VOCI E DOMANDE DELL’ASTROFISICA

Espulsioni di massa coronale, a tutto gas

Sono “nuvole magnetiche” di gas ionizzato, sparate dal Sole a velocità che possono superare i 2000 km/s. Se raggiungono la Terra, interagendo con il campo magnetico possono dare luogo ad affascinanti fenomeni come le aurore polari. O innescare pericolose tempeste geomagnetiche

Immagine di una Cme ripresa dal coronografo Lasco-C2 a bordo del satellite Soho. Crediti: Nasa/Soho

Le espulsioni di massa coronale (o Cme, dal termine inglese Coronal Mass Ejection) sono legate all’attività magnetica solare e ne costituiscono uno dei fenomeni più spettacolari. Esse consistono nell’espulsione improvvisa di una notevole quantità di gas altamente ionizzato — il plasma — dagli strati esterni dell’atmosfera del Sole — la corona solare — verso lo spazio interplanetario. Generalmente le Cme si verificano quando una particolare configurazione del campo magnetico solare a forma di arco, che emerge dalla superficie del Sole e “intrappola” al suo interno una bolla di plasma denominata protuberanza, viene destabilizzata fino ad “aprirsi”: il plasma viene quindi espulso con violenza, a velocità tipicamente comprese tra 200 e 2000 km/s. In alcune occasioni esso può raggiungere velocità ancora più elevate.

Dopo aver lasciato il Sole, il gas espulso in una Cme si propaga nello spazio interplanetario sospinto dal vento solare, un flusso costante di particelle che ha origine dalla nostra stella e permea l’intero sistema solare, trasportando con sé anche una parte del campo magnetico originario. Queste vere e proprie “nuvole magnetiche” di gas ionizzato possono in alcuni casi raggiungere la Terra dopo pochi giorni e interagire con il campo magnetico terrestre, immettendo nell’atmosfera fasci di particelle energetiche che possono a loro volta dar luogo agli affascinanti fenomeni delle aurore polari; nei casi più gravi possono causare delle “tempeste” geomagnetiche in grado di compromettere satelliti e navicelle spaziali o di interferire con le comunicazioni radio e le apparecchiature elettroniche.

Lo studio delle Cme è di fondamentale importanza non solo per comprendere la natura dei processi fisici che le causano — processi che trovano una descrizione nell’ambito della fisica del plasma — ma soprattutto per riuscire a prevederne l’evoluzione, data la loro capacità di influenzare in maniera anche drammatica il sistema Terra.

Studi in corso e domande aperte

Sin dal 1996, grazie in primo luogo alle missioni Soho e Stereo della Nasa, le Cme sono state osservate e studiate in dettaglio. L’osservazione di questi fenomeni avviene principalmente attraverso particolari strumenti — i coronografi — che sono in grado di raccogliere la luce emessa dalla corona solare nella parte visibile dello spettro elettromagnetico, bloccando invece la radiazione proveniente dal disco del Sole, che sarebbe altrimenti preponderante.

Diecimila miliardi di chilogrammi: la massa di gas che mediamente viene espulsa durante una singola CME.

L’analisi delle immagini prodotte dai coronografi ha permesso di misurare la velocità e la massa di un numero elevatissimo di Cme, di ricostruire in molti casi la struttura tridimensionale del plasma espulso, nonché di determinarne la direzione iniziale di propagazione. L’utilizzo congiunto di dati ottenuti con strumenti che hanno osservato le Cme in altri intervalli dello spettro elettromagnetico (ad esempio nei raggi X o nell’ultravioletto) ha permesso inoltre di misurare la temperatura del plasma coinvolto nell’espulsione (che si aggira intorno al milione di gradi) e altri parametri fisici, tra i quali l’energia.

Nonostante ciò, la notevole complessità dei meccanismi che regolano le fasi iniziali dell’evoluzione delle Cme e la difficoltà nel misurare alcuni parametri (come l’intensità e la direzione del campo magnetico trasportato dal gas) o nel valutare le possibili interazioni delle Cme con il vento solare rendono ancora oggi quasi impossibile prevederne il verificarsi o l’eventuale, successivo impatto con la magnetosfera terrestre.

Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica

Oltre a contribuire allo studio delle Cme con l’analisi dei dati resi disponibili dalle passate missioni spaziali (quali Soho e Stereo), i ricercatori dell’Inaf sono direttamente coinvolti nella realizzazione di alcuni importanti strumenti: il coronografo Metis e l’analizzatore di plasma Swa per la missione Solar Orbiter (Esa/Nasa) e il coronografo Aspiics per la missione Proba-3 (Esa).


L’autore: Roberto Susino è ricercatore Inaf all’Osservatorio astrofisico di Torino

Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica.