composti da numerose "particelle" non può essere condotto tenendo conto dello stato (fra l'altro variabile nel tempo) di ogni particella perché il numero delle particelle è enorme (si pensi che un gas occupante un metro cubo è composto da circa 30.000.000.000.000.000.000.000.000 molecole, 30 e quindi essendo impossibile determinare posizione e moto di tutte le particelle si è optato di studiare la materia ed il suo comportamento/trasformazioni tramite dl II principio della termodinamica

Il II principio della termodinamica è un qualcosa di misterioso nella panoramica della fisica in quanto in maniera eccelsa, indissolubile, potrebbe dirsi eterna, senza scendere in particolari microscopici (a livello molecolare o atomico) SPIEGA i processi fisici e le trasformazioni fisiche siano esse terrestri o stellari o galattiche o dell'Universo intero.

Il II principio come detto sembra non essere congruente con la teoria inflazionaria dell'Universo perché per il II principio l'entropia dell’universo, se inizio c’è stato, doveva essere minima o vicino a zero ma per la teoria inflazionaria l'universo iniziale era molto caldo e denso a entropia elevata.

Il II principio della termodinamica può essere presentato sotto diverse forme, quella delle trasformazioni termodinamiche e quella entropica.

Come vedremo il II principio potrebbe essere L'ESSENZA PRIMA o IL REGOLATORE DELL'UNIVERSO STESSO: LA LEGGE DI DIO.

Lord Kelvin affermava che se una teoria è in contrasto con il II principio della Termodinamica la teoria è spacciata e non ha scampo.

Lo studio di sistemi composti da numerose "particelle" non può essere condotto tenendo conto dello stato (fra l'altro variabile nel tempo) di ogni particella perché il numero delle particelle è enorme (si pensi che un gas occupante un metro cubo è composto da circa 30.000.000.000.000.000.000.000.000 molecole, 30 e quindi essendo impossibile determinare posizione e moto di tutte le particelle si è optato di studiare la materia ed il suo comportamento/trasformazioni tramite delle grandezze fisiche che nella media rappresentino lo stato di tutte le particelle.

Un sistema termodinamico è un sistema definito da poche grandezze e principi fisici e quindi si può supporre che l'Universo non sia altro che un sistema termodinamico costituito da un numero di particelle quasi infinito ma governato da poche leggi principali e principi leggi secondari..

Premettiamo che il II principio della termodinamica stabilisce in maniera inequivocabile che qualsiasi trasformazione termodinamica comporta un aumento dell'entropia (aumento del disordine e energia degradata), l'Universo attuale è un sistema isolato (processo termodinamico) ad aumento entropico e gli stati precedenti dell'Universo non possono che essere a minore entropia (maggior ordine), ne deriva che se ci fu un Universo "iniziale" esso non poteva che essere un sistema a minima entropia O ZERO:

Stato 0 o iniziale Si = S0 o 0

Stato 1 S = S1 > S0

Stato 2 S = S2 > S1 > S0

Stato attuale S = Sa > S1 > S0

Stato finale Sf = ?

dove S è l'entropia inziale Si, stato 1 S1, stato2 S2, attuale a Sa, finale f Sf

L'entropia dell'universo cresce nel tempo ed analiticamente si può scrivere:

S = f (t)

Fra l'altro questo aumento entropico fin dall'inizio o dall’infinito passato (- ∞) da luogo alla freccia del tempo.

Nello stesso modo il II principio della Termodinamica contrasta con la teoria evoluzionista di Darwin che prevede uno stato iniziale di disordine da cui si è costituita la vita e nuova vita sempre più complessa ad entropia diminuita! ciò è impossibile. La incongruenza entropica sembra dare nuova linfa alla teoria della panspermia di F. Hoyle e C. Wickramasinghe, formulata inizialmente da Arrhenius.

Nell'ambito della meccanica statistica, Bolzman elaborò la famosa formula:

S = k * log W

dove k è la costante di Bolzman pari a 1,38 * J/°K

W è la probabilità termodinamica (all'equilibrio termodinamico assume il valore massimo).

Secondo la formula di Bolzman il II principio può essere enunciato nel seguente modo: un sistema termodinamico che è sottoposto ad una trasformazione spontanea aumenta la probabilità termodinamica riguardo al suo stato..

S pur essendo una grandezza macroscopica rappresenta lo stato di disordine della materia (molecole e atomi).

W è tanto più grande tanto più elevato è lo stato di disordine termodinamico.

Nelle trasformazioni reversibili (ideali che si trovano nel mondo platonico delle Idee):

dS = dQ/T

dove T è la temperatura.

ΔS = ΔQ/T

Anche:

S2 – S1 = (Q1 – Q2)/T

In forma integrale:

S2 – S1 =

Nelle trasformazioni irreversibili (reali, terrestri o comunque non nel mondo platonico delle Idee):

dS > dQ/T

Δ S = S2 – S1 > ΔQ/T

Quindi S2 stato entropico finale è:

S2 > S1

In forma integrale:

S2 – S1 >

Ritornando al compressione di cui abbiamo scritto in precedenza, compressione necessaria per ritornare allo stato 1 iniziale di un gas che si era espanso spontaneamente:Il lavoro che bisogna fornire è:

L = = = n * R * T * log V1/V2

Si può facilmente rilevare che L è negativo (lavoro “assorbito” non ceduto essendo V2 > V1.

Ora siccome risulta che dal I principio risulta ΔU = cost

Q = L

E quindi per riportare il sistema al punto iniziale 1 bisogna spendere lavoro.

Abbiamo

S1 – S2 = - Q/T = n R log V2/V1

S2 – S1 > 0

IL PROCESSO E’ IRREVERSIBILE.

Un processo spontaneo lasciato a se stesso tende a divenire un sistema in equilibrio in un tempo più o meno lungo. Il processo libero non produce nessun tipo di lavoro.

Il processo opposto che porti dall’equilibrio ad disequilibrio non avviene mai ed è impossibile (salvo, come vedremo nelle conclusioni, che intervenga la gravitazione, quindi un lavoro esterno) quindi le trasformazioni spontanee che portano all’equilibrio sono irreversibili. Al limite si può ritenere che un processo che duri all’infinito possa invertirsi.

Questo processo che alla fine porta all’equilibrio da luogo ad un aumento dell’entropia, anzi l’entropia nel nuovo stato di equilibrio raggiunge il valore massimo. Inoltre il sistema tendendo all’equilibrio perde le sue capacità a produrre lavoro.

Per riportarlo alle condizioni iniziali bisogna fornire energia dall’esterno ma se il sistema è isolato ciò è impossibile.

La grandezza di stato che con i suoi valori estremi 1 e 2 definisce il sistema termodinamico in esame come un sistema che convergendo verso l’equilibrio perde le sue capacità a compiere lavoro è detta ENTROPIA.

L’entropia è definibile e calcolabile solo per stati di equilibrio, la differenza di entropia fra uno stato iniziale e finale non dipende dal modo come sono stati raggiunti, l’entropia dipende solo dallo stato iniziale a quello finale.

L’entropia definisce lo stato di disordine del sistema termodinamico, un aumento di entropia sta a significare che il sistema è passato ad un nuovo stato più disordinato e ciò porta chiaramente ad una minore potenzialità nella trasformazione di energia.

I sistemi naturali in natura variano di stato spontaneamente e la loro energia più o meno ordinata diviene disordinata e quindi ad energia degradata tipo il Sole che è una stella a ridotta entropia ma con entropia in aumento.

In definitiva L’ENTROPIA E’ UNA GRANDEZZA DI STATO CHE MISURA LO STATO DEL DISORDINE DEL SISTEMA.

La distribuzione molecolare di una determinata sostanza tende a divenire irregolare con l’aumento della temperatura; si desume che allo zero assoluto l’ordine cristallino è massimo, l’entropia è minima o zero addirittura.

Nella pratica per ottenere lavoro in modo continuo si deve effettuare una trasformazione ciclica (fra due isoterme e due adiabatiche) con assorbimento di calore alla temperatura più alta T1 e la cessione di calore alla temperatura più bassa T2.

Idealmente ciò è rappresentato analiticamente dal teorema di Carnot (nelle macchine termiche si adoperano cicli reali e non ideali, tipo il Rankine per i cicli a vapore e Brayton nelle turbine a gas).

L = Q1 - Q2

Q1 è il calore fornito

Q2 il calore ceduto a temperatura più bassa.

Le trasformazioni sono irreversibili anche a causa del principio di indeterminazione di Heisemberg (recentemente ciò è stato messo in discussione in quanto lo stesso principio di Heisemberg deriverebbe dal II principio della termodinamica) ma soprattutto per la legge di natura per cui tutto ciò che è susseguente è secondo al precedente, più disordinato più degradato.

Clausius lo definì così:

è impossibile realizzare una trasformazione termodinamica il cui risultato finale sia solamente quello di trasferire una quantità di calore da un corpo ad un altro a temperatura maggiore del primo senza che sia speso del lavoro.

Vuol dire che una parte del calore va ceduto ad una sorgente a temperatura minore.

Lord Kelvin lo definì così:

è impossibile realizzare una trasformazione termodinamica il cui risultato finale sia solamente quello di trasformare in lavoro il calore estratto da una sorgente termica a temperatura costante.

Se forniamo lavoro ciò è possibile.

In definitiva il II principio stabilisce che tutte le trasformazioni termodinamiche sono IRREVERSIBILI, non possono essere invertite se non fornendo lavoro ma stabilisce anche che I PROCESSI NATURALI NON POSSONO RIPRISTINARE LO STATO INIZIALE O PRIMITIVO DEL SISTEMA TERMODINAMICO SENZA VARIAZIONI ESTERNE.

Le trasformazioni sono reali e irreversibili sono tali perché nelle trasformazioni una parte o TUTTO IL CALORE NON PUO’ ESSERE RITRASFORMATO IN LAVORO.

Quanto affermato qui sopra è importantissimo se applicato all’universo.

L’ENTROPIA DELL’UNIVERSO E’ IN AUMENTO.

Un’altra grandezza usata in termodinamica è l’energia libera di Gibbs G che in un processo isotermo e isobarico irreversibile diminuisce:

G2 < G

L’energia libera di Gibbs si rappresenta con la formula:

G (T,p,L, M, n, ….) = U + pV – TS = A + pV = H –TS

A è la funzione energia libera di Helmholtz.

G delle volte viene chiamata entalpia libera.

In breve le varie fasi di equilibrio raggiungibili da un sistema termodinamico sono:

equilibrio adiabatico

- un sistema adiabatico isolato per essere in equilibrio termodinamico deve avere l’entropia massima Smax

- se il sistema è a temperatura costante e tutte le variabili estensive sono costanti (salvo l’entropia) la funzione di Helmholtz (energia libera a temperatura costante) assume il valore minimo Amin

- se il sistema è a temperatura e pressione costante e tutte le variabili estensive sono costanti (salvo S e V) la funzione di Gibbs (entalpia libera) assume il valore minimo Gmin

equilibrio termico – un sistema adiabatico isolato per essere in equilibrio termico deve avere una temperatura uniformemente distribuita in tutte le parti del sistema

equilibrio meccanico – un sistema meccanico è in equilibrio se la pressione è ugualmente diffusa in qualunque parte del sistema

Nota: nel passaggio di fase di un sistema composto da una sola sostanza se c’è passaggio di fase il potenziale chimico μ nelle due fasi deve essere uguale μ = costante.

La termodinamica è una scienza indipendente dalle varie teorie della materia siano esse statistiche (non sempre) o quantistiche e funziona bene.

L'intero Universo ad oggi può essere identificato come un sistema isolato non in equilibrio che ad ogni tempo ti è in un stato i ad entropia pari a Si, precisando che i domini interni all'Universo sono in trasformazione continua sia meccanica sia termodinamica. Il sistema tende all’equilibrio in un tempo forse infinito.

Le grandezze globali (limitate) che descrivono un sistema termodinamico in equilibrio (macroscopico) definiscono il sistema stesso e non sono funzione del "cammino" o delle trasformazioni che sono state necessarie per raggiungere quello stato.

Tipico esempio è la temperatura (la temperatura e non la radiazione in se stessa come onde elettromagnetiche estremamente fredde) della radiazione fossile (3,5 °K) che ha un valore ben preciso di temperatura vicino allo zero assoluto (- 273,15 ° C, lo zero assoluto si trova nel mondo platonico delle Idee) e nel momento della misura (salvo microscopiche fluttuazioni) ha quel valore e tale valore non è funzione di come è stato raggiunto l'equilibrio a livello macroscopico.

Nota: la radiazione di fondo sembra dimostrare l'isotropia dell'Universo.

L’universo termodinamico e il suo stato presente passato futuro

Al tempo attuale ta (anno 2018 dopo Cristo) possiamo affermare con una certa approssimazione che:

1 Il colore dell’universo al tempo attuale è nero.

2 L’universo attuale sembra essere euclideo con espansione ma con accelerazione in diminuzione.

3 Le galassie dell’universo Ua sono 50 – 100 miliardi forse 1000 o 2000

4 La densità dell’universo Ua è gr/cm³!

5 Le stelle dell’ universo Ua sono

6 Le dimensioni dell’universo Ua ad oggi sono 4.285 Mps circa 14 anni luce o Km.

9 Le dimensioni globali dell’intero universo casuale osservabile ad oggi sono: diametro 93 anni luce o infinito

10 L’età dell’intero universo casuale: non è definibile

11 Il Volume dell’intero universo casuale attualmente osservabile è anni luce cubici.

12 La temperatura della radiazione cosmica di fondo: 2,72 °K per la teoria del big bang

Per dirla come Aristotele (Etica II) La TERMODINAMICA E’ LA SCIENZA PRINCIPE CHE GOVERNA L’UNIVERSO, la termodinamica si serve delle altre leggi fisiche o esse derivano dalla termodinamica.

