Tutti gli esseri viventi, esclusi quelli che abitano gli oscuri abissi marini o le caverne più recondite, sanno cosa è il sole. Facile: è una sorgente di luce e calore, che appare tutti i giorni e scompare di notte. Altri oggetti del cielo sono sorgenti di luce, ma non di calore. Piante e animali, di tutti i tipi e di tutte le taglie fanno uso intensivo sia della luce, sia del calore, in modo diretto o indiretto. Un solo animale tra tutti, oltre a farne uso, si chiede anche come fa. Come fa a emettere tanta luce e tanto calore. Quell’animale ha anche coniato un termine che unisce luce e calore: energia. Quell’animale curioso è ovviamente l’Uomo. L’unico essere vivente ad avere un cervello tanto sviluppato da arrivare a porsi delle domande e a proporre delle teorie. Lo fa con tutto: con l’acqua che scorre, con un ramo che prende fuoco, con un germoglio che diventa pianta, con un uccello che vola. Per ogni cosa una teoria, poi gli esperimenti, le conferme o smentite, le prove e gli errori, e infine talvolta un piccolo passo avanti nella conoscenza. Spesso utilizza le analogie per fare questi progressi. Per esempio, il fuoco emana calore, e anche luce. Dunque per analogia, forse il sole è una palla di fuoco. Sì, deve essere proprio una palla di fuoco. Ma, come vedremo brevemente in questa chiacchierata di pochi minuti, il sole è un vero osso duro. Non si lascia scoprire per analogia con nulla che conosciamo: occorrerà andargli proprio dentro, fino al cuore per capire come funziona.
Il filosofo Anassagora, un greco molto curioso vissuto cinquecento anni prima di Cristo, vide una volta un meteorite caduto da poco nei pressi della sua città. Il meteorite era caldo, e conteneva ferro. “Viene sicuramente dal Sole”, pensò il filosofo, e concluse: “Ora so cosa è il Sole: una massa di ferro incandescente”. Naturalmente venne accusato di eresia, dato che le credenze di allora volevano che il Sole e la Luna fossero delle divinità, e per questo verrà multato e esiliato. Stiamo parlando forse del primo astrofisico della storia, ossia una persona che non solo guarda come si muovono gli astri, ma vuole anche capire di cosa sono fatti. La cosa strana è che dopo di lui passeranno dei millenni prima che venga sviluppata una teoria differente da quella della “palla incandescente”.
Aristotele, e in seguito Tolomeo, filosofi e scienziati dall’intelletto superiore, metteranno fine alle fantasticherie dei filosofi presocratici come il nostro Anassagora, dividendo l’universo in mondi: un mondo sublunare che contiene la Terra ed è fatto di elementi corruttibili, e un mondo superiore, etereo, incorruttibile, dove si muovono i pianeti (tra cui il Sole e la Luna) e le stelle, montati su sfere trasparenti animate da moti circolari perfetti. Tutto ciò che sta lì ha natura divina, o è comunque manovrato da forze divine. Non vale dunque la pena chiedersi di cosa sia fatto il sole, e da dove venga tutta la luce che ci manda. La potenza carismatica dei due pensatori congelerà la ricerca speculativa per tutto il periodo classico, e poi ancora per il medioevo fino al Rinascimento. Le religioni monoteistiche, specie quella cristiana, daranno una mano al mantenimento del modello geocentrico, esattamente come era stato disegnato da Tolomeo, per quasi due millenni.
Nella Bibbia gli astri vengono creati contestualmente al resto del mondo, anzi subito dopo, nel quarto giorno. Da quel momento sono in cielo e appaiono immutabili, ciascuno con la sua funzione. La Bibbia presenta un mondo piccolo, con la Terra al centro e l’Uomo ancora più al centro. Anche il Tempo è piccolo: poche migliaia di anni bastano per tornare indietro dai nostri giorni fino a quelli della Creazione. E il sole? Piccolo anch’esso, dato che deve illuminare e scaldare solo la Terra, ruotandole intorno. Lo stesso Anassagora aveva tentato di misurare il diametro e la distanza del Sole dalla Terra, usando qualche nozione di geometria, ma assumendo che la Terra fosse piatta, cosa che allora si dava per scontata. In base alle misure che aveva fece dei calcoli irreprensibili, ma il modello terrapiattista lo portò di molto fuori strada: calcolò una distanza di circa seimila chilometri, e un diametro di poco più di cinquanta chilometri.
