O Sol R. Boczko IAG-USP 02 06.

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1 O Sol R. Boczko IAG-USP 02 06

2 ~4 septilhões de lâmpadas de 100 W
Sol Massa 1,9891 x 1027 ton Raio 696 mil km Observação na região visível do espectro Luminosidade 3,845 x 1026 W ~4 septilhões de lâmpadas de 100 W

3 Raio Solar = 109 Raios Terrestres
Sistema Solar Plu Mer Ter Vên Mar Ura Net Sat Júp Raio Solar = 109 Raios Terrestres

4 Formação do Universo e formação do Sol
Big-Bang Formação do Sol Sol Atual 10 bilhões de anos 4,6 bi Cosmogonia Cosmologia

5 Fases da formação e da vida do Sol
Pré- seqüência principal Estágios finais T Tauri Proto-Sol Seqüência principal Anã Branca Nasceu o Sol! Hoje Gigante vermelha

6 Estrutura do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera
Interior Solar

7 Interior do Sol

8 Evolução do Raio, da Temperatura e da Luminosidade do Sol
R/Rs L/Ls TEefetiva [K] 1,0 5800 5750 Raio 0,9 5700 Temperatura Hoje 5650 0,8 Luminosidade 5600 0,7 Bilhões de anos 1 2 3 4 5

9 Estrutura do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera
Interior Solar

10 Temperatura nas camadas do Sol
Atmosfera do Sol 15 M Interior do Sol Coroa Temperatura [K] Fotosfera Região de transição K E F Cromosfera Condução Irradiação Convecção 2 M Centro Superfície 25.000 4.200 R/Rsol 0,3 0,7 1,0 2.000 km km 500 km km

11 Densidade nas camadas do Sol
Densidade do ar nas CNPT = 0, g/cm3 3 2 1 (água) 0 -1 -2 (ar) -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 Atmosfera do Sol Interior do Sol Coroa Densidade 10Y [g/cm3] Fotosfera Região de transição K E F Cromosfera Condução Convecção Irradiação Centro Superfície R/Rsol 0,3 0,7 1,0 2.000 km km 500 km km

12 Interior do Sol Interior Solar Coroa Zona de transição Cromosfera
Fotosfera Interior Solar

13 A estrela Sol Composição (massa) H = 73,0% Fotosfera Condução
Temperatura 5.770 K Composição (massa) H = 73,0% He = 24,5% Outros = 02,5% Condução Radiação Convecção

14 Propagação do calor por Condução
) ( Sólidos

15 Propagação de calor por Convecção
Fluidos

16 Propagação de calor por Irradiação
Qualquer meio Fóton

17 Camadas do interior do sol
Fotosfera Superfície do Sol Região de convecção Região de irradiação Região de condução 0,3 0,7 1,0 R

18 Reações de nucleossíntese solar

19 Fusão do hidrogênio g g p D Neutrino Pósitron p D He3 Neutrino

20 Para onde foi a massa faltante?
Neutrino Pósitron p D He3 g Neutrino Pósitron Para onde foi a massa faltante? p He3 g p He4 p He4 m = 100% m = 99,3%

21 Relação entre massa e energia
E = m c2 c = velocidade da luz no vácuo

22 Representação de um elemento químico X
P = Número de Massa = Z + Nêutrons P X Z = Número de Prótons Z

23 Cadeia próton-próton gerando He
11H + 11H --> 21H + e+ + n 21H + 11H --> 32He + g 32He + 32He --> 42He H 32He + 42He --> 74Be + g 69% 31% 74Be + e- --> 73Li + n 73Li + 11H --> 2 42He 74Be + 11H --> 85B + g 85B --> 84Be + e+ + n 84Be --> 2 42He 99,7% 0,3%

24 Livre caminho médio dos fótons na camada radiativa
Região radiativa Partícula Núcleo Fóton Alguns centímetros Tempo entre a geração do fóton no núcleo e sua saída pela fotosfera: milhões de anos Absorção e Re-emissão