In definitiva solo parte dei combustibili che bruciamo si trasforma in lavoro il resto in calore. I condizionatori d’aria, i motori a scoppio e diesel, le centrali termoelettriche, le turbine delle navi e degli aerei, tutti danno luogo ad un aumento dell’entropia e a un degrado dell’energia ma soprattutto riversando calore nelle acque e nell’aria portano all’aumento della temperatura dell’atmosfera, terra ed oceani.

Ricordando che: il consumo di energia mondiale nel 2018 è stato pari a circa 12 miliardi di TEP o 139.560 miliardi di Kwh o in potenza 15 miliardi di kW o 504 miliardi di miliardi di J o 120.000 miliardi di Kcal all’anno, di cui il 90% dovuto ai combustibili fossili.

Nel 2018 le emissioni di “gas serra” sono state pari a circa 27 Giga tonnellate (atmosfera terrestre pari a 5.000.000 di Gtonnellate), cioè il 0,00074%! o in carbonio 7,4 Gt. Tasso di crescita dell’anidride carbonica/anno pari a 2 ppm.

Nel 1900 d.c. l’anidride carbonica presente nell’atmosfera era circa 290 ppm, ad oggi circa 380 ppm (si stima un aumento di temperatura di circa 0,5°C.). Le previsioni sono di un aumento di circa 2°C nel 2050.

Oggi la temperatura media della Terra nell’anno è di circa 16°C, senza effetto serra naturale sarebbe circa – 20°C!

Il contributo dell’effetto serra – forzante netto sarebbe pari a 0,4 – 1,5 W/mq (250 miliardi di kWh all’anno, in potenza 250 miliardi di kW) contro i 345 W/mq medi ricevuti dal Sole, quindi lo 0,28%.

Una stima di massima potrebbe essere la seguente: il consumo mondiale annuo pari a 139.560 miliardi di Kwh, o in potenza 139 Tw (0,1 – 0,4 W/mq). Calcolando il calore sviluppato dalle trasformazioni termodinamiche, in prima battuta si può ritenere che con un rendimento medio di trasformazione del 40%, il 60% si trasformi in calore, quindi 83 miliardi di Kwh, il 33 % del contributo forzante dell’effetto serra. Altri lo stimano al 5 - 10% del calore intrappolato dall’atmosfera per eccesso di anidride carbonica (riferendolo a valori > 250 della forzante e adottando rendimenti di trasformazione > del 40 %.). Inoltre bisogna tener conto degli ambienti dove avvengono gli scambi (esempio il calore riversato nei laghi. fiumi, mari ed oceani).

Infine sempre riguardo la termodinamica bisognerebbe analizzare (se possibile) quali sono gli scambi attuali all’interno della Terra e se stanno aumentando e come stanno variando nel tempo.

Comunque molti autori e lo scrivente (in parte, vedere le precisazioni esposte in seguito) ritengono il riscaldamento globale dovuto ad effetto serra in contrasto con la termodinamica.

Prima di approfondire definiamo la forzante del riscaldamento globale in modo semplice: i gas serra tipo CO2 assorbono radiazini infrarosse provenienti dalla superficie della Terra e ne reinviano una parte sulla superficie stessa aumentandone la temperatura.

Qui accenniamo alle svariate incongruenze termodinamiche della teoria del riscaldamento globale:

1 “Accumulo di calore” – violazione della definizione stessa di calore.

Come detto il calore si misura con le stesse unità di misura dell’energia ma il calore è un’energia di scambio. Più precisamente il calore non è un’energia intrinseca del sistema ma un’energia di transito fra due corpi a differente temperatura (come stabilito dal II principio della termodinamica il calore passa spontaneamente dalla sorgente a temperatura più alta al ricevente a temperatura più bassa).

2 violazione del I principio della termodinamica (vedasi esposizione precedente in merito al I principio).

Il sistema Terra – Sole è da ritenersi un sistema isolato e quindi applicando al sistema il I principio l’energia del sistema è costante (sistema in equilibrio non in transitorio); le due fonti di energia sono il Sole e la Terra (centro fluido caldo della Terra), per cui l’energia del sistema è W = Wsole + Wterra = costante (al tempo t), W’ al tempo t’, ecc. Ws >> Wt. L’energia W può variare solo se varia l’energia Wsole o l’energia Wterra o ambedue (la somma è algebrica).

Senza scendere nel dettaglio dei flussi termici, dall’equazione di cui sopra si può constatare che non ci può essere nessuna variazione di energia rispetto a W se Ws e Wt sono costanti o comunque non si può creare energia! (violazione primo principio termodinamica) che poi a sua volta dia luogo ad aumento di temperatura, quindi nessuna energia si può produrre dal nulla! Ad una variazione positiva di energia deve corrispondere a una variazione negativa uguale in valore assoluto. Questo è il punto di vista dei termodinamici che contestano il riscaldamento globale.

Lo scrivente è d’accordo con quanto sopra esposto riguardo all’intero sistema ma qui di seguito è riporatata una sua precisazione le equazioni di cui sopra valgono per una massa del “sistema Terra”con massa m a densità media costante o più masse ed in condizioni di equilibrio vale m = K; in realtà le condizioni di equilibrio perfetto non sussistono mai dato che alcune delle masse sono fluidi o aeriformi sempre in mutazione come forma e massa, anche se è pur vero che dei quasi equilibri possono sussistere tipo il giorno e la notte, le stagioni, ecc. quindi m (t) = k (t).

Secondo noi (ipotesi non rilevata nella letteratura consultata) la massa m è pari a: m (t) = m1 (t) + m2 (t) + m3 (t) +……, in quanto il sistema Terra per sua costituzione fisica non è un oggetto a massa unica m (i volumi e le densità delle varie masse componenti sono variabili) ma è costituito da più masse fisicamente diverse e variabili nel tempo che si scambiano calore: vari strati della Terra solida (centro, mantello, ecc,), strato basso intermedio esterno dell’atmosfera; inoltre bisogna tener conto che l’energia riflessa nello spazio può variare anche se Ws = costante. Questa variazione di per se stessa piccola rispetto all’energia raggiante Ws forse è da ritenersi non trascurabile su eventuali variazioni energetiche all’interno del sistema Terra.

Quindi al tempo t ciascuno strato può scambiare più o meno energia/calore ma tutte le masse insieme debbono rispettare W = costante. Tutti gli scambi termici debbono rispettare la legge di fisica tecnica di Fourier (conduzione), e gli scambi per convenzione, adduzione e irraggiamento.

Il Sole nello spazio vuoto emette energia raggiante (onde elettromagnetiche) secondo la legge di Stefan Ws = σ * che è prevalente a temperature T molto elevate. La conduzione è per strati solidi, la convenzione per fluidi, l’adduzione comprende conduzione e convenzione.

In definitiva “l’accumulo di calore” meglio la variazione di energia positiva “permanente” previsto dalla teoria del riscaldamento globale non può esserci in quanto si piò assumere W = costante (con il complemento del punto3).

Le uniche variabili che possono dar luogo a variazioni di energia sono il Sole con la sua attività e la Terra (energia interna alla Terra) e delle volte la riflessione dell’energia nello spazio vuoto.

3 Violazione del calcolo vettoriale e del vettore energetico di Poynting

L’energia raggiante emessa dalla superficie terrestre si dirige verso lo strato basso dell’atmosfera e l’atmosfera a sua volta emette energia raggiante verso la superficie.

Il vettore Wrt (riflessione Terra) va sommato algebricamente al vettore Wra (riflessione atmosfera), quindi Wrta = Wrt – Wra se si tiene conto del verso dei vettori.

Quindi nessuna creazione di energia ma solo una differenza positiva, essendo Wrt > Wra circa 250 contro 125 W/mq. La superfice della Terra sarà sottoposta ad un flusso positivo pari a Wrta, quindi la superficie della Terra non può scalcarsi, si scalderebbe solo nel caso che l’atmosfera inviasse un’energia raggiante > di Wrt!

Stessa violazione si ha per il vettore di Poynting

P = E * H dove E è il campo elettrico e H la forza magnetica. Per la legge di Poynting l’energia raggiante che attraversa una superficie è uguale al flusso di Poynting e nel ns. caso i 2 vettori di Poynting vanno sommati algebricamente, come sopra.

Alcuni sostengono che il calore prodotto dalle attività umane è minoritario e si dissolve rapidamente mentre quello dovuto all’atmosfera è duraturo, noi pensiamo che in tale ipotesi il calore immesso o “intrappolato” dal punto di vista termodinamico sia la stessa cosa.

4 violazione delle leggi di trasmissione del calore

Il calore va obbligatoriamente da un corpo caldo a uno freddo (senza applicare lavoro) per cui i gas atmosferici a temperatura minore della superficie della Terra, visto lo scambio energetico di radiazione infrarossa non possono far aumentare la temperatura della Terra.

5 Violazione del concetto di entropia

Si faccia riferimento a quanto esposto in precedenza sull’entropia.

E’ chiaro che il sistema Sole - Terra come tutti i sistemi termodinamici tende ad un aumento di entropia a causa dell’irreversibilità delle trasformazioni.

Il Sole era ed è una stella a ridotta entropia ma ad ogni istante aumenta la sua entropia e tende in miliardi di anni a divenire una stella a entropia aumentata, nel contempo la capacità del sistema a convertire energia diminuisce, l’energia di prima specie diviene energia di seconda specie.

Da ciò si deduce che la variazione di entropia (in media nel tempo) della superficie della Terra è minore della variazione di entropia dell’atmosfera ∆St < ∆Sa, essendo Tt > Ta.

Ora chi sostiene che il riscaldamento globale in pratica afferma che l’aumento di entropia della superficie della Terra è contemporaneo all’aumento dell’entropia dell’atmosfera! Impossibile per il II principio della termodinamica!

Inoltre senza approfondire i riscaldisti hano applicato malamente il principio di Kirchoff e la legge di Boltzman.

Conclusioni

Le grandezze che interessano la nostra analisi sono:

· eccesso di effetto serra

· energia solare di fondo

· energia solare rinforzata

· alone galattico

· raggi cosmici

· II principio della termodinamica

· energia interna della Terra

· effetti meteo (nubi – vapor acqueo)

· energia nucleare

· distribuzione dei flussi di calore

· riflessione energia solare verso lo spazio esterno

L’eventuale aumento della temperatura potrebbe essere dovuto a effetti naturali o naturali/antropici o antropici.

Ad oggi non ci sono risposte precise, non è da escludere una sinergia.

Certamente i sostenitori dell’eccesso di effetto serra non prendono assolutamente in considerazione gli effetti astronomici, anzi nell’ultimo meeting li hanno esclusi!

Noi con dati certi, tipo Maunder I, abbiamo dimostrato che sicuramente il Sole influisce sul clima terrestre. Ancor di più con le stagioni di Milankovic.

Una controversia forte è fra i climatologi e i meteorologici che sostengono che l’aumento di temperatura sia dovuto anche ad eventi meteo tipo nubi e vapor acqueo (anche qui si fanno sentire gli effetti termodinamici).

Gli ultimi rilievi mostrano che la corrente del golfo sta perdendo di intensità e che la massa sommersa dei ghiacciai è in aumento.

Solo l’esperienza galileiana ci dirà se andiamo incontro ad un riscaldamento globale o a una piccola era glaciale.

Le grandezze difficili da calcolare con precisione sono:

· il flusso riflesso verso lo spazio esterno sia per sua natura sia perché variabile nel tempo

· distribuzione dei flussi di calore, come detto (in realtà le condizioni di equilibrio perfetto non sussistono mai dato che alcune delle masse sono fluidi o aeriformi sempre in mutazione come forma e massa, anche se è pur vero che dei quasi equilibri possono sussistere tipo il giorno e la notte, le stagioni, ecc. quindi m (t) = k (t).

Queste ci sembrano variabili che se sussistenti per lunghi periodi potrebbero mutare l’equilibrio termodinamico globale della Terra e in qualche suo strato (mi)

Metodi per contrastare un eventuale riscaldamento globale – proposte fra cui quella dell’autore

Sono stati proposti numerose soluzioni onde limitare l’aumento di temperatura, al di là del riscaldamento globale o non.

Proviamo ad elencarle (alcune sono note altre sono novità):

1 ottimizzare le trasformazioni di energia terrestri al valore limite imposto dal II principio della termodinamica (se possibile)

2 ridurre le emissioni di CO2 (legata al punto 1) ed altri gas serra

2.1’aumento delle foreste (comunque con l’aumentare della CO2 aumenterà la massa floreale che a sua volta farà diminuire la CO2)

2.2 aumentare la flora marina, paludosa, ecc.

2.3 catturare la CO2 prodotta e stoccarla in serbatoi naturali geologici permanenti, in special modo dove sono i grandi produttori di CO2, se possibile, tipo le centrali elettriche

2.4 impianti che catturano la CO2 per trasformarla

2.5 massimizzare l’uso di fonti rinnovabili (in questo caso in special modo per la rete elettrica tale aumento ha un limite imposto dalla regolazione frequenza/potenza di rete). Le energie rinnovabili hanno un loro ciclo legato all’astronomia e climatologia (sole giorno/notte e vent, ecc.), quindi in loro assenza si deve sopperire con altre fonti tipo: idroelettrica, termoelettrica, nucleare, ecc.

Ad oggi si stima il contributo massimo delle energie rinnovabil al 20%.