Il medioevo fu il periodo d’oro degli alchimisti. L’alchimista, precursore del chimico moderno, cercava di trovare le formule per trasformare in oro metalli di scarso valore, come il piombo. Naturalmente non aveva alcuna idea né di chimica, né di fisica, ma pensava di poter ottenere i suoi scopi con sortilegi e vari miscugli, e con la famigerata pietra filosofale, capace di risanare la corruzione della materia, fino a ridare la giovinezza. Della ricerca della famosa pietra sono piene le leggende e le cronache. Non sapevano, allora, che questa pietra, o almeno un suo equivalente, la si sarebbe trovata solo nei primi anni del Novecento, quando alcuni scienziati scoprirono la trasmutazione degli elementi, e soprattutto la radioattività. Fu solo allora che si ricominciò a guardare il sole per capirne il funzionamento. Ma il sole, come abbiamo detto all’inizio, manterrà ancora gelosamente i suoi segreti.
Dopo lo sviluppo del telescopio, e poi dell’astronomia ottica e infine della spettroscopia, dalla metà del 1700 numerosi ricercatori si misero a osservare il comportamento fisico di quella massa che a occhio nudo pareva un disco lucente perfetto. Altro che perfetto! Macchie, protuberanze, getti di materia, vortici e quant’altro venivano registrati e disegnati – e in seguito fotografati – specie in occasione delle memorabili eclissi totali, che facevano sciamare gli astronomi da una parte all’altra del globo in cerca del punto di osservazione migliore. Lo studio fenomenologico del sole però non darà un grande contributo alla comprensione del suo interno, anzi spesso provocherà il fiorire di teorie strampalate, compresa quella di William Herschel, grande astronomo, che arrivò a ipotizzare che si trattasse di un mondo abitato, sovrastato da una atmosfera luminosa. Le macchie sarebbero state dei fori temporanei da cui si poteva “vedere” la crosta rocciosa sottostante. Insomma, di tutto.
Il bello dei fisici è che, ogni volta che acquisiscono una nuova teoria che sembra funzionare, provano ad applicarla per spiegare fenomeni misteriosi. Così, col sole, era accaduto che si fosse tentato di utilizzare le teorie della gravitazione, poi quelle della termodinamica, dell’elettromagnetismo eccetera. Grandi fisici come il famosissimo Lord Kelvin crearono dei modelli del sole che potevano funzionare, ma che non giustificavano tempi di vita tanto lunghi come quelli che erano richiesti dalla geologia e dalle teorie evoluzioniste. Per quanto tentasse di ricalcolare le sue formule, il sole termodinamico (potremmo dire “steam-punk”) di Kelvin non riusciva a durare più di qualche decina di milioni di anni. Poi arrivò la radioattività, e nuovamente i fisici si aprirono a nuove speranze: e se il nucleo del sole fosse una grossa massa di radio? Il radio è un elemento che si trasmuta spontaneamente: si trasforma lentamente nel gas radon, e produce energia. Ma niente, i dati osservativi non confermavano queste teorie.
Dovranno arrivare ben altre teorie, come la Relatività e soprattutto la Fisica Quantistica, per permettere di aprire qualche spiraglio nella cassaforte solare. Dovranno essere “inventate”, e poi “scoperte” con gli esperimenti numerose particelle elementari, a partire dal protone e dall’elettrone, e poi i neutroni e tutto il resto, e sempre tutte queste nuove scoperte verranno messe alla prova con modelli solari sofisticati. Il lato divertente è che avevano ragione gli alchimisti medioevali: Il meccanismo che fa funzionare il sole è la trasmutazione degli elementi, ma la pietra filosofale è una reazione che avviene a temperature di milioni di gradi e a pressioni spaventose e trasforma, per esempio, l’idrogeno in elio, liberando energia. Ma avevano ragione anche le teorie precedenti: serve la gravità per ottenere quelle pressioni, e la termodinamica spiega perché ci siano temperature così elevate, l’elettromagnetismo descrive le tempeste magnetiche, la teoria dei gas spiega come si comporta un plasma e la relatività insegna quanta energia deriva da ogni piccola perdita di massa. Infine, solo la meccanica quantistica può spiegare come possano avvenire fenomeni fisici apparentemente impossibili.
