La fine del Sistema Solare


4,5 miliardi di anni. È l'eta del nostro sistema solare. Un raggruppamento di corpi celesti di mezza età, visto che prevedibilmente ha ancora davanti a sé vari miliardi di anni di vita. Dopodiché tutto cambierà repentinamente e si trasformerà in qualcosa di molto diverso da quello a cui siamo soliti pensare. Ciò accadrà in seguito all'esaurimento del “combustibile” dell'astro: la nostra stella, dopo una decina di miliardi di anni, avrà infatti consumato tutti gli elementi più leggeri – idrogeno ed elio – e a causa della sua piccola massa non sarà in grado di passare a bruciare elementi più pesanti. Ma cosa accadrà effettivamente quando il sole perderà la capacità di produrre energia mediante le odierne reazioni nucleari? Le previsioni non sono entusiasmanti e, sebbene non si possa minimamente immaginare quale sarà stato nel frattempo il destino dell'uomo (magari potrebbe essersi estinto da miliardi anni), c'è da aspettarsi una spettacolare trasformazione del sistema solare con la distruzione di quasi tutti i suoi componenti. Innanzitutto è indispensabile considerare la massa del Sole, poiché da essa dipendono le modalità della fine di un astro. La massa solare è pari a circa 333mila volte la massa della Terra e 27 milioni di masse lunari; da sola rappresenta il 99,8% della massa complessiva della nostra piccola realtà cosmica. Ma al contrario di quel che i numeri paiono suggerire, non è una massa così grande. Nell'universo ci sono, infatti, corpi molto più massicci: VY Canis Majors, per esempio, che brilla nella costellazione del Cane Maggiore, ha un diametro di circa 2mila volte quello del Sole, mentre la sua massa è stimata 30-40 volte maggiore di quella della nostra unica fonte di energia. Per questo motivo gli astronomi hanno classificato il Sole come una stella nana gialla, un astro di dimensioni medie, composto soprattutto da idrogeno ed elio, i primi due elementi della tavola periodica. Una stella come VY Canis Majors, un iper-gigante rossa, con una massa così imponente è segnata da un destino incontrovertibile: l'esplosione in una supernova. Con questo termine si intende l'esplosione di una stella di grande massa, con l'espulsione degli strati esterni della stella a grandissime velocità, migliaia di chilometri al secondo. Ma per le stelle come il Sole, molto più piccole, si prevede un finale meno rocambolesco. Gli scienziati spiegano che i primi cambiamenti cosmici nel Sistema solare avverranno fra circa quattro miliardi di anni quando il Sole esaurirà l'idrogeno nel suo interno (nel nucleo). Aumenteranno la luminosità e la temperatura della fotosfera solare, passando da 6mila a 6.500°C; in questa fase è prevedibile supporre che la Terra possa subire un incremento di temperatura di circa 4-5°C, tale da provocare lo scioglimento totale dei ghiacci montani e polari e l'evaporazione di mari e oceani. In seguito il nostro astro subirà una contrazione a livello nucleare, accompagnato dall'espansione degli strati esterni del corpo celeste con progressivo raffreddamento degli stessi. Il raggio della stella finirà per raggiungere le orbite di Mercurio e presumibilmente Venere. Dalla Terra il Sole apparirà, dunque, di dimensioni enormi e occuperà un terzo del cielo. Successivamente il Sole continuerà ad espandersi fino alle dimensioni di una gigante rossa. «Il raggio del Sole attuale è 6.9 x 10^8m, ovvero circa 7x100 milioni di metri, cioè circa 0.00465 Unità Astronomiche, UA)», dice Cesare Chiosi, professore del'Università di Padova. «Le dimensioni del Sole cresceranno di circa 500–1000 volte quelle attuali per raggiungere dimensioni di circa 4 UA. L’orbita di Giove, pensata circolare, ha un raggio di circa 778 milioni di km, cioè 5.2 UA. Quindi tutti i pianeti più interni, da Mercurio a Marte verranno inglobati dal Sole e scompariranno, Giove stesso sarà a rischio». Difficile, però, prevedere il destino dell'uomo, e le eventuali chance di sopravvivenza. «Temo che la fine del Sistema solare sarà accompagnata da tanta emissione di radiazione X e gamma da sterilizzare ogni cosa», spiega Cesare Barbieri, astronomo dell'Università di Padova, «ma, per quanto riguarda l'uomo, non riesco a immaginare dove si possa rifugiare. Per fortuna si tratta di un evento così remoto del futuro che chissà se esisterà ancora l'umanità come la conosciamo oggi