Inoltre bisogna considerare che la produzione di energia rinnovabile è antieconomica e quindi sussiste grazie agli inventivi statali, regionali, …

Si stanno provando sistemi di stoccaggio ai nodi della rete elettrica che per ora sono costosissimi e antieconomici.

3 immettere fuori dell’atmosfera piccoli elementi che riflettano la luce solare, questo comporterebbe problemi all’astronomia ed alla navigazione spaziale!

4 rendere la superficie della Terra più riflettente, colore delle strade meno nere, edifici di colre bianco, ecc.

5 “oscurare” il Sole - introdurre particelle nell’atmosfera terrestre che riflettano la luce solare (geo ingegneria)

6 vele solari (proposta dell’autore: la proposta riportata qui di seguito è qualitativa ma i calcoli possono farsi più precisamente).

Al fine di introdurre la proposta:

posto che la distanza media della Terra dal Sole è pari a 150.000.000.000 m, il diametro della Terra12.742.000 m,il diametro del Sole 1.391.000.000 m, in scala 1/1000.000.000.000 rispettivamente 0,15 m , 0,000012742 m, 0,0139 m.

Il diametro della Luna è pari a 3.474.000 m.

La Luna quando transita al nodo da luogo ad un’eclisse di Sole; per la totalità la Luna deve trovarsi circa nel punto più lontano della sua orbita ellittica intorno alla Terra.

Il diametro del Sole è circa 400 volte quello della Luna, mentre la distanza Sole - Terra è circa 400 volte la distanza Luna – Terra, per questo motivo la Luna e il Sole ci appaiono circa con lo stesso diametro apparente di 1°.

In prima approssimazione la quantità di energia che colpisce l’atmosfera terrestre (ortogonalmente) in un’ora è pari a Wt = 3,14 * Dt² * 1350* 1, dove Dt è il diametro della Terra in metri e 1350 è la costante solare media nello spazio in W/mq, 1 un’ora, Wt = 600.880.000.000.000.000 W h, 600.000 Twh ma tenendo conto della sfericità della Terra tale valore è stimato in 90.000 Twh.

In prima approssimazione la quantità di energia che colpisce la Luna in un ora, quindi quella che intercetta la Luna durante l’eclisse totale di Sole, è pari a Wl = 3,14 * Dl² * 1350* 1, dove Dl è il diametro della Luna in metri e 1350 è la costante solare media nello spazio in W/mq, 1 un’ora, Wl = 51.000.000.000.000.000 Wh, 51.000 Twh pari al 8 % di Wt. Tenendo conto della sfericità della Luna è stimabile in 7.285 Twh.

Nello spazio vuoto per neutralizzare l’effetto serra (se esistente) bisognerebbe intercettare un’energia maggiore dell’equivalente della forzante netta dell’effetto serra stimata in 250 miliardi di kWh anno, in quanto una parte dell’energia raggiante è riflessa dall’atmosfera terrestre.

Una vela solare posta nello spazio in direzione centro Sole – centro Terra, con un’orbita annuale identica a quella del Sole apparente, quando si trova distesa e con la superficie ortogonale ai raggi solari intercetta un’energia pari a 1,35 Kwh al mq.

Per esempio una vela quadrata con lato 100 m, una superficie di 10.000 mq, intercetta 13.500 Kwh. La vela è in cielo 365 * 24 ore all’anno, 8760 ore, quindi intercetta 118 miliardi di Kwh.

La posizione della vela o vele deve essere lontana da influenze gravitazionali e non vicino alla Terra, diciamo ben oltre la Luna. Riguardo l’osservazione del Sole il disturbo sarebbe minimo, angolo apparente occupato quasi 0.

8 – aumento della produzione di energia elettrica derivante dal nucleare

La produzione di energia elettrica dal nucleare non produce anidride carbonica! Ma è avversata dagli ambientalisti per la sua pericolosità (incidenti nucleari).

Bisognerebbe aumentare la sicurezza degli impianti tipo gli attuali e nel tempo passare a centrali nuclelari basate sul trizio e non sull’uranio (proposta del premio Nobel Carlo Rubbia).

Carlo Rubbia

9 – spostamento dell’orbita della Terra attorno al Solle

Già Karl Sagan e Slowsky preconizzarono lo spostamento delle orbite planetarie.

Bisognerebbe allontanare la Terra dalla sua orbita attuale.

Teoricamente si può fare.

Quanta energia servirebbe? È attuabile? Lasciamo questo argomento agli specialisti del settore.

10 – spostamento dell’orbita lunare

Servirebbe meno energia.

Bisognerebbe spostare e modificare l’orbita lunare in modo che la Luna ogni mese passi in uno dei nodi o circa. Una eclissi totale o parziale di Sole ogni mese, meno energia raggiante sulla Terra.

In conclusione i babilonesi avevano ragione, esclusa l’astrologia s’intende.

Civitavecchia 22 Settembre 2019

Ing. Carlo Rossi

APPENDICE

Dati ed osservazione del Sole

Il Sole è una stella. Il diametro del Sole è pari a 1.392.000 chilometri. Altri dati relativi al Sole sono i seguenti:

superficie 6.100 miliardi di kmq

volume 1.412.000.000 miliardi di km cubi

magnitudine apparente – 27

inclinazione dell’asse di rotazione sull’eclittica 82°45

periodo sinodico di rotazione 27,275 giorni

periodo siderale di rotazione 25,38 giorni (all’equatore circa 25 giorni, ai poli 34 giorni)

tipo spettrale G2

distanza media dalla Terra 149.600.000 Km

pressione centrale 257 miliardi di Bar

temperatura centrale 16 milioni di °K

densità centrale 162.000 Kg/mc

composizione chimica al centro 35 % H, 63 % He, 2% C – N – O ……..

temperatura fotosfera alla base 6.600 °K, al culmine 4.400 °K

composizione chimica della fotosfera 70 % H, 28 % He, 2% C – N – O ……..

età 4,6 miliardi di anni terrestri

La densità di potenza della luce solare al di fuori dell’atmosfera terrestre è pari a circa 1.300 W/mq.

L’astronomo Charles Abbot misurò il valore della costante solare Cs (Cs varia con l’attività solare e vale circa 1300 W/mq fuori dall’atmosfera e 700 – 1000 W/mq sulla superficie terrestre) e determinò la ripartizione dell’energia nello spettro del Sole.

L’equazione che regola il funzionamento del Sole (non solo) è stata elaborata da A. Einstein:

E = m * c * c

cioè l'energia prodotta o variazione di energia è pari alla variazione di massa per la velocità della luce c al quadrato. La formula mostra l’equivalenza fra massa ed energia. In realtà bisognerebbe scrivere:

ΔE = Δm * c * c

- Misurando il diametro del Sole come indicato nell'esercizio precedente e trovato il valore di circa 32 primi d’arco, lo si moltiplichi per la costante 0,0174532 e si divida per 60 e si troverà il diametro espresso in radianti, poi si moltiplichi nuovamente questo valore (30,557) per la distanza media Sole - Terra pari a 152.000.000 di chilometri e si otterrà il valore di 1.414.000 chilometri (vicino al valore vero 1.392.000 Km).

