Il Sole - Come funziona

Il suo cuore ha infinite reazioni: produce in ogni istante l'energia di 400 milioni di centrali nucleari

Il Sole, come tutte le stelle, si mantiene a spese della sua massa. Cioè non attinge ad una fonte esterna di energia ma brucia se stesso con tutta la potenza della fusione nucleare. Da quattro miliardi e mezzo di anni il Sole ha smesso di consumare deuterio (simile all'idrogeno ma con un neutrone in più) e ha iniziato a "mangiarsi" l'idrogeno. Una volta si pensava invece che il Sole potesse sviluppare energia grazie alla contrazione gravitazionale: alcuni calcoli dimostrarono così che la nostra stella avrebbe avuto soltanto 30 milioni di anni, risultando così assai più giovane della Terra!
Per lungo tempo gli scienziati non seppero come risolvere questo evidente paradosso. La soluzione arrivò con gli sviluppi della fisica subatomica e la scoperta delle reazioni nucleari. Tra le quali la fusione è la vera fonte di energia del Sole.

Il centro della nostra stella ha una temperatura di 15 milioni di gradi centigradi ed una pressione di 250 miliardi di atmosfere: le condizioni ideali per lo sviluppo delle reazioni nucleari che fondono i protoni (cioè i nuclei di idrogeno) l'uno nell'altro dando luogo ad altri nuclei. Le collisioni violente fra nuclei però non sono sufficienti a spiegare il fenomeno. Perché le due particelle, entrambe cariche positivamente, devono vincere la repulsione elettrica e avvicinarsi fino a quando non prevalgano le forze nucleari attrattive, le stesse che tengono insieme protoni e neutroni della materia che ci circonda. Questa distanza deve essere dell'ordine dei 10 elevato -15 metri. E c'è una probabilità bassissima che il protone abbia, all'interno del Sole, un'energia sufficiente per avvicinare così tanto un proprio gemello. Però ogni tanto accade.

Quello che si verifica viene chiamato effetto tunnel. Si verifica cioè un fenomeno di probabilità quasi nulla, come quella che ha un carrellino di passare attraverso una montagna priva di tunnel. La reazione sviluppa una grande energia: dalla fusione di quattro nuclei di idrogeno (cioè 4 protoni) il Sole ottiene un nucleo di elio (due protoni e due neutroni) più due elettroni di carica positiva (positroni) e due neutrini (particelle prive di carica). La differenza di massa che c'è fra gli ingredienti iniziali ed il risultato della cottura nucleare, si ritrova in energia di movimento (cinetica) delle nuove particelle, in raggi gamma e in neutrini. Le prime due forme di energia contribuiscono al riscaldamento dell'ambiente attraverso collisioni e assorbimenti da parte della materia solare, mentre l'energia dei neutrini viene perduta per sempre. Queste particelle infatti hanno una bassissima probabilità di scontrarsi con un nucleo: per loro la materia è praticamente trasparente, per cui attraversano il Sole praticamente indisturbati e si lanciano verso il cosmo ma anche verso la Terra che riceve, su ogni centimetro quadrato, ben 60 miliardi di neutrini al secondo.Questo però è il valore teorico, perché le particelle più sfuggenti dell'Universo sono state intrappolate da vari apparati sperimentali in misura molto inferiore: solo un terzo della quantità che ci si aspettava. Dove sono i neutrini mancanti ?

Forse qualcosa di sbagliato nelle ipotesi che riguardano le reazioni nucleari del Sole. La temperatura al centro potrebbe essere un po' più bassa e quindi l'attività di fusione nucleare è minore di quella calcolata fino ad ora. Oppure i neutrini cambiano la loro "personalità" durante il viaggio Sole-Terra, trasformandosi da neutrini solari a neutrini muonici o tauonici. Il 5 giugno 1998, alcuni ricercatori giapponesi hanno annunciato che è stata dimostrata l'ipotesi, avanzata in passato dal fisico italiano Bruno Pontecorvo, secondo cui i neutrini possono trasformarsi in tre tipi diversi mentre si muovono nello spazio o nella materia. Come ha dimostrato l'esperimento giapponese "Super Kamiokande", in una miniera a mille metri di profondità, utilizzando come rilevatore un serbatoio di 50'000 tonnellate d'acqua, dove i neutrini provenienti dai raggi cosmici vengono captati e misurati. La conferma dell'oscillazione dei neutrini tra i tre tipi implica fra l'altro che queste particelle avrebbero una massa.

Einstein aveva ragione

Le reazioni di fusione nucleare che fanno brillare il Sole sono la dimostrazione più eloquente della trasformazione di materia in energia, prevista da Einstein nella teoria della relatività. In queste reazioni quattro nuclei di idrogeno (quattro protoni) si fondono per formare un nucleo di elio (composto da due protoni e due neutroni). Poiché un nucleo di elio ha una massa minore di quella di quattro nuclei di idrogeno, si ha una trasformazione di massa in energia. Quando da quattro nuclei di idrogeno si forma un nucleo di elio c'è una perdita di massa di 0,0287 masse atomiche, trasformata in energia.

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