Rotazione differenziale del sole

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Come è noto il periodo di rotazione della fotosfera osservabile direttamente, diminuisce procedendo dalle regioni polari del Sole (circa 35 gg) verso l’equatore (27 gg 6 hh 36 mm).

Il profilo di rotazione della superficie solare puo essere approssimato dalla funzione:

ω = A + B sin2(φ) + C sin4(φ)

Dove ω è la velocita angolare in gradi/giorno e φ la latitudine solare. Le tre costanti A, B e C valgono rispettivamente:

A = 14.713 deg/day (± 0.0491)
B = –2.396 deg/day (± 0.188)
C = –1.787 deg/day (± 0.253)

Tale funzione è rappresentata graficamente dalla figura quì a lato.

La linea azzurra rappresenta il profilo della velocita tangenziale in funzione della latitudine di una superficie sferica rigida, che ruoti con velocità angolare costante  intorno al proprio asse, mentre quella  arancione rappresenta il profilo di velocità (tangenziale) della superficie solare.

La  massima  differenza di velocita di rotazione della superficie del sole rispetto alla superficie  di un corpo rigido, come si evidenzia nel diagramma successivo, si ha intorno ai 59° di latitudine nord e sud.

Il fenomeno della rotazione differenziale della superfice puo essere ulteriormente indagato utilizzanzo i dati eliosismografici che permettono, attraverso un processo che si chiama Inversione, di ricostruire l’andamento della velocità di rotazione al disotto della superfice solare.

Il grafico successivo indica questo andamento a diverse latitudini, in funzione del raggio solare.
sunrot.jpg

L’eliosismologia, che è un mezzo molto potente per indagare all’interno del nostro sole, ci mostra che, ad eccezione di un piccolo strato superficiale, il periodo di rotazione , é indipendente dalla latitudine e dalla profondità procedendo dal centro del Sole verso la superficie, almeno fino ad una distanza pari a circa 0.7R dove si evidenzia una zona di discontinuita (tachocline). Questa zona viene considerata la parte bassa della zona convettiva. Da quì in poi la velocità di rotazione cambia in funzione della latitudine e della profondità.

Questo comportamento, particolare tanto in superficie quanto in profondita è uno dei tanti misteri che ancora la scienza non è riuscita a spiegare. Se il Sole, come propone il Modello Standard fosse una palla di gas infuocato la cui densità e temperatura aumenta progressivamente dalla periferia al centro, la velocità angolare di ogni particella di gas sulla superficie dovrebbe essere mediamente costante e quindi non dovremmo osservare nessuna rotazione differenziale.

Nel modello proposto da Boscoli, la rotazione differenziale del Sole è legata al fatto che il nostro sole é dotato di un nucleo solido, che ruotando molto velocemente all’interno del sole, produce un effetto di trascinamento del plasma nella parte equatoriale della fotosfera.  Questo effetto sarebbe causato dalla attrazione gravitazionale e dalla pressione radiativa che il nucleo esercita sulla superficie interna della zona convettiva. La rotazione differenziale suggerirebbe inoltre che il nucleo del Sole possa essere una sfera più o meno schiacciata ai poli.

internal_rotation_mjt
Profilo di velocità esteso all’interno del sole. La linea trattegiata indica il limite della zona convettiva (0.7 Rs) entro la quale la velocità di rotazione è uniforme. (http://solarscience.msfc.nasa.gov)

I dati di velocità ricavati alla superficie del Sole, potrebbero contribuire alla determinazione geometrica e alla caratterizzazione di questo ellissoide di rotazione che forma il nucleo del nostro Sole. A tutti quelli che vogliono provare a calcolare analiticamente questo effetto auguro un buon lavoro sperando che vogliano contribuire, insieme a me, ad un ulteriore approfondimento di questo argomento.

Tuttavia, come ho ipotizzato nel capitolo Macchie solari e Campo magnetico, la rotazione differenziale potrebbe essere dovuta in parte anche all’effetto di trascinamento della zona di plasma interessata dal campo magnetico polare del nucleo.

Per quanto riuarda i dati eliosismografici vorrei fare alcune considerazioni:

Come è noto, i modi di oscillazione della superficie solare sono generati dalla pressione, da cui il nome “p-mode”. La loro dinamica è determinata dalla propagazione della velocità del suono all’interno del sole. Daltra parte la velocità del suono è determinata dalle caratteristiche fisiche del Sole, pressione, temperatura, materiale costituente e così via. Questi ultimi parametri sono stimati partendo ovviamente dal Modello Solare Standard, che è attualmente l’unico modello disponibile. Nel processo di inversione, attraverso il quale riusciamo a calcolare la velocita di rotazione della parte interna del sole, imponiamo inoltre che sia la  pressione, cosi  come la temperatura e la densità  abbiano un andamento via via crescente e senza soluzione di continuità, procedendo dalla superficie verso il centro del sole. Per questo motivo l’andamento dell’indice di rifrazione porta ad una semplificazione di percorsi delle onde acustiche come indicato nella figura qui a lato.

Supponiamo invece che la zona convettiva formi un guscio intorno al nucleo rotante del sole, spesso pressappoco 0.3 Raggi solari, spessore coincidente con quello rilevato dalle discontinuita delle curve di inversione eliosismografica. Come si vede dal grafico quì  accanto, che rappresenta la differenza fra velocita di propagazione del suono misurata e quella  del modello, in funzione del raggio solare, l’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga l’onda acustica all’interno del sole, dopo un tratto abbastanza regolare partendo dalla superficie solare, subisce una brusca variazione in prossimita della zona che, come abbiamo già detto, viene considerata la base della zona conduttiva.

La domanda è la seguente: Se all’interno di questa guscio convettivo si trovasse una zona vuota di materia, come previsto dal modello di boscoli, e si reinterpretassero i dati eliosismografici considerando questa nuova configurazione geometrica del sole cosa cambierebbe, per esempio, nei risultati ottenuti con il metodo dell’inversione? L’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga il suono subirà, in questa zona, una brusca variazione dovuta alla discontinuita del mezzo, e le onde acustiche che si propagano più in profondità, subiranno perciò  una riflessione verso la superficie, seguendo dei cammini diversi da quelli stimati se si considera il sole del Modello Standard.  Ovviamente l’analisi eliosismografica non permetterebbe  assolutamente di penetrare oltre questa zona del sole poiche nessuna onda acustica supererebbe tale barriera.

Non ho molto altro da dire, per ora, tuttavia spero che qualcuno prenda sul serio queste ipotesi, che attendono, come le altre presentate su queste pagine, una verifica teorica e sperimentale.

Buon lavoro a chi ha voglia di pensarci su!

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