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O Sol

Por John FinniePostado em Postado em Ciências da Terra

Objectivos da aula

  • Descrever as camadas do Sol.
  • Descrever as características da superfície do Sol.

Vocabulário

  • cromosfera
  • zona de convecção
  • corona
  • fusão nuclear
  • fotão
  • fotosfera
  • plasma
  • zona radiativa
  • erupção solar
  • proeminência solar

Introdução

Considere a Terra, a Lua e todos os outros planetas e satélites do sistema solar. A massa de todos esses objectos juntos representa apenas 0,2% da massa total do sistema solar. O resto, 99,8% de toda a massa do sistema solar, é o Sol!

O Sol ( Figura Esta estrela próxima fornece luz e calor e sustenta quase toda a vida na Terra.

O Sol.

Camadas do Sol

O Sol é uma esfera, composta quase inteiramente pelos elementos hidrogénio e hélio. O Sol não é sólido nem um gás típico. A maioria dos átomos do Sol existe como plasma O gás é um quarto estado da matéria, constituído por gás sobreaquecido com carga eléctrica positiva.

Estrutura interna

Como o Sol não é sólido, não tem um limite exterior definido, mas tem uma estrutura interna definida com camadas identificáveis ( Figura De dentro para fora são:

As camadas do Sol.

  • O núcleo central do Sol é um plasma com uma temperatura de cerca de 27 milhões deoC. A temperaturas tão elevadas, o hidrogénio combina-se para formar hélio por fusão nuclear Esta energia move-se para o exterior, em direção às camadas exteriores do Sol. A fusão nuclear nas estrelas é abordada mais detalhadamente no Estrelas, galáxias e o universo capítulo.
  • O zona radiativa A energia libertada no núcleo viaja muito lentamente através da zona radiativa. Uma partícula de luz, chamada fotão O fotão viaja apenas alguns milímetros antes de atingir outra partícula, sendo absorvido e depois libertado novamente. Um fotão pode demorar até 50 milhões de anos a percorrer toda a zona radiativa.
  • No zona de convecção O material quente da zona radiativa sobe, arrefece à superfície do Sol e volta a descer para a zona radiativa. O movimento convectivo ajuda a criar erupções solares e manchas solares.

O primeiro vídeo descreve os conceitos básicos do nosso Sol, incluindo a forma como é alimentado por reacções nucleares (1e) : //www.youtube.com/watch?v=JHf3dG0Bx7I (8:34).

O segundo vídeo aborda os poderes do Sol e a sua influência na Terra e no resto do sistema solar (1e) : //www.youtube.com/watch?v=S6VRKKh6gyA (8:25).

//youtube.com/watch?v=S6VRKKh6gyA

As camadas exteriores

As três camadas seguintes constituem a atmosfera do Sol. Como não existem camadas sólidas em nenhuma parte do Sol, estas fronteiras são difusas e indistintas.

  • O fotosfera A fotosfera é a superfície visível do Sol, a região que emite a luz solar. A fotosfera é relativamente fria - apenas cerca de 6.700°C. A fotosfera tem várias cores diferentes: laranjas, amarelos e vermelhos, dando-lhe um aspeto granulado.
  • O cromosfera é uma zona fina, com cerca de 2.000 km de espessura, que brilha a vermelho ao ser aquecida pela energia da fotosfera ( Figura As temperaturas na cromosfera variam entre cerca de 4.000°C e cerca de 10.000°C. Jactos de gás disparam através da cromosfera a velocidades até 72.000 km por hora, atingindo alturas até 10.000 km.

A cromosfera vista através de um filtro.

  • O corona é a camada de plasma mais externa - é a auréola ou "coroa" do Sol. A temperatura da coroa, de 2 a 5 milhões de °C, é muito mais quente do que a da fotosfera ( Figura abaixo).

(a) Durante um eclipse solar, a coroa do Sol é visível estendendo-se por milhões de quilómetros no espaço. (b) A coroa e os laços coronais na baixa atmosfera solar fotografados pelo telescópio espacial TRACE.

O filme Ver uma estrela sob uma nova luz pode ser vista aqui: //sdo.gsfc.nasa.gov/gallery/youtube.php.

Características da superfície

As características da superfície do Sol são bastante visíveis, mas apenas com equipamento especial. Por exemplo, as manchas solares só são visíveis com lentes especiais de filtragem da luz.

Manchas solares

A caraterística mais visível da superfície do Sol são as áreas mais frias e escuras conhecidas como manchas solares ( Figura As manchas solares estão localizadas onde os laços do campo magnético do Sol atravessam a superfície e interrompem a transferência suave de calor das camadas inferiores do Sol, tornando-as mais frias e escuras e marcadas por uma intensa atividade magnética. As manchas solares ocorrem normalmente aos pares. Quando um laço do campo magnético do Sol atravessa a superfície, é criada uma mancha solar onde o laço sai e ondevolta a entrar.

(a) As manchas solares ocorrem normalmente em ciclos de 11 anos, aumentando de um número mínimo para um número máximo e depois diminuindo gradualmente para um número mínimo de novo. (b) Um grande plano de uma mancha solar tirado à luz ultravioleta.

Erupções solares

Existem outros tipos de interrupções da energia magnética do Sol. Se um laço do campo magnético do Sol se rompe, cria erupções solares , que são explosões violentas que libertam enormes quantidades de energia ( Figura abaixo).

A atividade magnética conduz a uma pequena erupção solar.

Um filme do clarão pode ser visto aqui: //www.youtube.com/watch?v=MDacxUQWeRw.

Uma forte erupção solar pode transformar-se numa ejeção de massa coronal ( Figura abaixo).

Uma ejeção de massa coronal é uma grande ejeção de plasma da estrela vista nesta imagem.

