PRIMI RISULTATI SCIENTIFICI DEL SOLAR PROBE STATUNITENSE

Il viaggio di Parker alle sorgenti del vento solare

Sotto gli occhi dell’astronomo a cui deve il nome, tra conferme e sorprese i primi quattro articoli scientifici basati sui dati raccolti finora dal Parker Solar Probe della Nasa, pubblicati su Nature, contribuiscono a svelare la natura articolata del vento solare

     06/12/2019
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Nicky Fox, project scientist di Parker Solar Probe, mostra in anteprima i primi risultati scientifici della sonda a Eugene Parker, oggi novantaduenne. Crediti: Nasa

Non ebbe subito vita facile la teoria dell’astronomo statunitense Eugene Parker sul vento solare, un tenue flusso di particelle cariche – principalmente elettroni e protoni – generato dall’espansione continua nello spazio interplanetario della corona solare. Sviluppata e proposta tra il 1957 e il 1958 – e quindi proprio durante quel lungo e cruciale Anno geofisico internazionale che vide, tra l’altro, la messa in orbita dei primi satelliti artificiali –, la ricerca “Dynamics of the Interplanetary Gas and Magnetic Fields” di Parker fu inizialmente rifiutata dai revisori della rivista The Astrophysical Journal, per poi essere salvata e pubblicata dal direttore, Subrahmanyan Chandrasekhar, uno dei più importanti fisici stellari.

Sessant’anni dopo, esattamente alle 3:31 di domenica 12 agosto nel 2018, Eugene Parker era in prima fila ad assistere al lancio del Parker Solar Probe, la sonda Nasa per studiare il Sole e il vento solare, intitolata – caso forse unico – a un personaggio vivente. Ora, dopo che la navicella spaziale ha stabilito il record di avvicinamento al Sole, passando per tre volte a circa 24 milioni di chilometri dalla sua superficie, sono stati pubblicati sulla rivista Nature i primi quattro risultati scientifici.

Dinamica del vento solare

Osservato nei pressi della Terra, il vento solare appare come un flusso relativamente uniforme di plasma, con occasionali sprazzi più movimentati. Ma vicino alla sua sorgente, la situazione è decisamente più complessa e instabile, come ha rilevato lo strumento Fields a bordo del Solar Probe, dotato di tre magnetometri per misurare i più sottili cambiamenti del campo elettrico e magnetico attorno alla sonda, nonché le fluttuazioni nel plasma più prossimo.

Le misurazioni hanno mostrato rapide inversioni nel campo magnetico e improvvisi getti di materia in rapido movimento, tutti comportamenti che rendono il vento solare più turbolento di quanto già gli scienziati immaginavano.

Di particolare interesse sono le curiose “doppie inversioni a U” del campo magnetico, denominate switchback, che durano da pochi secondi a diversi minuti. In questo lasso di tempo, il campo magnetico trasportato dal vento solare si torce su se stesso fino a puntare indietro quasi direttamente verso il Sole, per poi riorientarsi di nuovo in direzione opposta.

Rappresentazione grafica delle peculiari onde nel campo magnetico denominate “switchback”. Crediti: Nasa Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez

Congiuntamente, il magnetometro Fields e il misuratore di particelle di vento solare Sweap (Solar Wind Electrons Alphas and Protons), durante i primi tre flyby del Parker Solar Probe hanno registrato oltre un migliaio di questi arricciamenti a forma di S, solo intravisti da precedenti missioni spaziali. Benché non si sappia esattamente a cosa siano dovuti, è plausibile che gli switchback siano dovuti a fenomeni localizzati che originano all’interno del Sole e si propagano all’esterno, piuttosto che cambiamenti nel campo magnetico che emerge dalla stella.

