LA CONFERMA GRAZIE ALLA TECNICA DELL'ELIOSISMOLOGIA

Motore magnetico sotto la “pelle” del Sole

Un team di scienziati del Max Planck Institute for Solar System Research, dell'Università di Göttingen e dell'Università di New York Abu Dhabi è riuscito a disegnare la geometria del moto convettivo di plasma in ciascun emisfero solare, scoprendo che il plasma fluisce formando un gigantesco anello e compiendo un giro completo in un tempo di circa 22 anni. Questo può fornire la spiegazione fisica del ciclo di undici anni in cui il Sole inverte la sua polarità magnetica

     26/06/2020
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Flussi potenti: il gas ionizzato all’interno del Sole si sposta verso i poli vicino alla superficie e verso l’equatore alla base della zona di convezione. Crediti: Mps / Z.-C. Liang

Il numero di macchie solari sulla superficie visibile del Sole non è sempre costante; a volte ce ne sono di più, altre volte ne osserviamo meno. E’ stato stimato che la  distanza  temporale tra i due massimi di presenza di macchie solari è di circa undici anni, un ciclo al termine del quale il campo magnetico solare si inverte completamente; dopo un ciclo completo di circa 22 anni, la polarità ritorna dunque la medesima.

Durante periodo di massima attività appaiono numerose macchie solari, alcune molto grandi raggruppate in regioni attive, e si possono ammirare impressionanti archi di plasma caldo che attraversano l’atmosfera solare, rilasciando nello spazio particelle e radiazioni. Quando il ciclo di attività è al minimo, il Sole si placa notevolmente.

L’origine di questo comportamento ciclico è presumibilmente correlato alle condizioni al di sotto della “pelle” della nostra stella, dove si trova uno strato di plasma – gas caldo elettricamente conduttivo – che si estende fino a 200mila chilometri al di sotto della superficie ed è in costante movimento. Un nuovo studio appena pubblicato su Science è ora riuscito a disegnare il quadro finora più completo dei flussi di plasma nella direzione nord-sud.

Gli autori della nuova ricerca hanno trovato una geometria del flusso straordinariamente semplice: il plasma descrive un singolo giro (turnover) in ciascun emisfero solare che dura circa 22 anni. Inoltre, il flusso nella direzione dell’equatore nella parte inferiore della zona di convezione fa sì che le macchie solari si formino sempre più vicino all’equatore durante il ciclo solare.

«Nel corso di un ciclo solare, il flusso meridionale funge da nastro trasportatore che trascina il campo magnetico e fissa il periodo del ciclo solare», spiega Laurent Gizon, direttore del Max Planck Institute for Solar System Research (Mps) e primo autore del nuovo studio. «Vedere la geometria e l’ampiezza dei movimenti all’interno del Sole è essenziale per comprendere il suo campo magnetico». Per raggiungere questo risultato, Gizon e il suo team hanno utilizzato l’eliosismologia per mappare il flusso di plasma sotto la superficie del Sole.

Forza motrice: l’eliosismologia è stata utilizzata per misurare il flusso meridionale del Sole. Questo flusso controlla l’evoluzione del campo magnetico globale e il numero di macchie solari. Crediti: Mps / Z.-C. Liang

L’eliosismologia è per la fisica solare ciò che la sismologia è per la geofisica. Gli eliosismologi usano le onde sonore che si propagano nel Sole per sondare l’interno della nostra stella, più o meno allo stesso modo in cui i geofisici usano i terremoti per sondare l’interno della Terra. Le onde sonore solari hanno periodi vicini ai cinque minuti e sono continuamente agitate dalla convezione vicino alla superficie. I movimenti associati alle onde sonore solari possono essere misurati sulla superficie del Sole mediante telescopi presenti sui satelliti spaziali o qui, sulla Terra.

In questo studio, Gizon e il suo team hanno utilizzato osservazioni di onde sonore sulla superficie che si propagano nella direzione nord-sud attraverso l’interno del Sole. Queste onde, perturbate dal flusso meridionale, viaggiano velocemente avanti e indietro in meno di 1 secondo. Le onde sono poi state misurate con molta attenzione – usando modelli matematici e computer – e sono state interpretate per ricavare il flusso meridionale. Il flusso meridionale è estremamente difficile da vedere nelle regioni interne del Sole, poiché è molto piccolo.

«Il flusso meridionale è molto più lento di altri componenti del moto, come la rotazione differenziale del Sole», spiega Gizon. Il flusso meridionale in tutta la zona di convezione, non supera i 50 chilometri all’ora. «Per ridurre il livello di rumore nelle misurazioni eliosismiche, è necessario calcolare la media delle misurazioni per periodi molto lunghi», aggiunge Zhi-Chao Liang dell’Mps.

Il team di scienziati ha analizzato, per la prima volta, due serie indipendenti di dati molto estesi nel tempo. Uno è stato fornito da Soho – il più antico osservatorio solare nello spazio gestito da Esa e Nasa. I dati raccolti dal Michelson Doppler Imager (Mdi) di Soho coprono il periodo dal 1996 al 2011. Un secondo set di dati indipendenti è stato fornito dal Global Oscillation Network Group (Gong) – sei telescopi solari terrestri presenti negli Stati Uniti, in Australia, in India, in Spagna e in Cile – i quali offrono osservazioni quasi continue del Sole dal 1995.

Eruzione di plasma caldo sulla superficie del Sole. Crediti: Nasa

«La comunità internazionale di fisica solare deve essere elogiata per aver messo a disposizione più set di dati relativi agli ultimi due cicli solari», dice John Leibacher, ex direttore del progetto Gong. «Questo rende possibile la media per lunghi periodi di tempo che è assolutamente essenziale per convalidare le inferenze».

Gizon e il suo team hanno scoperto che il flusso è equatoriale verso la base della zona di convezione, con una velocità di soli 15 chilometri all’ora. Il flusso sulla superficie del Sole è polare e arriva fino a 50 chilometri all’ora. Il quadro generale è che il plasma gira formando un gigantesco anello su ciascun emisfero. Sorprendentemente, il tempo impiegato dal plasma per completare il ciclo è di circa 22 anni e questo fornisce la spiegazione fisica del ciclo di undici anni del Sole e del fatto che le macchie solari emergono più vicino all’equatore man mano che il ciclo solare avanza verso il massimo.

«Tutto sommato, il nostro studio supporta l’idea di base secondo cui la deriva equatoriale delle posizioni in cui emergono le macchie solari è dovuta ai flussi meridionali sottostanti», spiega Robert Cameron dell’Mps. 

Secondo Gizon quello che resta ancora da capire è il ruolo che gioca il flusso meridionale nel controllo dell’attività magnetica su altre stelle.

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