Sol

R. BoczkoIAG-USPIAG-USP

130111

SolSol

22

Tamanho do Sol

comparado a outras estrelas

Sol

33

SolSol

Abundância do elementoElemento Por número Por massa

de átomos totalH 91,2 % 71,0 %He 08,7 27,1O, C, N, Si, Mn,Ne, Fe, S etc. 00,1 01,9

44

Sol

Observaçãona regiãovisível doespectro

Luminosidade3,845 x 1026 W

~4 septilhões de lâmpadas de 100 W

Raio696 mil km

Massa1,9891 x 1027 ton

Visão da fotosfera

Terra(em escala)

Distância(sem escala)

55

Superfície do Sol

66

Sol e Planetas

Raio Solar = 109 Raios Terrestres

Mer

Vên Mar

Ter

JúpSat

Ura Net

Plu

77

Formação do Universoe formação do Sol

Formaçãodo Sol

10 bilhões de anos 4,6 bi

Cosmogonia

Cosmologia

SolAtual

Big-Bang

88

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

Origem

99

Evolução das temperaturas médias na Terra

30

25

20

40

35

Te

mp

era

tura

mé

dia

da

atm

os

fera

(oC

)

0100200300400500600Milhões de anos atrás Hoje

30

25

20 0C

40 0C

35

Glaciação

Glaciação

Glaciação

1010

Variações na temperatura ambiental da Terra

50

30

10

100

90

70

0

Te

mp

era

tura

mé

dia

da

atm

os

fera

(oC

)

210-1-2-3-4 Bilhões de anosHoje

1111

Variações na quantidade de gás carbônico na Terra

200

300

100

0

210-1-2-3-4 Bilhões de anosHoje

Teor de CO2 ([ppm])

Limite mínimopara sustentara fotossíntese

ppm

1212

Estrutura básica do SolEstrutura básica do Sol

Fotosfera

InteriorSolar

Atmosfera solar

1313

Estrutura mais fina do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Camada de convecção

Camada de irradiação

Camada de condução

1414

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

1515

Densidade das camadas do Sol

Coroa

Zona

de

trans

ição

Crom

osfe

ra

Foto

sfer

a

Camad

a de

conv

ecçã

oCam

ada

de

irrad

iaçã

oCam

ada

de c

ondu

ção

150

15

0,15

2x10-7

5x10-9

2x10-13

2x10-15

g/cm3

Densidades [g/cm3]

Atmosferada Terra 0,001Água 1Ferro 7,9Chumbo 11,3Mercúrio 13,6Ouro 19,3Irídio 22,5

1616

Interior do Sol

1717

Interior do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

1818

A estrela Sol

ConduçãoRadiaçãoConvecção

Composição Superficial (massa)

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

Fotosfera

Temperatura5.770 K

Transporte de energia

1919

Propagação do calor por Condução

)( ) )((

Sólidos ou fluidos de alta densidade

2020

Propagação de calor por Convecção

Fluidos

2121

Propagação de calor por Irradiação

Qualquer meioFóton

2222

Camadas do interior do sol

Região deconvecção

Fotosfera

Sup

erfíc

iedo

Sol

Região decondução

Região deirradiação

0 0,3 0,7 1,0 R

2323

Reações de nucleossíntese solar

2424

Fusão do hidrogênio

p p

D

Neutrino

Pósitron

p

He3

p p

pD

He3

Neutrino

Pósitron

p He4p p p

m = 100% m = 99,3%

p pHe4

Para onde foi a massa faltante?

2525

Relação entre massa e Relação entre massa e energiaenergia

m EE

E = m c2

c = velocidade da luz no vácuo

2626

Representação de um elemento químico X

XZ = Número de Prótons

Z

P = Número de Massa = Z + Nêutrons

P

+

+ +

+

Núcleo

2727

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%

2828

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

2929

Dados do interior do Sol

3030

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

3131

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

3232

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

3333

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

3434

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

3535

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

3636

Espectro solar(empilhado) Infravermelho

Ultravioleta

3737

Superfície do Sol

3838

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

3939

Fotosfera do Sol

4040

Espessura óptica ( )Neblina

Transparente

< 1

Opaco > 1 = 1

4141

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)

