O SolO SolR. Boczko

IAG-USP020606

Sol

Observaçãona regiãovisível doespectro

Luminosidade3,845 x 1026 W

~4 septilhões de lâmpadas de 100 W

Raio696 mil km

Massa1,9891 x 1027 ton

Sistema Solar

Mer

Vên Mar

Ter

JúpSat

Ura Net

Plu

Raio Solar = 109 Raios Terrestres

Formação do Universoe formação do Sol

Formaçãodo Sol

10 bilhões de anos 4,6 bi

Cosmogonia

Cosmologia

SolAtual

Big-Bang

Fases da formação e da vida do Sol

Proto-Sol

Nasceuo Sol!

Pré-Pré-seqüênciaseqüênciaprincipalprincipal

EstágiosEstágiosfinaisfinais

TTauri

AnãBranca

Gigantevermelha

Seqüência principal

Hoje

Estrutura do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

Interior do Sol

Evolução do Raio, da Temperatura e da Luminosidade do Sol

00 5522 33 4411

1,0

0,9

0,8

0,7

Ho

je

5800

5750

5700

5650

5600

TEefetiva [K]R/Rs L/Ls

Raio

Temperatura

Luminosidade

BilhõesBilhõesde anosde anos

Estrutura do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

Temperatura nas camadas do Sol

00

15 M

Tem

per

atu

ra [

K]

4.200

2 M

25.000

0,70,7 1,01,00,30,3R/Rsol

Cen

tro

Fo

tosf

era

Fo

tosf

era

Cro

mo

sfer

a

Reg

ião

de

tran

siçã

o CoroaCoroa

Su

per

fíci

e

Interior do Sol Atmosfera do Sol

ConduçãoIrradiação

Convecção

500 km

2.000 km

10.000 km700.000 km

K E F

Densidade nas camadas do Sol

00

321

(água) 0-1-2

(ar) -3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16

Den

sid

ade

10Y [

g/c

m3 ]

0,70,7 1,01,00,30,3R/Rsol

Cen

tro

Fo

tosf

era

Fo

tosf

era

Cro

mo

sfer

a

Reg

ião

de

tran

siçã

o CoroaCoroa

Su

per

fíci

e

Interior do Sol Atmosfera do Sol

Condução

Irradiação

Convecção

500 km

2.000 km

10.000 km700.000 km

K E F

Densidade do ar nas CNPT = 0,001293 g/cm3

Interior do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

A estrela Sol

ConduçãoRadiaçãoConvecção

Composição (massa)

H = 73,0%He = 24,5%Outros = 02,5%

Fotosfera

Temperatura5.770 K

Propagação do calor por Condução

)( ) )((

Sólidos

Propagação de calor por Convecção

Fluidos

Propagação de calor por Irradiação

Qualquer meioFóton

Camadas do interior do sol

Região deconvecção

Fotosfera

Sup

erfíc

iedo

Sol

Região decondução

Região deirradiação

0 0,3 0,7 1,0 R

Reações de nucleossíntese solar

Fusão do hidrogêniop p

D

Neutrino

Pósitron

p

He3

p p

pD

He3

Neutrino

Pósitron

p pHe4

Para onde foi a massa faltante?

p p

D

Neutrino

Pósitron

p

He3

p p

pD

He3

Neutrino

Pósitron

p pHe4

p He4p p p

m = 100% m = 99,3%

Relação entre massa e energia

m E

E = m c2

c = velocidade da luz no vácuo

Representação de um elemento químico X

X

Z = Número de Prótons

Z

P = Número de Massa = Z + Nêutrons

P

Cadeia próton-próton gerando He1

1H + 11H --> 2

1H + e+ + 2

1H + 11H --> 3

2He +

32He + 3

2He --> 42He + 2 1

1H 3

2He + 42He --> 7

4Be +

69% 31%

74Be + e- --> 7

3Li + 7

3Li + 11H --> 2 4

2He 74Be + 1

1H --> 85B +

85B --> 8

4Be + e+ + 8

4Be --> 2 42He

99,7%0,3%

Livre caminho médio dos Livre caminho médio dos fótons na camada radiativafótons na camada radiativa