e quali mezzi avrà a disposizione». Per i pianeti esterni, però, il destino potrebbe essere diverso, e anziché finire fagocitati dalla massa solare, potrebbero perdersi nell'universo o essere catturati da corpi massicci di maggiori proporzioni: «Potrebbero in effetti staccarsi dal Sole», continua Barbieri; «se in un lontano futuro un'altra stella ci passasse abbastanza vicino, potrebbe inglobarli nel suo sistema gravitazionale, ma attualmente non ci sono evidenze di questo evento». In ogni caso il Sole manterrà la sua forza gravitazionale anche quando sarà ridotto a un “lumicino” siderale; e quindi agirà come sempre sui corpi che gli vorticano attorno, anche se con minore intensità: «Se anche venisse meno la sorgente nucleare rimarrà sempre un corpo in grado di esercitare la sua forza gravitazionale sui pianeti che lo circondano», afferma Barbieri; «di fatto l'attrazione gravitazionale dipende dalla massa e non dalla luce irraggiata». Raggiunte le dimensioni di una gigante rossa, (per intenderci, nel famoso diagramma H-R, il Sole finirà per occupare la parte in alto a destra), la temperatura sarà cresciuta dagli iniziali dieci milioni di gradi centigradi a 100 milioni di gradi. Sarà possibile accendere e bruciare l'elio (mediante il cosiddetto fenomeno di Helium-flash). Il nucleo di elio si trasformerà in carbonio e ossigeno. Questa fase durerà solo da duecento a trecento milioni di anni. Essa sarà seguita da una nuova contrazione del nucleo, anticamera della formazione di una nana bianca; mentre non è possibile (come accennato all'inizio dell'articolo) la formazione di una supernova – ossia un'esplosione stellare a tutti gli effetti, perché la massa del Sole non è grande abbastanza. «Dopo l’esaurimento dell'idrogeno, il Sole, nel centro, in condizioni radiative (trasporto di energia verso l’esterno, da zone calde a zone fredde, mediante il continuo assorbimento, emissione di fotoni da parte di atomi variamente ionizzati e diffusione dei fotoni da parte di elettroni liberi)», spiega Chiosi, «costruirà un piccolo nocciolo di quasi puro elio (con tracce di elementi pesanti) circondato da uno strato in cui brucia ancora idrogeno (H-shell) che si sposta verso l’esterno della stella facendo crescere la massa del sottostante nucleo di He. Nel frattempo il Sole si espanderà negli strati esterni crescendo in dimensioni, diminuendo la temperatura superficiale ed aumentando la luminosità (a causa delle maggiori dimensioni)». Finito di consumare l'elio nel centro, il nucleo di carbonio e ossigeno aumenterà la sua densità e temperatura (passando dai 100 milioni di gradi a circa 600 milioni di gradi) ma non sarà in grado di continuare nella sequenza dei “bruciamenti nucleari”. Il Sole diventerà a questo punto una Nana Bianca. Gli astronomi ritengono che la nana bianca che nascerà dal Sole avrà un diametro di circa 15mila chilometri e sarà circa cento volte più piccola delle dimensioni attuali dell'astro, ma con una temperatura superficiale dieci volte maggiore. La nana bianca brillerà per milioni di anni, ma poi il suo potere radiativo perderà forza, fino a generare una nana nera. Il riferimento è a un oggetto scuro, un ammasso di plasma condensato, vagante nello spazio, prevedibilmente, all'infinito. Per raggiungere questo stadio, però, sono necessari miliardi di anni. «La definizione di nana nera è ambigua», dice Chiosi. «Spesso per nana nera si intende una stella che è diventata così poco luminosa da non essere facilmente visibile. Il che è ovviamente soggettivo e mutabile nel tempo. La definizione corretta di nana nera invece si basa sulle condizioni fisiche che devono essere verificate affinché una stella possa arrivare all’innesco del bruciamento dell’idrogeno». In ogni caso l'universo e in particolare la Via Lattea continuerà a brillare, grazie alle tante altre stelle che, al contrario del nostro Sole giunto alla fine dei suoi giorni, inizieranno il loro cammino: «Nascono continuamente stelle, così come pianeti», conclude Barbieri, «e una delle zone più “prolifiche” è la Nebulosa di Orione, abbastanza vicina a noi (appena 1500 anni luce) da poterci rivelare molti dettagli. Ottime immagini di 'incubatrici' di stelle e pianeti sono state catturate di recente dall'Hubble Space Telescope». 

(Pubblicato sulla rivista Newton)

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