Ora sappiamo tante cose, e nel corso di una vita normale se ne aggiungono altre, che talvolta smentiscono le precedenti. A leggere oggi un libro della fine degli anni ’80, scritto da un fisico solare, si scopre che molte delle sue affermazioni oggi sono superate, e che quindi il Sole non ha ancora rivelato tutti i suoi segreti. Per esempio i famigerati neutrini, le particelle prodotte a milioni di miliardi nelle reazioni solari, che ci investono e ci attraversano senza lasciare traccia, restano ancora sfuggenti, tanto che per poterne rilevare cinque o sei in un mese si costruiscono dei rivelatori di dimensioni e costi spaventosi.
Il sole, che spesso viene liquidato con due righe del tipo “sede di una centrale atomica a fusione” è in realtà, come tutte le stelle, una macchina estremamente complessa, nella quale si scatenano tutte le leggi della fisica e della chimica, entrano in conflitto, creano equilibri precari, provocano esplosioni e si rivelano all’esterno con tutti i fenomeni che dalla nostra posizione ci affanniamo a decifrare. Il sole non è etereo, né stabile, né facilmente descrivibile. Oggi esiste un cosiddetto “modello standard” del sole, una serie di complesse equazioni matematiche che ne descrivono la struttura e l’evoluzione, almeno dal punto di vista macroscopico. Non si tratta di materia per i non addetti ai lavori. Se pensavate di arrivare alla fine di questa chiacchierata con una idea chiara del nostro sole, noi speriamo di avervi scoraggiato a sufficienza. Ci basti sapere che lo stadio attuale dell’evoluzione di questa piccola stella ci permetterà di vivere ancora confortabilmente al calduccio per alcuni miliardi di anni, prima che le scorte di idrogeno si esauriscano completamente.
In una prossima chiacchierata vedremo alcuni dettagli, che ci faranno capire come tutta l’energia che riceviamo dal sole deriva da una reazione altamente improbabile, se non addirittura proibita. Vi ricordate il romanzo di Douglas Adams “Guida intergalattica per gli Autostoppisti“? Vi si parla di un sistema di propulsione a “Improbabilità Infinita”, che permette alle astronavi di muoversi rapidamente per la galassia. Qualcosa del genere capita dentro il Sole, e lo scopriremo.
Intanto, consiglieremmo due letture fondamentali, entrambe facili da recuperare con un piccolo sforzo.
La prima, in italiano, è il saggio (quasi romanzo) di Stuart Clark I re del Sole (Einaudi 2007), che tratta le storie dei ricercatori che si sono avvicendati alla scoperta dei meccanismi di funzionamento del sole. Tra questi c’è anche Herschel, a cui abbiamo accennato, e Kelvin, il vecchio barone ottocentesco che a un certo punto sentenzia: “Tutto ciò che c’è da sapere ormai lo sappiamo. Ora non ci resta che fare delle misure accurate”.
La seconda, più rara perché mai tradotta in italiano, è del divulgatore inglese John Gribbin: Blinded by the light , The secret Life of the Sun (“accecati dalla luce”, Black Swan 1991), una lettura deliziosa e avvincente ma perfettamente documentata, che narra dell’antichissimo rapporto tra un’umanità curiosa e un misterioso astro erogatore di vita. Un’unica accortezza che consigliamo nella lettura è quella di tener conto della data: nei trentacinque anni dalla pubblicazione alcune cose sono cambiate, ma la sostanza e la bellezza del racconto restano invariate. Un libro da leggere e rileggere.
Per ora ci fermiamo qui. A presto per la seconda parte (Zer037, febbraio 2025)
Vai al secondo articolo: I segreti di Re Sole (2)