Come funziona il Sole (5/16)
La costante che costante non è
Per trovare il numero dei ‘vincitori’ in questa festa delle lotterie, per sapere cioè quanto idrogeno ogni secondo, nel nucleo del Sole, entra in reazioni di fusione nucleare producendo elio ed energia, dobbiamo prenderla un po’ alla lontana, partendo dalla cosiddetta costante solare. Si definisce così l’intensità totale della radiazione solare che colpisce perpendicolarmente la sommità dell’atmosfera terrestre. Si misura in watt per metro quadro e la rilevazione viene fatta, dal 1978, per mezzo di satelliti dotati di appositi radiometri.
Secondo le più recenti misurazioni, che hanno corretto un difetto per eccesso dovuto a problemi di dispersione della luce nei rilevatori usati da alcuni satelliti, la costante solare equivale a 1361 W/m². Ogni secondo, cioè, un metro quadro alla sommità dell’atmosfera terrestre riceve dal Sole 1361 J di energia radiante. Circa il 7% di questa energia è luce ultravioletta, il 41% luce visibile, il 51% radiazione nel vicino infrarosso, quel poco che resta radiazione emessa in altre frequenze dello spettro.
Va detto, per amor di precisione, che la costante solare non è affatto una costante. Il nome è rimasto come retaggio di un tempo precedente l’uso dei satelliti, nel quale la misurazione era fatta da terra e le variazioni rispetto alla media, calcolata all’epoca in circa 1366 W/m², era attribuita all’imprecisione delle rilevazioni piuttosto che a variazioni nell’intensità della radiazione solare.
Dall’uso dei satelliti in poi, è stato invece accertato che l’irradiazione solare misurata alla sommità dell’atmosfera terrestre varia da un giorno all’altro, da un’ora all’altra, persino da un minuto all’altro. Per questo negli studi astronomici si parla oggi di total solar irradiance (TSI), cioè irradiazione solare totale, piuttosto che di costante solare.
Le variazioni di breve termine, quelle su scale temporali minori di un giorno, sono dovute per lo più allo spostamento di celle di convezione sulla fotosfera del Sole, che interessano strutture chiamate, a seconda della grandezza, granuli, mesogranuli e supergranuli. Uno studio del 2012 ha poi identificato tre componenti cicliche di medio e lungo termine, che concorrono a determinare la variazione della TSI, misurata comparando le rilevazioni satellitari sull’arco di tre decenni:
- la prima componente è la rotazione delle strutture magnetiche sulla superficie solare, legata spesso a macchie solari e gruppi di macchie solari.
- La seconda componente, di durata annuale, è probabilmente un effetto dell’inclinazione dell’orbita terrestre rispetto al Sole. La congettura indicherebbe, se confermata, che l’irradiazione solare non è uniforme, ma varia con la latitudine (solare, non terrestre).
- La terza e ultima componente è invece il noto ciclo di undici anni che influenza l’attività solare e le cui manifestazioni vengono monitorate da ormai 400 anni.
Quel che è importante notare, ai fini della nostra ricerca sull’energia emessa dal Sole, è che la costante solare, pur non essendo una vera costante, ha comunque margini di variazione davvero piccoli, mai superiori allo 0,5%. Se si scorrono i dati dell’irradiazione solare totale, misurati dal 1976 al 2015 (opportunamente corretti al ribasso), su circa 14.500 giorni monitorati la stragrande maggioranza dei valori cade tra 1360 e 1361 W/m².