Partícula

Fóton

Absorçãoe

Re-emissão

Alguns centímetros

Tempo entre a geração do fóton no núcleo e

sua saída pela fotosfera:

milhões de anos

Núcleo

Regiãoradiativa

Problema dos neutrinos

Solo

Caverna

1,5

km

Tanque com 500 mil litrosde percloroetileno

(detergente de cozinha)2,2 x 1030 átomos

Neutrino37

17Cl + 3718Ar + e -

Neutrino transformando Cloro em Argônio

Predição teórica:1 Argônio produzido por dia

Resultado experimental:1 Argônio produzido a cada 3 dias

Conclusão:• Experimento ineficiente

e / ou

• Modelo teórico do Sol errado

Dados do interior do Sol

Distribuição da massa

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

Su

per

fíci

e

Cen

tro

100

70

Massa [%Msolar]

90

80

60

30

50

40

20

10

00

Densidade solar

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

Su

per

fíci

e

Cen

tro

Densidade [g/cm3]

180

120

160

140

100

40

80

60

20

00

Pressão no interior solar

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

Su

per

fíci

e

Cen

tro

Pressão[Bilhões de atm]

250

200

150

100

50

00

Temperatura no interior solar

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2

16

10

TemperaturaMilhões de [K]

14

12

8

2

6

4

000,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

Su

per

fíci

e

Cen

tro

Luminosidade solarLuminosidade solar

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

Su

per

fíci

e

Cen

tro

100

70

Luminosidade [%Lsolar]

90

80

60

30

50

40

20

10

00

Geração de energia no Sol

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

Su

per

fíci

e

Cen

tro

5

dL / dr(1023 erg/s/cm)

4

3

2

1

0

Composição química do Sol

00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2

100

70

Massa [%]

90

80

60

30

50

40

20

10

000,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol

O C N Ne Si Fe

H

He

He

H

Su

per

fíci

e

Cen

tro

Mudanças na composição química do Sol

100%

75

50

25

0 %Centro Superfície

Composição inicial de Hidrogênio

Composição inicial de Hélio

O C N Ne Si Fe

Composição atual de Hélio

Composição atual de Hidrogênio

Processos na camada convectivaDevido à baixa temperatura:

Favorecimento da recombinação do próton com o elétronp+ + e - H0

Possibilita a formação de H-

p+ + 2e- H -

Os H0 e os H- absorvem, fortemente os fótons, dificultando sua saída para fora da camada convectiva:

H0 + - H +

H0 + - H0 excitadoH - + - H 0

H - + - H - excitado

Fotosfera do Sol

Coroa

Zona de transição

Cromosfera

Fotosfera

Interior Solar

500 km

Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT10-3B da F

6.500 K 4.200 K

1 H- para cada 107 H0

Espessura óptica ( )Neblina

Transparente

< 1

Opaco > 1 = 1

Definição da fotosfera

Transparente

< 1

> 1Opaco

= 1

= Espessura óptica

Base interna da fotosfera

Aproximação de Eddington:

TEfetiva = T( = 2/3) = 5.770 K

(Para =5.000 Ä)

Limbo escuro

Interiordo Sol

Fotosfera

Menor espessura ópticaMenor perda de luz

Região mais brilhante

Maior espessura ópticaMaior perda de luz

Região menos brilhante

Visão do Sol

Superfície do Sol

Convecção abaixo da fotosfera

Região deconvecção

FotosferaQ

uen

teQ

uen

te

Fri

o

Fri

o

Que

nte

Que

nte

Frio

Que

nte

Que

nte

Frio

Sup

erfíc

iedo

Sol

Região decondução

Região deirradiação

Estrutura Alveolar do Sol

• Regiões Claras– Subida de gás quente

• Regiões Escuras– Descida de gás frio

Diâmetro típico deum alvéolo:

1000 km

Vida de um alvéolo:5 a 10 minutos

Formação de uma mancha solar

Região deconvecção

FotosferaF

rio

Fri

o

Fri

o

Que

nte

Que

nte

Frio

Que

nte

Que

nte

Frio

Sup

erfíc

iedo

Sol

Campo Campo magnético magnético

muito muito intensointenso

Região deirradiação

Região decondução

Manchas solares

Observaçãona regiãovisível doespectro

Manchas Solares

Manchas solares

Erupção solar

Região deconvecção

FotosferaF

rio

Fri

o

Fri

o

Que

nte

Que

nte

Frio

Que

nte

Que

nte

Frio

Sup

erfíc

iedo

Sol

Campo magnético

muito intenso

Região deirradiação

Região decondução

Seqüência de uma Erupção Solar

Grande erupção solar atingindo uma altura de 28 raios terrestres

Limbo do Sol

Cromosfera do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

2.000 km

Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT

10-3B da F10-6B da F

Super-granulação30.000 km

Vida de ~12h

Espículos

7.000km

Ondas rádio de = 10 cm

4.400 K25.000 K

Brilho:10-4 do brilho da fotosfera

SG

Linhas da Cromosfera

Núcleo Nível limiteexterno

Contínuo

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6

n=

Estadofundamental

L

Lyman

L

L

L

Balmer

H

H

HH

P

Paschen

P P P

B B

BrackettBrackett

B

B

PfundPfund

F F

F

F

Transição ressonante

Aparecem as linhas:H do Hidrogênio (Balmer)