25 Problema dos neutrinos
Solo Caverna 1,5 km Tanque com 500 mil litros de percloroetileno (detergente de cozinha) 2,2 x 1030 átomos Neutrino 3717Cl +   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

26 Dados do interior do Sol

27 Distribuição da massa Massa [%Msolar] 100 90 80 70 60 50 Centro
Superfície 40 30 20 10 00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

28 Densidade solar Densidade [g/cm3] 180 120 160 140 100 40 80 60 20 00
Centro Superfície 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

29 Pressão no interior solar
[Bilhões de atm] 250 200 150 Centro Superfície 100 50 00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

30 Temperatura no interior solar
Milhões de [K] 16 14 12 10 8 6 4 Superfície 2 Centro 00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

31 Luminosidade [%Lsolar]
Luminosidade solar Luminosidade [%Lsolar] 100 90 80 70 60 50 Centro Superfície 40 30 20 10 00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

32 Geração de energia no Sol
dL / dr (1023 erg/s/cm) 5 4 3 Centro Superfície 2 1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

33 Composição química do Sol
Massa [%] 100 90 80 H 70 He 60 50 40 30 H He 20 10 Superfície Centro O C N Ne Si Fe 00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 R/Rsol

34 Mudanças na composição química do Sol
100% Composição inicial de Hidrogênio 75 Composição atual de Hidrogênio Composição atual de Hélio 50 25 Composição inicial de Hélio O C N Ne Si Fe 0 % Centro Superfície

35 Processos na camada convectiva
Devido à baixa temperatura: Favorecimento da recombinação do próton com o elétron p+ + 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 excitado H - + -  H 0 H - + -  H - excitado

36 Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT
Fotosfera do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera 1 H- para cada 107 H0 6.500 K 4.200 K Interior Solar Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT 10-3B da F 500 km

37 Espessura óptica (  )  > 1  = 1  < 1 Neblina Opaco
Transparente  < 1

38 Definição da fotosfera
 = Espessura óptica Base interna da fotosfera Transparente  < 1  = 1  > 1 Opaco Aproximação de Eddington: TEfetiva = T( = 2/3) = K (Para =5.000 Ä)

39 Maior espessura óptica Região menos brilhante Menor espessura óptica
Limbo escuro Maior espessura óptica Maior perda de luz Região menos brilhante Interior do Sol Visão do Sol Menor espessura óptica Menor perda de luz Região mais brilhante Fotosfera

40 Superfície do Sol

41 Convecção abaixo da fotosfera
Região de convecção Fotosfera Quente Frio Superfície do Sol condução irradiação

42 Estrutura Alveolar do Sol
Regiões Claras Subida de gás quente Regiões Escuras Descida de gás frio Diâmetro típico de um alvéolo: 1000 km Vida de um alvéolo: 5 a 10 minutos

43 Formação de uma mancha solar
Região de convecção Fotosfera Frio Quente Superfície do Sol Campo magnético muito intenso irradiação condução

44 Manchas solares Observação na região visível do espectro

45 Manchas Solares

46 Manchas solares

47 Campo magnético muito intenso
Erupção solar Região de convecção Fotosfera Frio Quente Superfície do Sol Campo magnético muito intenso irradiação condução

48 Seqüência de uma Erupção Solar
Grande erupção solar atingindo uma altura de 28 raios terrestres

49 Limbo do Sol

50 10-4 do brilho da fotosfera Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT
Cromosfera do Sol Espículos 7.000 km SG Coroa Brilho: 10-4 do brilho da fotosfera Ondas rádio de  = 10 cm Zona de transição Cromosfera Fotosfera Super-granulação km Vida de ~12h 4.400 K Interior Solar K Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT 10-6B da F 10-3B da F 2.000 km

51 Ha do Hidrogênio (Balmer)
Contínuo Linhas da Cromosfera n=6 Ld Hd n=5 Hg Lg Aparecem as linhas: Ha do Hidrogênio (Balmer) H do Ca II (3968 Ä) K do Ca II (3933 Ä) He II Fe II Si II Cr II n=4 Hb Lb Pb Pg Pd n=3 Ha Pa La Ba n=2 Bb Paschen Bg Balmer Bd Brackett n=1 Fa Lyman Fb Transição ressonante Fg Pfund Fd Núcleo Estado fundamental Nível limite externo