I.4.4 – COME OSSERVARE IL SOLE

- Si premette che in questo paragrafo e nei successivi il vocabolo “osservare” indica l’osservazione visuale e ciò che ne deriva (l’osservazione con strumenti digitali quali webcam o fotocamere o C.C.D. è trattata in altri paragrafi del libro). La fisica del Sole va oltre i limiti di questo libro, comunque nei paragrafi successivi si troveranno accenni alla fisica solare.

Il telescopio ottimale per osservare il Sole è un rifrattore dotato di filtro solare, con diametro dell’obbiettivo pari a circa 100 mm (se in H alfa anche un 40 – 60 mm); per l’osservazione del Sole è più importante avere una buona lunghezza focale che un grande diametro. La montatura del telescopio deve essere di tipo equatoriale per permettere l’inseguimento del Sole, motorizzata in A.R. e declinazione.

Si possono adoperare anche i riflettori o i catadiottrici ma vista l’apertura, in genere sui 200 mm, osservare a piena apertura costerà molto e si avranno problemi con il seeing, per abbattere le spese e non essere limitati dal seeing si osserva tramite un filtro solare applicato al tappo del telescopio con apertura di 60 – 80 mm per i rifrattori.

Il filtro solare è obbligatorio per assorbire il 99,999 % della luce solare ed evitare danni agli occhi; consigliamo di adoperare i filtri solari in vetro trattati con Nichel – Cromo (Oaks tipo 2) in luce arancione, questi filtri si applicano all'estremità dell'obbiettivo; in commercio esistono anche i filtri in Mylar, in luce arancione o luce bianca, venduti ad un prezzo più economico. Sconsigliamo l'uso dei filtri o filtri da saldatore dei vetrini da saldatore o posti sull'oculare, in questo caso c'è anche il pericolo di rottura per sovra riscaldamento. Il prezzo di vendita del filtro solare a tutta apertura varia con la tipologia e con il diametro dell'obbiettivo ed oscilla fra 50 e 300 euro circa. Si può comperare un filtro di mylar al prezzo di 20 euro circa in formato A4 e costruirsi il filtro (attenzione a forarlo). Ricordarsi sempre di mettere un filtro anche sul cercatore. Fissare i filtri al telescopio con nastro adesivo per maggiore sicurezza.

Attenzione alla conservazione di filtri in mylar. La durata del mylar è in genere garantita per circa 5 anni.

Prima di osservare porre sempre una mano dietro l’oculare o il cercatore per verificare se è stato applicato il filtro! (in genere con filtri in Mylar va applicata una riduzione dell’apertura del telescopio per ridurre la quantità di luce che arriva sull’oculare.

Un altro metodo per osservare il Sole è “il metodo per proiezione” (sicuro ma caduto in parte in disuso); il metodo consiste nel proiettare l’immagine solare su uno schermo bianco posto dietro l’oculare a debita distanza. In questo caso è opportuno usare un telescopio rifrattore. La combinazione della lunghezza focale del telescopio, della lunghezza focale dell’oculare e della distanza dello schermo dall’oculare, con un’opportuna messa a fuoco permetteranno di ottenere un’immagine di grandezza opportuna ed a fuoco (la grandezza dell’immagine non deve essere troppo grande perché si perde la nitidezza dell’immagine né troppo piccola); un’immagine di diametro pari a circa 100 – 150 mm è ottimale.

Accenniamo ad un altro metodo proposto ed usato dal grande astronomi William Hershel scopritore del pianeta Urano. Il metodo consiste nell’uso del “prisma di Hershel” che intercetta e fa fuoriuscire il 95 % della luce solare, nel contempo filtra il rimanente 5% circa con un filtro posto fra il prisma e l’oculare. Il filtro in genere è un filtro a densità neutra a cui si aggiunge per sicurezza un filtro IR per l’assorbimento della radiazione infrarossa. I soli telescopi rifrattori sono idonei all’uso del prisma di Hershel.

Nell’osservazione visuale del Sole, sempre con opportuni filtri solari, si adoperano anche oculari con reticoli micrometrici mediante i quali è possibile effettuare misure del diametro solare, dei gruppi di macchie, macchie, protuberanze. L’uso dell’oculare micrometrico richiede la determinazione dl campo reale di osservazione (vedasi parte dedicata ai telescopi) e comunque da valori approssimati.

I filtri indicati per mettere in evidenza determinati particolari del Sole (oltre i filtri solari) sono:

filtro

particolari solari

rosso

macchie/penombra/filamenti

arancione

macchie/penombra/filamenti

giallo

abbatte l’aberrazione cromatica

verde

granulazione/facole

blu

facole

L’osservazione in H alfa (la riga alfa dell’idrogeno H alfa, lunghezza d’onda 656,282 nanometri, nel rosso) è magnifica ed esaltante per gli astrofili * ed è trattata in un paragrafo dedicato; si pratica anche l’osservazione nella riga del sodio.

Nota: un’osservazione particolarmente difficile, anche fotograficamente, è la rilevazione del raggio verde solare, dovuto ad un effetto atmosferico del bordo del Sole che cala sotto l’orizzonte.

* esistono varie definizioni del termine astrofilo fra cui: astronomo dilettante e amatore del cielo.

- L’utilizzo di un telescopio è indicato (comunque un buon binocolo dotato di filtri solari su entrambe le lenti può essere utile per osservare le macchie), meglio se rifrattore e dotato di montatura equatoriale tedesca o comunque motorizzata.

I filtri solari astronomici sono obbligatori siano in vetro o mylar.

La messa in stazione del telescopio va fatta di notte (per una maggiore precisione meglio se si tiene conto della differenza di tempo fra l’ora notturna della messa in stazione e l’ora diurna di osservazione); dopo la messa in stazione, il telescopio, la montatura e cavalletto non vanno assolutamente più toccati.

Si riprenderà di giorno verso le 12 – 14 circa (non osservare il Sole quando è basso sull’orizzonte).

Una buona dotazione di oculari e lenti di Barlow è sempre necessaria.

telescopio riflettore con filtro in Mylar e apertura ridotta

telescopio tipo Maksutov con filtro in vetro a tutta apertura

I.4.5 – CHE COSA OSSE

Il Sole è l’unico corpo del sistema solare in continua e rapida mutazione, per questa caratteristica il Sole è “unico” nella pratica osservativa, secondo dopo secondo, minuto dopo minuto si notano variazioni sulla sua superficie, ecc.

