Scuola e Cultura - Ottobre 2012 - scuola e cultura - rivista

Ottobre 2012
sistema ottico formato essenzialmente da un prisma
e da una lente convergente) con una sorgente di luce
bianca si ottiene uno spettro “continuo”, costituito
cioè da una successione continua di immagini
monocromatiche della fenditura. Se al posto della
sorgente di luce bianca mettiamo un’ampolla
contenente un particolare gas - per es. sodio - lo
spettro continuo è scomparso e appaiono due forti
righe nel giallo, più varie altre molto più deboli. Se
invece del sodio mettiamo dell’idrogeno nell’ampolla
lo spettro è costituito da una forte riga nel rosso, una
poco più debole nel verdazzurro, un’altra nell’azzurro,
un’altra nel blu violetto, un’altra nel viola appena
percepibile dai nostri occhi. Se rimettiamo la sorgente
di luce bianca e fra essa e la fenditura dello
spettroscopio rimettiamo l’ampolla col gas sodio
ritroviamo lo spettro continuo dal rosso al violetto, ma
con due forti righe scure nel giallo. Kirchhoff ne
dedusse che tutti i corpi sono in grado di assorbire le
stesse radiazioni che sono in grado di emettere. Era
la chiave per capire qual era la composizione chimica
delle stelle. La radiazione proveniente dall’insieme di
strati più profondi e più caldi dava luogo allo spettro
continuo mentre gli strati superficiali più freddi e
rarefatti assorbivano la radiazione alle lunghezze
d’onda tipiche di ciascun elemento. Poiché le stelle
più calde mostravano in prevalenza righe di
assorbimento dell’idrogeno e elio, mentre quelle più
fredde come il Sole deboli righe di idrogeno mentre
erano dominanti le righe degli atomi metallici, si
cominciò a parlare di stelle a elio, stelle a idrogeno,
stelle metalliche. E’ stato solo nel '900 che si è capito
che un dato atomo può emettere o assorbire luce
solo in certe condizioni di temperatura e densità, e
come dimostrò Cecilia Payne Gaposchkin (1900-
1979) la composizione chimica delle stelle è molto
uniforme con una grande prevalenza di idrogeno ed
elio, il primo costituendo circa il 70% della massa,
mentre fra il 27 e quasi il 30% è costituito da elio,
mentre gli altri elementi contribuiscono con
percentuali comprese fra il 3% e lo 0,3%. Quelle più
povere di elementi più pesanti di idrogeno ed elio
sono quelle di più antica formazione, circa 13 miliardi
di anni fa e sono la prova della evoluzione chimica
della Galassia.
Nel nocciolo centrale delle stelle la temperatura
Il Sole
raggiunge valori di parecchi milioni e anche decine di
milioni di gradi e a quelle temperature avvengono
reazioni nucleari che trasformano l’idrogeno in elio e
che sono la fonte dell’energia irraggiata dalle stelle.
Queste reazioni modificano la struttura interna della
stella. E’ possibile calcolare come queste modifiche
fanno invecchiare la stella, i tempi che la stella
trascorre nelle varia fasi della vita e come finisce, il
tutto dipendendo dalla massa iniziale: stelle aventi
massa almeno venti volte quella del Sole hanno una
vita “breve” di pochi milioni di anni e finiscono in
modo esplosivo, dando origine a “una supernova”, e
arricchendo il mezzo interstellare degli elementi che
hanno sintetizzato nel loro interno, mentre stelle
come il Sole hanno una vita di circa 10 miliardi di
anni e una fine molto più tranquilla.
Oggi il Sole ha un’età di circa 5 miliardi di anni, come
si ricava anche dalla Terra, età 4 miliardi e 600
milioni di anni. In questo tempo nel centro del Sole,
dove la temperatura è di 13 milioni di gradi, l’idrogeno
si trasforma in elio liberando l’energia che fornisce
luce e calore alla Terra.
Ma fra altri 5 miliardi di anni quando tutto l’idrogeno
del centro si sarà trasformato in elio, l’elio alla
temperatura di 13 milioni di gradi è inerte, non è in
grado di trasformarsi in carbonio, e il Sole resta privo
di fonti energetiche. Allora la temperatura del centro
diminuisce. Ciò significa che la velocità d’agitazione
termica delle particelle diminuisce e non è più in
grado di opporsi alla forza di gravità che tende a
comprimere la massa di gas che costituisce il Sole.
La compressione fa aumentare la temperatura del
centro che raggiunge i 100 milioni di gradi. A questa
temperatura l’elio è in grado di trasformarsi in
carbonio producendo energia nucleare. Si potrebbe
dire che il Sole ha una seconda giovinezza. Però
l’energia nucleare liberata è tanto maggiore quanto
maggiore è la temperatura. Se a 13 milioni di gradi il
Sole produceva energia tale da mantenere sulla
Terra condizioni adatte alla vita, a 100 milioni
produrrà una tale quantità di energia che per non
esplodere dovrà espandere, aumentando il suo
raggio di circa 200 volte. Allora saranno guai per la
terra. Oggi il raggio del Sole è 700000 km;
l’espansione lo porterà a 700000x200 = 140 milioni di
km, e la Terra orbita a 150 milioni di km. Quindi il
Sole, dopo avere inghiottito Mercurio e Venere,
lambirà la superficie della Terra rendendola un arido
deserto incandescente. E questa sarà la fine della
vita sulla Terra, fra 5 miliardi di anni. Il Sole sarà
diventato quello che gli astronomi chiamano “una
gigante rossa” per le sue dimensioni e perché
l’espansione raffredda la temperatura superficiale
che dagli attuali 5700 gradi kelvin scende a 3000 e il
colore del Sole da giallastro diventa rossastro. Poi
nel corso di centinaia di milioni di anni la rarefatta
atmosfera solare andrà lentamente evaporando nel
mezzo interstellare e ciò che resterà del Sole sarà il
nocciolo centrale piccolo e caldo, con raggio
paragonabile a quello della Terra, temperature di
molte decine di migliaia di gradi, e perciò detto “una
nana bianca”, un pallone di gas torrido, senza più
fonti d’energia ma che andrà lentamente
raffreddandosi.
Margherita Hack
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