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Per centinaia di anni, dai tempi delle misurazioni di Tolomeo al sedicesimo secolo, in tutto il mondo occidentale si credeva che la Terra fosse il centro dell’Universo. Le stelle, i pianeti, la luna ed il Sole ruotavano attorno al nostro globo terracqueo, illuminandolo di luce e di calore.

Solo con la rivoluzione operata da Niccolò Copernico, nel sedicesimo secolo avanzò in maniera determinante l’idea che fosse il Sole ad essere al centro, e la Terra a ruotargli attorno; ma ancora più importante fu la scoperta da parte di un astronomo italiano, Galileo Galilei, delle macchie solari. Piccoli punti neri sulla superficie del nostro astro minarono l’idea di un sistema perfetto di corpi sferici ed immutabili ancora più profondamente di quanto non avesse fatto Copernico.
Con le loro scoperte, questi due astronomi hanno aperto la strada ad una serie di concetti sempre più audaci, che con il tempo hanno rivelato quanto stelle, pianeti e lune siano collegati nel concerto cosmico.
Questa storia narra di un viaggio straordinario, iniziato quattro miliardi e mezzo di anni fa; da una nuvola di polvere cosmica è cominciata la crisi che ha portato alla nascita di un astro giallo, e alla creazione di un’impero di pianeti, lune e asteroidi…

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Le Braci dell’Oceano Cosmico

All’inizio non c’era il nulla, ma il gas e la polvere. Una nebulosa stellare, simile a molte altre che popolano la nostra galassia, si estendeva a circa due terzi della distanza dal centro, orbitando placida; essa conteneva abbastanza materia per creare diversi astri come il nostro, ma distribuita in un volume talmente vasto da rendere la sua concentrazione bassissima: qualche migliaio (e forse fino ad un milione) di molecole per centimetro cubo, un vuoto più spinto di molti prodotti in laboratorio. La maggior parte del materiale era composto da idrogeno molecolare, un gas in cui gli atomi sono accoppiati e formano molecole semplici, e da una notevole percentuale di elio, oltre a tracce di elementi più pesanti, come carbonio ed ossigeno, volatili e dispersi nel vuoto.
Anche con una concentrazione così bassa, le nebulose stellari era un oggetto assai instabile, pronta a disfarsi al minimo accenno; e l’anno zero del sistema solare fu quello in cui una perturbazione gravitazionale, forse l’esplosione di una stella massiccia, causò il collasso della nube, provocando l’aggregazione della materia in globuli più densi, come accade per il caglio nel latte.

Le esplosioni di stelle molto massicce, le Supernove, sono tra gli eventi più violenti delluniverso, capaci di produrre terremoti cosmici su scale immense. Unaltra causa per il collasso iniziale della nube potrebbe essere stato un Gamma-Ray-Burst, incredibili eruzioni di energia che avvengono durante le formazioni dei buchi neri. Uno di essi avrebbe forse giocato un ruolo importante nei primordi della vita sulla Terra.

Mano a mano che la loro massa andava aumentando, la luce diffusa non riusciva più a penetrare i globuli, che così iniziarono ad apparire sempre più opachi e scuri nell’oceano cosmico, prima alla luce visibile, poi anche a quella infrarossa.

La nebulosa collassata si sarebbe concentrata in globuli più densi, che avrebbero intrappolato la luce delle stelle nella galassia. Appena due milioni di anni dopo lanno zero, la nebulosa avrebbe avuto laspetto di migliaia di grumi opachi in un mare di stelle.