Uma erupção solar ou ejeção de massa coronal liberta fluxos de partículas altamente energéticas que constituem o vento solar. O vento solar pode ser perigoso para as naves espaciais e para os astronautas, porque emite grandes quantidades de radiação que podem prejudicar o corpo humano. As erupções solares têm derrubado redes eléctricas inteiras e perturbado as comunicações por rádio, satélite e telemóvel.

KQED: Viagem ao Sol

O Observatório de Dinâmica Solar é uma nave espacial da NASA lançada no início de 2010 que está a obter imagens do Sol, tipo IMAX, a cada segundo do dia, gerando mais dados do que qualquer outra missão da NASA na história. Os dados permitirão aos investigadores conhecer as tempestades solares e outros fenómenos que podem causar apagões e prejudicar os astronautas.

Prominências solares

Outra caraterística altamente visível no Sol é proeminências solares Se o plasma fluir ao longo de um laço do campo magnético do Sol, de mancha solar em mancha solar, forma um arco brilhante que atinge milhares de quilómetros na atmosfera do Sol. As prominências podem durar de um dia a vários meses. As prominências também são visíveis durante um eclipse solar total.

As proeminências solares são mostradas neste vídeo do Observatório de Dinâmica Solar (SDO) da NASA: //www.youtube.com/watch?v=QrmUUcr4HXg.

A maior parte das imagens provém do instrumento AIA do SDO; cores diferentes representam temperaturas diferentes, uma técnica comum para observar características solares. O SDO vê todo o disco do Sol com uma resolução espacial e temporal extremamente elevada, permitindo aos cientistas fazer zoom em eventos notáveis como erupções, ondas e manchas solares.

Observatório de Dinâmica Solar

O vídeo acima foi captado pela SDO, a nave espacial mais avançada alguma vez concebida para estudar o Sol. Durante a sua missão de cinco anos, a SDO irá examinar o campo magnético do Sol e também proporcionar uma melhor compreensão do papel que o Sol desempenha na química atmosférica e no clima da Terra. Desde o seu lançamento, a 11 de fevereiro de 2010, a SDO está a fornecer imagens com uma nitidez 10 vezes melhor do que as imagens de alta resolução.e fornecerá dados científicos mais completos e mais rapidamente do que qualquer outra nave espacial de observação solar.

Resumo da lição

  • A massa do Sol é 99,8% da massa do nosso sistema solar.
  • O Sol é constituído principalmente por hidrogénio, com pequenas quantidades de hélio sob a forma de plasma.
  • A parte principal do Sol tem três camadas: o núcleo, a zona radiativa e a zona de convecção.
  • A atmosfera do Sol também tem três camadas: a fotosfera, a cromosfera e a coroa.
  • A fusão nuclear do hidrogénio no núcleo do Sol produz enormes quantidades de energia que irradiam para fora do Sol.
  • Algumas características da superfície do Sol são as manchas solares, as erupções solares e as proeminências.

Perguntas de revisão

1) De que forma é que o Sol sustenta toda a vida na Terra?

2) Que dois elementos constituem o Sol na sua quase totalidade?

3) Que processo é a fonte de calor no Sol e onde é que ele ocorre?

4) Porque é que os astronautas humanos numa viagem a Marte precisam de se preocupar com o vento solar? O que é o vento solar?

5) Descrever como os movimentos na zona de convecção contribuem para as erupções solares.

6) Acha que as reacções de fusão no núcleo do Sol vão continuar para sempre e sem fim? Explique a sua resposta.

Leitura adicional / Ligações suplementares

  • Para encontrar estes vídeos para descarregar, consulte: //www.nasa.gov/mission_pages/sdo/news/briefing-materials-20100421.html e //svs.gsfc.nasa.gov/Gallery/SDOFirstLight.html.
  • Subscrever o podcast Goddard Shorts HD da NASA: //svs.gsfc.nasa.gov/vis/iTunes/f0004_index.html.
  • Para saber mais sobre a missão SDO, visite: //sdo.gsfc.nasa.gov/.
  • Para saber mais sobre uma missão solar mais antiga, a SOHO, ver: //sohowww.nascom.nasa.gov/.

Pontos a considerar

  • Se alguma coisa fizesse com que a fusão nuclear parasse de repente no Sol, como é que saberíamos? Quando é que saberíamos?
  • Existem alguns tipos de energia perigosos provenientes do Sol? O que pode ser afetado por eles?
  • Se o Sol é constituído por gases como o hidrogénio e o hélio, como pode ter camadas?

Ir mais longe - Aplicar a matemática

Como é que se mede algo que não se pode alcançar? A resposta é que se pode usar geometria simples. Podemos medir o diâmetro do Sol, apesar de não podermos ir até ao Sol e apesar de o Sol ser demasiado grande para ser medido por um ser humano. Para medir o Sol usamos as regras dos triângulos semelhantes. Os lados dos triângulos semelhantes são proporcionais uns aos outros.Se fizermos um orifício num cartão de índice e projectarmos uma imagem do Sol numa prancheta colocada a 1 metro do cartão de índice, o diâmetro da nossa imagem projectada do Sol será proporcional ao verdadeiro diâmetro do Sol.Eis a equação: s / d = S / D, em que s = diâmetro da imagem projectada do Sol, S = diâmetro real do Sol. O cálculo também requer que saiba a distância real entre a Terra e o Sol, D = 1,496 x 108 km e a distância (d = 1 metro) entre a prancheta e o cartão de índice. Antes de poder resolver corretamente esta equação, terá de se certificar de que todos os seusNeste caso, mude todas as suas medidas para km. Experimente e veja com que precisão consegue medir o verdadeiro diâmetro do Sol.

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