52 Zona de Transição do Sol
Coroa Zona de transição Só é visível no UV fora da atmosfera da Terra Cromosfera Fotosfera K K Interior Solar 10-6B da F 10-6B da F km

53 Coroa do Sol Coroa H- Zona de transição Cromosfera Fotosfera Fe XIV
Interior Solar

54 Utilidade de um eclipse solar total

55 Para que observar o Sol durante o eclipse total?
Coroa Solar Lua Cromosfera Sol eclipsado totalmente Sol não eclipsado Fotosfera do Sol

56 Camadas da Coroa Solar Atmosfera do Sol 15 M Interior do Sol Coroa
Região de transição Temperatura [K] Fotosfera Cromosfera K E F Condução Irradiação Convecção 2 M Centro Superfície 25.000 4.200 R/Rsol 0,3 0,7 1,0 2.000 km km 500 km km

57 Camada K da coroa Solar K E F Luz da fotosfera refletida pelos e-
Garrafa magnética (brilhante) Brilho: 10-9 do brilho da fotosfera K E F Sol Buraco coronal Campos magnéticos Emite em rádio com  = ~1 m e em raio X com  entre 3 e 60 A

58 Camada E da coroa Solar Fe X Ca XV Fe XIV K E F Sol Emissão de raios X

59 Camada F da coroa Solar K E F Luz fotosférica refletida
por poeira zodiacal (1 a 10 mícrons) K E F Sol Não há grãos pois a alta temperatura os vaporiza Existem grãos além a camada F 4 RSolares

60 Vento Solar

61 Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo
Elétrons Radiação (luz) Radiação (calor) Sol Prótons Partículas Alfa (núcleos de Hélio) Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo

62 Interação do Sol com a Terra
Elétron Próton Partícula alfa Nêutron ++ (dias) n0 (horas) p+ e- Aurora boreal Luz 08m15s B q Interação entre carga e campo magnético Aurora austral Campo magnético terrestre

63 Aurora polar

64 (assoprada pelo vento solar)
Cauda ionizada (assoprada pelo vento solar) Cauda de poeira Cometa Terra Sol Órbita de Plutão v = 500 a 700 km/s 3 a 4 e-/cm3 T = a K Vento solar Vento solar Plutão

65 Ciclo Solar

66 Ciclo solar de 11 anos Número de manchas Máxima atividade
Mínima atividade Número de manchas 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Máximo Máximo Mínimo Mínimo anos

67 Deslocamento das manchas
4 7 10 11 anos 450 30 15 00 -15 -30 -450 Latitude solar anos Equador

68 Ciclo de 11 anos da atividade solar

69 Atividade Solar

70 Rotação do Sol Massa do Sol = 99,866% Massa Sistema Solar
Momento angular do Sol = 1% Momento angular dos planetas Eixo de rotação PNE Equador Solar Plano da eclíptica Período de rotação Pólo Norte ~ 37 dias Equador ~ 26 Pólo Sul ~ 37 PSE 070 15‘

71 Rotação diferencial do Sol
37 dias 26 dias Equador Eixo de rotação

72 Evolução dos campos magnéticos no Sol
Norte Sul Resultante sobre um ímã por causa de dois adjacentes

73 Despreendimento das linhas de campo

74 Erupção Solar Alça 400 mil km

75 Par de manchas solares

76 Esquema geral da estrutura do Sol

77 Estrutura do Sol Coroa Mancha solar Zona condutiva Erupção solar Zona
radiativa Zona convectiva

78 Observações Solares com Sondas

79 SOHO Solar and Heliospheric Observatory

80 SOHO Solar and Heliospheric Observatory
SOI-MDI (Solar Oscillations Investigation) GOLF (Global Oscillations at Low Frequency) VIRGO (Variability of Solar Iradiance and Gravity Oscillations)

81 Elementos da superfície solar

82 Fim

83 Leis de Kirchhoff da formação de linhas espectrais

84 Sol