«Sono state osservate onde nel vento solare fin dall’inizio dell’era spaziale, e abbiamo supposto che in prossimità del Sole le onde sarebbero diventate più forti, ma non ci aspettavamo di vederle organizzarsi in questi picchi di velocità strutturata coerenti», spiega Justin Kasper, responsabile scientifico di Sweap presso l’Università del Michigan. «Stiamo rilevando i resti di strutture del Sole che vengono lanciati nello spazio e che cambiano violentemente l’organizzazione dei flussi e del campo magnetico. Questo cambierà radicalmente le nostre teorie su come la corona e il vento solare vengono riscaldati».

Come gira forte il vento solare

Illustrazione del Parker Solar Probe sul fondo del Sole. Crediti: Nasa Goddard Space Flight Center

Se dalla Terra appare soffiare direttamente nella nostra direzione, in realtà, visto che il Sole ruota, deve esistere un intervallo in cui il vento solare passa da un flusso rotazionale a un flusso radiale diretto nello spazio. Conoscere con precisione dove avviene questa transizione ha implicazioni importanti sui meccanismi di rilascio d’energia del Sole e delle stelle simili.

Ora, per la prima volta, il Parker Solar Probe è stato in grado di osservare il vento solare mentre stava ancora ruotando, alla distanza minima di circa 24 milioni di chilometri, contro i 150 milioni di chilometri da cui viene usualmente osservato dalle sonde in orbita attorno alla Terra. Le velocità di rotazione registrate, tra i 35 e i 50 chilometri al secondo, sono molto più alte di quanto si ritenesse in precedenza. Questa scoperta suggerisce che il vento solare potrebbe disperdere l’energia del Sole più rapidamente di quanto ipotizzato: se confermata, bisognerà rivedere le teorie sull’invecchiamento stellare nel loro complesso.

«Il grande flusso rotazionale del vento solare osservato durante i primi passaggi ravvicinati della sonda è stata una vera sorpresa», conferma Kasper. «Mentre speravamo di vedere il movimento rotazionale più vicino al Sole, le alte velocità che stiamo rilevando in queste prime serie di dati sono quasi dieci volte più grandi di quanto previsto dai modelli standard».

Polvere caduta nel vento

Decisamente non sorprendente, ma comunque impossibile da misurare finora, l’osservazione della riduzione della presenza di pulviscolo attorno al Sole, a partire da circa 11 milioni di chilometri in direzione della stella. Come potrebbe spiegare Brian May, mitico chitarrista dei Queen, che nel 2007 si è dottorato in astrofisica proprio con uno studio sulle proprietà della polvere zodiacale per cui si è servito ampiamente dei dati raccolti al Telescopio Nazionale Galileo, nei piani orbitali del Sistema solare sono presenti particelle di polvere che riflettono la luce solare in quella che viene definita, per l’appunto, luce zodiacale.

Si ritiene – e le misurazioni del Parker Solar Probe lo confermano indirettamente – che tra i 3 e i 5 milioni di chilometri dalla superficie solare si trovi una zona completamente libera da questa foschia, in quanto la polvere viene totalmente vaporizzata dal calore solare ed entra nel flusso del vento solare.

Che energia quelle particelle

Infine, lo strumento Isois (Integrated Science Investigation of the Sun) ha misurato diversi eventi mai visti prima di emissione di particelle energetiche, sbuffi di radiazione così piccoli che ogni traccia di essi viene persa prima che raggiungano la Terra o uno dei satelliti di osservazione del Sole posti attorno alla Terra. Le eruzioni di particelle energetiche solari sono importanti, in quanto possono sorgere all’improvviso e portare a condizioni di space weather vicino alla Terra potenzialmente dannose per gli astronauti.

Nel completare i 24 sorvoli ravvicinati previsti, nei prossimi anni il Parker Solar Probe continuerà ad avvicinarsi ulteriormente al Sole, usando Venere come appoggio gravitazionale, fino a una distanza minima di soli sei milioni di chilometri. Grandissima l’attesa per i dati che potrà continuare a raccogliere, considerando che il Sole dovrebbe nel frattempo entrare nella fase più attiva del suo ciclo.