Diamo qui di seguito la definizione delle grandezze principali:

· linea del calcio: a lunghezza d’onda di 393,3 nm

· ciclo solare: 11 anni

· seeing: stabilità dello strato atmosferico

· corona: l’atmosfera esterna del Sole, al di là della cromosfera

· cromosfera: strato atmosferico posto oltre la fotosfera

· facola: zona luminosa della superficie solare (sembra una nube) prossima alle macchie solari o comunque nei pressi

· filamenti: protuberanze solari proiettate sulla superficie solare

· flare: enorme e veloce emissione di energia

· fotosfera: strato inferiore dell’atmosfera solare

· granulo: aspetto particolare della fotosfera come appare ad elevato ingrandimento (il granulo è la parte superiore di un tubo ascendente di gas)

· gruppo: insieme di macchie solari molto vicine

· H alfa: la riga alfa dell’idrogeno a 656,3 nm

· macchia solare: zona scura non vasta della fotosfera dovuta ai campi magnetici solari

· massimo solare: fase massima dell’attività solare (ogni 11 anni)

· minimo solare: fase minima dell’attività solare (ogni 11 anni)

· ombra: regione più scura e “fredda” delle macchie solari

· penombra: regione grigiastra a ridosso delle zone scure delle macchie

· periodo siderale: tempo di rotazione del Sole attorno al suo asse rispetto alle stelle fisse

· periodo sinodico: tempo di rotazione del Sole attorno al suo asse rispetto al pianeta Terra

· poro: zona della fotosfera molto piccola e scura, con dimensioni dell’ordine del secondo d’arco (il poro è più scuro del granulo ma più scuro dell’ombra delle macchie

· protuberanza: nube di gas al di là della fotosfera

· rotazione di Carrington: il numero di rotazioni compiute dal Sole attorno al suo asse come viste dalla Terra; le rotazioni di Carrington si contano a partire dal 9 Novembre 1853

· serie di Balmer: righe spettrali dell’atomo di idrogeno

· numero di Wolf: indice dell'attività del Sole (paragrafo I.4.6 - MACCHIE SOLARI)

Protuberanza solare “a cappio” - foto di E. Regina

Macchie solari - foto C. Rossi

I.4.6 - MACCHIE SOLARI

- Il Sole è la nostra stella e dista dalla Terra circa 150 milioni di chilometri pari a circa (1 unità astronomica è uguale al semiasse maggiore dell’orbita terrestre che è pari a 149.597.870 Km o 0,00001581 anni luce o 0,00000484 Parsec). La superficie del Sole presenta molteplici aspetti come facole, brillamenti, macchie solari, granulazione, ecc. Galileo Galilei nel "Sidereus Nuncius" annunciò al mondo di aver scoperto le macchie solari. Le macchie solari sono delle zone "fredde" della superficie solare (fotosfera) e sembra siano dovute ad un minor moto convettivo causato dalle variazioni del campo magnetico solare. Le macchie possono presentarsi singolarmente od in gruppi e la loro estensione arriva fino a 100.000. chilometri, la durata media delle macchie è pari a poche ore per le macchie più piccole e di mesi per i gruppi di macchie. Non sempre l'attività del Sole è tale da mostrare una grande quantità di macchie solari ma essa varia con un periodo medio di 11 anni (la scoperta del ciclo solare è attribuita a H. Schwabe, 1826); ad esempio nel 1997 cadde il periodo minimo ed esso si è ripetuto nel 2008 (famoso è il minimo di Maunder durante il quale non ci furono macchie sulla superficie del Sole, il minimo si registrò dal 1645 al 1715). Il campo magnetico si inverte ogni 11 anni e quindi l’intero ciclo dura 22 anni.

Carrington (1826 - 1875) dimostrò che le macchie sono confinate entro latitudini inferiori ai 45°, con variazioni della latitudine media nel ciclo undicennale.

Sulla superficie del Sole è possibile osservare saltuariamente i brillamenti, cioè un brusco e forte aumento di intensità luminosa

- Si osservi al telescopio dotato di adeguato schermo il Sole e si individuino delle macchie scure sulla superficie solare, quelle sono le macchie solari. Le macchie possono essere rilevate ad occhio nudo durante gli ultimi minuti del tramonto del Sole o con un binocolo o telescopio schermati durante la giornata.

Seguendo il movimento delle macchie è possibile stabilire il tempo di rotazione su se stesso del Sole (antiorario). Le macchie presentano la loro massima estensione quando sono nella zona centrale del Sole.

I più esperti potranno calcolare un indice dell'attività del Sole detto numero di Wolf (elaborato dallo svizzero R. Wolf nel 1852), con la seguente formula:

W = (k + S1 + S2) * (10 * G + N)

e con buona approssimazione:

W = k * (10 * G + N)

dove k è una costante che dipende dallo strumento variabile con il diametro dello strumento: 1,5 per un 40 mm, 1 per un 80 mm, 0,7 per un 160 mm, 0,6 per un 200 mm., G indica i gruppi di macchie ed N sono il numero totali di macchie presenti sulla superficie, quindi comprende sia le macchie singole che tutte quelle contenute nei gruppi.

Il valore di R può raggiungere 200 e più (attività massima). E’ importante rilevare le dimensioni delle macchie, la loro posizione ed i gruppi di macchie, questo si può fare con la fotografia astronomica od i disegni. Chi osserva il Sole può trovare sul mercato dei reticoli o griglie che applicate agli oculari permettono di dividere la superficie solare in tanti piccoli rettangoli o quadrati. Le griglie permettono di posizionare le macchie nella giusta posizione in latitudine e longitudine, dando quindi la possibilità di misurare la distanza dal centro e la posizione angolare. La griglia può essere disegnata su carta.

Una serie di dati per l’osservazione delle macchie solari ed una loro classificazione sono:

S1 trasparenza (0: sereno, 0,01: sereno/poca foschia, 0,02: sereno/foschia, 0,03: sereno/molta foschia, 0,04: sereno/nebbia, 0,05: velato, 0,06: velato, 0,15: velato I, 0,35: velato II, 0,45: velato III (si vedono solo le macchie più grandi);

S2 turbolenza (0,01: ottima, 0,03: buona, 0,05: discreta, 0,07: sufficiente, 0,09 insufficiente, 0,11 scarsa);

Classificazione gruppi (da A a J);

T.U. tempo universale;

D diametro obbiettivo;

F lunghezza focale del telescopio;

Rapp. Apert. Rapporto d’apertura;

V.O.N. Macchie visibili ad occhio nudo

ROT. Numero rotazioni, serie di rotazioni sinodiche della serie di Carrington; noto dagli almanacchi;

P.ANG. Angolo di posizione dell’estremità Nord dell’asse polare; noto dagli dagli almanacchi; l’angolo di posizione varia fra + 26° e - 26° (+ verso Est, - verso Ovest). In particolare l’asse polare è verticale il 5 Gennaio ed il 7 Luglio, la massima inclinazione si ha il 7 Marzo e 11 Ottobre.

E' utile rilevare anche la temperatura, umidità e pressione al suolo.