Uno di questi globuli iniziò poi a contrarsi ancora, e ancora, sotto la spinta della sua stessa gravità, aumentando ancora la propria concentrazione, prima nelle regioni più interne, dove la stretta gravitazionale era più forte, e poi in quelle più esterne, che si contrassero più lentamente.  Con la densità, iniziò ad aumentare anche la temperatura, salendo lentamente dal gelo del vuoto a diverse centinaia di gradi, un bozzolo nero con al centro un nucleo caldo e pulsante, l’embrione del Sole. Dopo alcune migliaia di anni, il globulo raggiunse una dimensione simile a quella dell’attuale orbita di Plutone, e proprio in questo momento, al suo centro, l’evoluzione del sistema solare stava facendo un altro passo in avanti: il nucleo del globo di gas e polveri aveva raggiunto i 10.000 gradi, una soglia oltre la quale le molecole di idrogeno iniziano a produrre abbastanza luce e calore da esercitare ondate di radiazioni capaci di rallentare la contrazione della nebulosa, impedendo all’energia di fuggire così facilmente ed aumentando in maniera esponenziale la temperatura, oltre a dare una forma definita al globulo irregolare, quella di un’enorme sfera. Le stesse radiazioni stavano anche accendendo il nucleo, che così iniziò a brillare debolmente nel vuoto cosmico; le perturbazioni causate da queste trasformazioni cominciarono a far ruotare su se stessa la nube solare, che era ormai diventata una prostella – il feto di un astro adulto.
La rotazione marcò un altro elemento importante nell’evoluzione del Sole, concentrando la materia più lenta e densa al centro e quella più rapida e volatile ai margini, allo stesso modo in cui un nastro si avvolge più velocemente attorno ad un dito tanto più diminuisce la sua lunghezza. Così che nel corso di altri 100.000 anni, la nebulosa si era trasformata in una spirale, con al centro un cuore rosso che si contraeva e riscaldava sempre di più, fino a quando le radiazioni divennero talmente intense ed energetiche da spazzare via le propaggini interne della nube e mostrare per la prima volta il neonato Sole all’occhio nudo dell’universo.

In altri 100.000 anni, la nube sferica si sarebbe appiattita ed avrebbe assunto la forma di una spirale, con un caldo cuore al centro che continuava ad inghiottire materia. Ai confini esterni della spirale, il materiale residuo si andava addensando in altri globi, che avrebbero poi prodotto i pianeti.

Nel successivo milione di anni, il Sole continuò a contrarsi, diminuendo sempre più il suo raggio ed aumentando sempre più luminosità e temperatura, fino al punto in cui il nucleo raggiunse alcuni milioni di gradi, divenendo una stella a tutti gli effetti. Ma prima di raggiungere la maturità, il Sole avrebbe dovuto affrontare la fase più violenta della sua creazione, la Fase T-Tauri.
Nominata come alcune stelle della costellazione del Toro, la fase T-Tauri avrebbe segnato la nascita della vera attività solare, sorretta in un primo momento dall’enorme campo magnetico che la nostra stelle possedeva in questo momento. I residui del movimento a spirale, infatti, avevano lasciato al Sole una velocità di rotazione molto elevata, circa quattro volte quella attuale (una volta ogni otto giorni anziché una volta ogni 30 giorni), e questo provocava dei moti convettivi nel plasma (gas i cui atomi hanno perso elettroni, ad altissima temperatura); a loro volta creavano enormi campi magnetici, che attiravano lungo le linee di campo materia dai residui del disco planetario attorno al sole, riducendolo e generando incredibili esplosioni quando essa si combinava con quella del Sole.

Un brillamento nel Sole attuale; il plasma segue le linee di campo magnetico, e può raggiungere dimensioni immense, come in questo caso: il disco scuro è il Sole stesso. Ma i brillamenti della fase T-Tauri sarebbero stati assai più estesi ed energetici, eruzioni solari di potenza devastante, che avrebbero spazzato anche le orbite dei pianeti esterni.

La tremenda attività magnetica rendeva la stella alcune volte più grande e più luminosa di quella attuale, con le regioni più fredde e scure delle macchie assai più estese, formando dei “mari” nerastri sulla superficie rossastra del giovane Sole.
Verso la fine della fase T-Tauri, le reazioni raggiunsero uno stadio particolare e iniziato a creare un flusso di particelle cariche, ad altissima energia, che si sarebbe disperso nello spazio: il vento solare.
Esso, assieme ai fasci polari, portò con sé buona parte della massa originale del Sole, e spazzò via il residuo del guscio della nebulosa planetaria; questo, come vedremo, avrebbe avuto un effetto determinante sulla formazione del pianeti.