Per saperne di più, leggi i quattro articoli pubblicati su Nature:

  • Highly structured slow solar wind emerging from an equatorial coronal hole”, di S. D. Bale, S. T. Badman, J. W. Bonnell, T. A. Bowen, D. Burgess, A. W. Case, C. A. Cattell, B. D. G. Chandran, C. C. Chaston, C. H. K. Chen, J. F. Drake, T. Dudok de Wit, J. P. Eastwood, R. E. Ergun, W. M. Farrell, C. Fong, K. Goetz, M. Goldstein, K. A. Goodrich, P. R. Harvey, T. S. Horbury, G. G. Howes, J. C. Kasper, P. J. Kellogg, J. A. Klimchuk, K. E. Korreck, V. V. Krasnoselskikh, S. Krucker, R. Laker, D. E. Larson, R. J. MacDowall, M. Maksimovic, D. M. Malaspina, J. Martinez-Oliveros, D. J. McComas, N. Meyer-Vernet, M. Moncuquet, F. S. Mozer, T. D. Phan, M. Pulupa, N. E. Raouafi, C. Salem, D. Stansby, M. Stevens, A. Szabo, M. Velli, T. Woolley & J. R. Wygant
  • Near-Sun observations of an F-corona decrease and K-corona fine structure”, di R. A. Howard, A. Vourlidas, V. Bothmer, R. C. Colaninno, C. E. DeForest, B. Gallagher, J. R. Hall, P. Hess, A. K. Higginson, C. M. Korendyke, A. Kouloumvakos, P. L. Lamy, P. C. Liewer, J. Linker, M. Linton, P. Penteado, S. P. Plunkett, N. Poirier, N. E. Raouafi, N. Rich, P. Rochus, A. P. Rouillard, D. G. Socker, G. Stenborg, A. F. Thernisien & N. M. Viall
  • Alfvénic velocity spikes and rotational flows in the near-Sun solar wind”, di J. C. Kasper, S. D. Bale, J. W. Belcher, M. Berthomier, A. W. Case, B. D. G. Chandran, D. W. Curtis, D. Gallagher, S. P. Gary, L. Golub, J. S. Halekas, G. C. Ho, T. S. Horbury, Q. Hu, J. Huang, K. G. Klein, K. E. Korreck, D. E. Larson, R. Livi, B. Maruca, B. Lavraud, P. Louarn, M. Maksimovic, M. Martinovic, D. McGinnis, N. V. Pogorelov, J. D. Richardson, R. M. Skoug, J. T. Steinberg, M. L. Stevens, A. Szabo, M. Velli, P. L. Whittlesey, K. H. Wright, G. P. Zank, R. J. MacDowall, D. J. McComas, R. L. McNutt Jr, M. Pulupa, N. E. Raouafi & N. A. Schwadron
  • Probing the energetic particle environment near the Sun”, di D. J. McComas, E. R. Christian, C. M. S. Cohen, A. C. Cummings, A. J. Davis, M. I. Desai, J. Giacalone, M. E. Hill, C. J. Joyce, S. M. Krimigis, A. W. Labrador, R. A. Leske, O. Malandraki, W. H. Matthaeus, R. L. McNutt Jr, R. A. Mewaldt, D. G. Mitchell, A. Posner, J. S. Rankin, E. C. Roelof, N. A. Schwadron, E. C. Stone, J. R. Szalay, M. E. Wiedenbeck, S. D. Bale, J. C. Kasper, A. W. Case, K. E. Korreck, R. J. MacDowall, M. Pulupa, M. L. Stevens & A. P. Rouillard

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Correzione del 10/12/2019: dal paragrafo “Come gira forte il vento solare” sostituita la frase “in un intervallo compreso tra meno di 30 (che in questo caso corrisponde alla minima distanza a cui ha fatto rilevazioni la sonda) e 150 milioni di chilometri dal Sole” con la frase corretta “alla distanza minima di circa 24 milioni di chilometri, contro i 150 milioni di chilometri da cui viene usualmente osservato dalle sonde in orbita attorno alla Terra”.