Aggiungiamo che osservando attentamente le macchie solari più grandi si noterà la penombra, una zona più calda attorno alla macchia; delle volte, solo con condizioni di cielo perfette, nella penombra si possono notare le fibrille cioè delle strutture radiali.

Le macchie sorgono ad Est e si muovono verso Ovest.

Un metodo alternativo per osservare le macchie è il metodo per proiezione, in pratica si proietta il disco solare su uno schermo bianco posto a valle dell’oculare. Alcuni rifrattori sono dotati del corredo di proiezione: lo schermo ed un’asta per regolare la distanza fra schermo ed oculare, infatti al variare dell’oculare e quindi dell’ingrandimento varia la grandezza del disco solare proiettato sullo schermo e di conseguenza la distanza fra schermo ed oculare.

foto E. Regina

I.4.7 –FACOLE SOLARI

- Le facole solari, scoperte nel 1611 da C. Scheiner (accanito avversario di Galileo), sono zone della superficie solare simili a nuvole la cui luminosità e brillantezza risalta sul bordo stesso del Sole. Le facole, come le macchie solari, sono più frequenti nella zona equatoriale del Sole ed hanno dimensioni dell'ordine dei 1000 - 3000 chilometri. In genere accompagnano le macchie solari ma nel contempo possono essere l'indizio per l'evoluzione di macchie o gruppi di macchie. Ottima la visione con i filtri H alfa (vedasi paragrafo dedicato).

- Per vedere le facole sulla superficie solare, come detto, c'è bisogno di un telescopio e di un filtro solare; le facole ad alto ingrandimento appariranno come chiazze chiare della superficie; le facole, delle volte sono legate alla formazione delle macchie. Le condizioni di cielo perfette permettono di osservare al meglio le facole solari; si può migliorare il contrasto con filtri blu o verdi.

Facole, macchie solari e granulazione (foto E. Regina)

I.4.8 - PROTUBERANZE SOLARI

- Le protuberanze solari sono zone superficiali del Sole che si spingono oltre la cromosfera fino a raggiungere distanze di centinaia di migliaia di chilometri dalla superficie solare e spessori dell’ordine dei 4000 - 5000 Km. La vita media delle protuberanze quiescenti varia fra alcuni giorni e 200/300 giorni. Le protuberanze eruttive raggiungono i 50000 Km di altezza e hanno corta durata (alcuni minuti od ore). Le linee guida delle protuberanze sono dovute al campo magnetico solare.

- Il periodo migliore per osservare le protuberanze coincide con l’eclisse totale di Sole; infatti in occasione dell’eclisse, le protuberanze si possono osservare al telescopio o con un binocolo. In periodi diversi dall'eclisse, le protuberanze possono essere osservate tramite una apparecchiatura chiamata coronografo (inventata dall’astronomo francese Bernard Lyot verso il 1930) che oscura la luce solare. Le protuberanze possono essere fotografate al telescopio o con teleobbiettivi, ottimi i risultati in H alfa.

Nel 1869 l’astrofisico Pierre Jansen (1824 - 1907) osservò le protuberanze grazie allo spettroscopio.

Protuberanze solari foto C. Rossi

I.4.9 - CORONA SOLARE

- La corona solare, già menzionata dallo scrittore greco Plutarco (nato a Cheronea nel 46 d.c.) nel libro “De facie in orbe Lunae apparente”, costituisce lo strato più esterno del Sole e si può osservare solo durante un'eclisse totale di Sole o tramite i coronografi. La corona raggiunge temperature dell’ordine del milione di gradi centigradi ed è costituita da gas tenui ionizzati. La corona assume una forma dissimmetrica (simile ad un'ellisse) o di cerchio quando l'attività solare è rispettivamente al minimo od al massimo.

- Il periodo migliore per osservare la corona cade durante un'eclisse totale di Sole, purtroppo la cadenza delle eclissi totali di Sole in un dato luogo sono rare e quindi per osservarle bisogna spostarsi sul globo terrestre. In presenza dell'eclisse, durante la fase di totalità, si osservi al telescopio ed attorno alla zona oscurata si noterà la corona, rilevando sia la corona interna che quella esterna. Durante un eclisse totale di Sole è possibile vedere anche i grani di Baily, cioè punti o piccole zone luminose dovute al profilo lunare dentellato (furono scoperti dall’astronomo Francis Baily).

La corona nell'eclissi totale di Sole Lago Balaton 1999

I.4.10 - ECLISSE DI SOLE

- L'eclisse * di Sole è un fenomeno astronomico conosciuto fin dall'antichità (le eclissi di Sole furono registrate già nei primi millenni a.c. dagli astronomi babilonesi e cinesi; la prima predizione di un'eclisse di Sole è attribuita a Talete di Mileto; essa consiste nel calo della luminosità provocato dal frapporsi della Luna fra la Terra ed il Sole.

In pratica la Luna intercetta la luce solare inviata sulla Terra provocando su di essa delle zone d'ombra. L'eclisse di Sole si verifica quando la Luna si trova nella fase di Luna nuova (Luna invisibile) e in uno dei nodi (discendente o ascendente), quindi l'eclisse di Sole dovrebbe avere una cadenza semestrale, in realtà cade ogni 173 giorni a causa di un complesso fenomeno detto retrogradazione dei nodi (i nodi lunari si spostano, in anticipo, di circa 19 gradi all'anno e quindi il Sole impiega meno di 180 giorni per ritornare nello stesso punto). La frequenza media delle eclissi di Sole è di circa 2, 3 all'anno, per un massimo di 5 ed un minimo di 2. Le eclissi di Sole sono visibili di volta in volta da zone diverse del pianeta. La durata massima della totalità è di circa 7 minuti. La prossima eclisse totale di Sole visibile dall’Europa cadrà nel 2081. L'ultima eclisse totale visibile in Europa è stata quella del 11.8.1999 (la totalità non è stata visibile dall’Italia); con l'occasione numerosi astrofili si sono recati in Ungheria sul lago Balaton o in Francia od Austria), la durata media della totalità è stata di circa 2 minuti e 20 secondi. Un altra eclissi recente è quella che fu visibile in Cina in occasione dell’eclissi totale di Sole del 2009.

Il 20 Marzo si è verificata un'eclissi parziale di Sole in Italia; sotto foto dell'autore in H alfa con telescopio Lunt da 60 mm.

* La definizione di eclissi è la seguente: scomparsa temporanea di un astro dovuta al passaggio nell'ombra di un altro astro.

In questo caso Luna intercetta la luce solare inviata sulla Terra provocando sulla Terra una zona d'ombra. La Luna interponendosi fra il Sole e la Terra intercetta la luce solare che non arriva più a noi (per m e salvo luce diffusa o della corona) in quanto tale luce è bloccata dalla faccia nascosta della Luna o meglio da quella parte di Luna che durante l'eclissi non è visibile dalla Terra. Il fenomeno è rappresentato dalla figura sottostante dove è mostrato in c