H do Ca II (3968 Ä)K do Ca II (3933 Ä)

He IIFe IISi IICr II

Zona de Transição do Sol

Coroa

Zona de transiçãoZona de transiçãoCromosfera

Fotosfera

Interior Solar

10-6B da F10-6B da F 10.000 km

Só é visível no UV fora da

atmosfera da Terra

25.000 K2.000.000 K

Coroa do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

H-

Fe XIV

Utilidade de um eclipse solar total

Para que observar o Sol durante o eclipse total?

Fotosferado Sol

Sol não eclipsado

Coroa Solar

Lua

Cromosfera

Sol eclipsado totalmente

Camadas da Coroa Solar

00

15 M

Tem

per

atu

ra [

K]

4.200

2 M

25.000

0,70,7 1,01,00,30,3R/Rsol

Cen

tro

Fo

tosf

era

Fo

tosf

era

Cro

mo

sfer

a

Reg

ião

de

tran

siçã

o

CoroaCoroa

Su

per

fíci

e

Interior do SolAtmosfera do Sol

ConduçãoIrradiação

Convecção

500 km

2.000 km

10.000 km700.000 km

K E F

Camada K da coroa Solar

K E F

Luz da fotosfera refletida pelos e-

Emite em rádio com = ~1 m

e em raio Xcom entre 3 e 60 A

Brilho: 10-9 do brilho da

fotosferaBuraco coronal

Camposmagnéticos

Garrafa magnética

(brilhante)

Sol

Camada E da coroa Solar

K E F

Fe X

Ca XV

Fe XIV

Emissão de raios X

Sol

Camada F da coroa Solar

K E F

Luz fotosférica

refletidapor poeira zodiacal(1 a 10

mícrons)

Não há grãos pois a alta

temperatura os vaporiza

4 RSolares

Existem grãos além a camada F

Sol

Vento Solar

Vento Solar

Radiação (luz)

Radiação (calor)

Sol

Elétrons

Prótons

Partículas Alfa (núcleos de Hélio)

Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo

Interação do Sol com a Terra

Campomagnéticoterrestre

Luz

Elétron

Próton

Partículaalfa

Nêutron

++

(dias) n0

(horas)p+

(horas)e-

(horas)

08m15s

B

q

Interação entre carga e campo

magnético

Auroraboreal

Auroraaustral

Aurora polar

Vento Solar

Sol

Plutão

Vento solar

Cauda ionizada(assoprada pelo vento solar)

Cauda de poeira

Cometa

Terra

Vento solar

3 a 4e-/cm3

v = 500 a 700 km/s

T = 100.000 a 200.000 K

Órbitade Plutão

Ciclo Solar

Ciclo solar de 11 anosCiclo solar de 11 anos

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Número de

manchas

0 11 22 33 44 55 66 77 88 anos

Máxima atividade

Mínima atividade

Máximo

Mínimo

Máximo

Mínimo

Deslocamento das manchas

450

30

15

00

-15

-30

-450

Latitudesolar

0 11 22 33 44 55 66 77 88anos

Equador

0 4 107 11 anos

Ciclo de 11 anos da atividade solar

Atividade Solar

Rotação do Sol

PNE

PSE

Eixo derotação

070 15‘

Plano daeclíptica

Equador

Solar

Período de rotação• Pólo Norte ~ 37 dias• Equador ~ 26• Pólo Sul ~ 37

Massa do Sol = 99,866% Massa Sistema SolarMomento angular do Sol = 1% Momento angular dos planetas

Rotação diferencial do Sol

Eixo derotação

Equador26 dias

37 dias

Evolução dos campos magnéticos

no Sol

Norte

Sul

Resultante sobre um ímã por causa de dois adjacentes

Despreendimento das linhas de campo

Erupção Solar

Alça

400 mil km

Par de manchas solares

Esquema geral da estrutura do Sol

EstruturaEstruturado Soldo Sol

Coroa

Zonacondutiva

Zonaradiativa

Zonaconvectiva

Manchasolar

Erupçãosolar

Observações Solares com Sondas

SOHOSolar and Heliospheric Observatory

Elementos da superfície solar

FimFim

Leis de Kirchhoff da formação de

linhas espectrais

Sol