4242

Número atômico = Número de prótons no núcleo do elemento químico

A

bu

nd

ânci

a el

emen

tar

com

rel

ação

ao

Sil

ício

Si

1

Composição química do Sol

4343

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

“Superfície craterada” do Sol

4444

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

4545

Cíclotron

v

m q

B

R

B (campo magnético)v

Visão lateral

Visão superior

R = m.v / ( q.B )R = m.v / ( q.B )

v

m q

R

F

4646

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

4747

Mancha solarMancha solar

4848

Manchas solares

Observaçãona regiãovisível doespectro

4949

Manchas Solares

5050

Manchas Solares

5151

Manchas solares

5252

Efeito Zeemann numa mancha solar

Desdobramento das linhas espectrais

G. E. HaleG. E. Hale(1868-1938)(1868-1938)

5353

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

5454

Seqüência de uma Erupção Solar

Grande erupção solar atingindo uma altura de 28 raios terrestres

5555

Proeminências no limbo solar

5656

Atmosfera do Sol

5757

Cromosfera do Sol(esfera colorida)

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

5858

Cromosfera do Sol

5959

Espículos eSuper grânulos

6060

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

6161

Coroa do Sol

Coroa

Zona de transição

CromosferaFotosfera

Interior Solar

H-

Fe XIV

Fe XIV Ferro que "perdeu"

13 dos seus 26 elétrons

(emite luz verde)

CoronógrafoInstrumento para observar a coroa solar durante os eclipses solares

totais

6262

Coroa solar

6363

Coroa solar

6464

Utilidade de um eclipse solar total

Astrônomos se preparam para observar o Sol durante o próximo eclipse solar total!

Esses astrônomos são doidos!

6565

Para que observar o Sol durante o eclipse total?

Fotosferado Sol

Sol não eclipsado

Coroa Solar

Cromosfera

Lua

Sol eclipsado totalmente

6666

Coroa solar em diferentes ocasiões

6767

Cargas elétricas em campos magnéticos

6868

Cargas elétricas em campos magnéticos

+v q

B

+

Região com campo magnético B

Carga elétrica em Carga elétrica em movimento num movimento num

campo magnético campo magnético é acelerada e é acelerada e

emite luzemite luz

6969

Vento Solar

7070

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

7171

Cometa perto do Sol

Aumentando a massa do Sol!

7272

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

7373

Aurora em Iowa

7474

Aurora no Alasca

2005jan

7575

Aurora e Chuva de meteoros

Chuva de meteoros : Quadrantides (100 meteoros/hora)Fotografado de um avião

7676

Características do 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

7777

Ondas eletromagnéticas e a atmosfera da Terra

7878

Ciclo Solar

7979

Ciclo Solar de 11 anosN

úm

ero

de

man

chas

Ano

MáximoSolar

MínimoSolar

8080

Local de nascimento 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

8181

Ciclo solar de ~11,2 anos

Obtido pela SOHO(IV)

Mínimo Mínimo

Máximo

8282

Sol visto em diversas

cores

Ultravioleta 304 nm Ultravioleta 284 nm

Ultravioleta 195 nm Ultravioleta 174 nm

Visível

8383

Mínimo de Maunder no número de manchas solares

Interregno de baixo número de manchas

solares

8484

Mostrando a rotação

do Sol

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

8585

Rotação diferencial

do Sol

8686

Evolução dos campos magnéticos

no Sol

Norte

Sul

Resultante sobre um ímã por causa de dois adjacentes

A resultante sobre cada ímã é nula

8787

Despreendimento das linhas de campo

Sol

Alça

Limbo solar

8888

Erupção Solar

Alça

400 mil km

8989

Linhas de campo num bipolo

9090

Par de manchas solares

9191

Esquema geral da estrutura do Sol

9292

EstruturaEstruturado Soldo Sol

Coroa

Zonacondutiva

Zonaradiativa

Zonaconvectiva

Manchasolar

Erupçãosolar

9393

Observações Solares com Sondas

9494

SOHOSolar and Heliospheric Observatory

9595

Proeminência solarFoto: SOHO (UV)

Hélio ionizado

2000Ano do Máximo de Atividade Solar

Tamanho aproximado da Terra na mesma escala

9696

Ejeção de massa do

Sol

FimFim R. BoczkoR. Boczko