Circa tre milioni di anni dopo il collasso della nebulosa, durante lintensa fase T-Tauri, il Sole avrebbe continuato ad attrarre energia dal disco interplanetario, aumentando ancora la sua massa. Sarebbe apparso alcune volte più grande di quello attuale, e molto più luminoso, brillando di un rosso intenso nel vuoto cosmico. Il neonato vento stellare avrebbe concentrato la sua energie in due fasci opposti ai poli della stella, e spazzato via i residui della nube originaria.

Nei successivi milioni di anni (tra i trenta e i cinquanta), il Sole continuò la sua contrazione, aumentando così il calore intrappolato, e la sua attività interna a passare ad una diversa matrice, da quella magnetica a quella nucleare. Raggiunta la temperatura limite di circa quindi milioni di gradi, (che è ancora la temperatura odierna del nucleo) nel centro del Sole gli atomi di idrogeno cominciarono a muoversi ad una velocità tale che, ad ogni collisione da loro, si fusero e produssero un atomo di elio, elemento più pesante. Assieme all’elio, si generava però un’enorme quantità di energia, che nel suo tentativo si espandersi verso l’esterno bloccava la spinta alla contrazione della stella, raggiungendo un equilibrio che dura da miliardi di anni.
Questo equilibrio viene chiamato Sequenza Principale – ed è il periodo di vita stabile, che per un astro come il Sole, dura circa dieci-dodici miliardi di anni; la nostra stella ha ancora quindi più di metà della sua vita davanti, più di metà del suo combustibile principale da bruciare.

Dopo cinquanta milioni di anni, la nebulosa interstellare avrebbe cominciato un lungo viaggio come stella. Per i successivi dieci-dodici miliardi di anni, questo sarebbe stato l'aspetto stabile del nostro Sole, una stella gialla, attiva e dispensatrice di luce e calore.

Ma, accanto al Sole pienamente formato, altri corpi stavano nascendo, a distanze variabili, in orbite differenti. Alcuni minuscoli punti rocciosi, altri enormi giganti di gas. La struttura portante della formazione stellare – la concentrazione di materia – si stava ripetendo.

In questi quattrocento anni, lo studio di Copernico e Galileo ha dato il via a mostrare l’incredibile viaggio della formazione del nostro Sole; e la ripetizione su diverse scale dello stesso meccanismo di concentrazione della spirale… nella nostra galassia, con i bracci a spirale, nella formazione del nostro astro, con la nebulosa planetaria, e, come vedremo, anche nei pianeti, mostra una struttura di fondo, che è quella delle leggi della fisica. Il mulinello nella vasca da bagno, i vortici marini, i venti dei cicloni e dei tornado, sono tutti collegati alle manifestazioni più grandi della forza della natura, come le galassie. La scienza, nel corso dei secoli, ci ha mostrato un mondo più incredibile, più misterioso e più vasto di quello immaginato da Tolomeo o da Aristotele. Un mondo infinite volte più bello, un mondo tenuto assieme dal filo di leggi immutabili.

La fisica ci rende uniti.

Con il prossimo articolo, vedremo ancora questo meccanismo di formazione, ed i diversi effetti che ha provocato, creando centinaia di mondi; ciascuno il riflesso del proprio Sole, ciascuno unico nella propria bellezza.

Approfondimenti

Potete trovare le nebulose planetarie anche su Wikipedia; per sapere di più sulla formazione del Sole, potete visitare la stessa pagina su Wikipedia, che poi si rifà alla più generale ipotesi nebulare, che risale persino a Kant. Se volete vedere alcune immagini stupende del Sole, l’archivio Soho fa al caso vostro – recentemente, poi, grazie a rilevazioni via satellite siamo riusciti ad ottenere le prime immagini in 3-D della nostra stella. Uno spettacolo davvero meraviglioso.

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