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I “falò” che riscaldano la corona solare

Secondo nuove simulazioni numeriche della struttura magnetica del Sole, dietro il misterioso riscaldamento della corona ci sarebbero proprio i “falò solari” – brillamenti in miniatura scoperti lo scorso anno dalla sonda Solar Orbiter, solo pochi mesi dopo il lancio. I risultati sono stati presentati ieri durante l’assemblea generale della European Geosciences Union

     29/04/2021
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Infografica che riassume quello che ha scoperto la missione spaziale Solar Orbiter sui falò solari durante il suo primo anno (cliccare per ingrandire). Crediti: Immagine del Sole: Solar Orbiter/Eui Team/Esa & Nasa; Dati: Berghmans et al (2021) and Chen et al (2021)

Uno dei misteri che tengono occupati i fisici solari è la temperatura della nostra stella. Dalle decine di milioni di gradi del nucleo del Sole, dove avvengono le reazioni di fusione nucleare, si arriva a 5500°C in superficie, per poi aumentare nuovamente quando si passa alla tenue atmosfera esterna, la corona, che raggiunge il milione di gradi. Una peculiarità estremamente controintuitiva, che il Sole condivide con molte altre stelle e che ancora non è stata spiegata, nonostante i tanti modelli teorici proposti che chiamano in causa diversi meccanismi di generazione, trasporto e dissipazione dell’energia.

Comprendere il riscaldamento della corona è uno degli obiettivi scientifici di Solar Orbiter, la sonda dell’Agenzia spaziale europea (Esa) in collaborazione con la Nasa lanciata nel febbraio 2020 per osservare il Sole con un dettaglio senza precedenti. La missione scientifica vera e propria di Solar Orbiter inizierà solo a novembre, ma le prime immagini, raccolte a pochi mesi dal lancio e pubblicate lo scorso luglio, hanno iniziato a mostrare aspetti inediti, primi fra tutti dei misteriosi e ubiqui brillamenti in miniatura soprannominati “falò” – in inglese, campfire.

Si tratta di piccoli brillamenti di breve durata – tra i 10 e i 200 secondi – e dimensioni che variano da 400 a 4000 km. Uno dei dieci strumenti a bordo di Solar Orbiter, l’Extreme Ultraviolet Imager (Eui), ne ha rivelati più di 1500, e sembra che quelli più piccoli e deboli siano i più abbondanti. Già dalle prime immagini, gli scienziati sospettavano che questi falò potessero avere a che fare con il riscaldamento della corona solare: ora un nuovo studio, basato su un modello computerizzato, sembra corroborare questa ipotesi.

«Il nostro modello calcola l’emissione, o energia, dal Sole come ci si aspetterebbe da un vero strumento per misurare», spiega Hardi Peter dell’Istituto Max Planck per la ricerca sul Sistema solare di Göttingen, in Germania, co-autore dello studio presentato ieri durante l’assemblea generale della European Geosciences Union.

Questo modello produce aumenti di luminosità simili ai falò osservati da Solar Orbiter, e traccia anche le linee del campo magnetico, permettendo ai ricercatori di studiare le variazioni temporali del campo magnetico in prossimità di questi aumenti di luminosità. I risultati indicano la presenza di un particolare tipo di riconnessione magnetica, detto riconnessione per componenti, o component reconnection in inglese.

Evoluzione di un falò solare: a sinistra, una simulazione dell’emissione dalla corona del Sole, come potrebbe osservarla lo strumento Eui di Solar Orbiter; a destra, il campo magnetico corrispondente, dove il bianco e il nero rappresentano le polarità opposte e il grigio corrisponde al campo nullo. Le linee di campo sono sovrapposte su questo magnetogramma in diversi colori. Crediti: Chen et al. (2021)

Durante la riconnessione, le linee del campo magnetico si rompono temporaneamente per poi ricollegarsi, un processo che libera energia – e potrebbe dunque spiegare il riscaldamento della corona. Di solito si tratta di linee di campo orientate in direzioni opposte, ma in questo caso la riconnessione avverrebbe tra linee di campo quasi parallele, che puntano in direzioni molto simili e coinvolgono angoli molto piccoli.

«Il nostro modello mostra che l’energia rilasciata dai brillamenti attraverso la riconnessione per componenti potrebbe essere sufficiente a mantenere la temperatura della corona solare prevista dalle osservazioni», aggiunge Yajie Chen, studente di dottorato all’Università di Pechino, in Cina, e primo autore dello studio, in pubblicazione su Astronomy & Astrophysics.

In uno dei casi analizzati in questo studio, il riscaldamento viene invece innescato dallo srotolarsi di quello che in gergo si chiama una “corda di flusso”, ovvero le linee di un campo magnetico elicoidale avvolte attorno a un asse comune. «È entusiasmante trovare queste variazioni», afferma il professor Peter. I ricercatori avvertono che siamo ancora agli inizi. Con questo modello, hanno esaminato sette tra gli eventi più luminosi della loro simulazione, che probabilmente corrispondono ai più grandi tra i falò osservati con Eui. Ma presto ci saranno nuovi dati da analizzare.

Un’altra sorpresa arriva dalla combinazione delle misure di Solar Orbiter con quelle del Solar Dynamics Observatory della Nasa, in orbita attorno alla Terra. Questo ha permesso di triangolare l’altezza dei falò nell’atmosfera solare, che si è rivelata più in basso del previsto: solo poche migliaia di chilometri sopra la superficie solare, la fotosfera. «Stiamo ancora imparando molto sulle caratteristiche dei falò solari», dice David Berghmans del Royal Observatory of Belgium, principal investigator di Eui e primo autore di un altro articolo, anch’esso in pubblicazione su Astronomy & Astrophysics, dedicato proprio ai piccoli brillamenti solari rivelati da questo strumento. «Ad esempio, anche se i falò sembrano piccoli anelli coronali, la loro lunghezza è in media un po’ corta rispetto alla loro altezza, e questo suggerisce che stiamo guardando solo una parte di questi piccoli anelli. Ma la nostra analisi preliminare mostra anche che l’altezza dei falò non cambia durante la loro vita, il che permette di distinguerli dalle strutture a forma di getto».

Solar Orbiter, attualmente in “fase di crociera”, è impegnato nella calibrazione dei vari strumenti. Le osservazioni scientifiche inizieranno presto, a partire da novembre. In particolare, saranno utili in questo contesto le osservazioni simultanee effettuate con Eui e altri due degli strumenti a bordo: Phi (Polarimetric and Helioseismic Imager), che studierà il campo magnetico del Sole e le sue variazioni superficiali, e Spice (Spectral Imaging of the Coronal Environment), che misurerà la temperatura e la densità della corona. «È fantastico avere già dati così promettenti che possono fornire informazioni su uno dei più grandi misteri della fisica solare prima ancora che Solar Orbiter abbia iniziato la sua fase scientifica vera e propria», commenta Daniel Müller, project scientist di Solar Orbiter all’Esa. «Non vediamo l’ora di scoprire quali saranno i dettagli mancanti con cui Solar Orbiter – e la comunità solare che lavora con i nostri dati – contribuirà alla risoluzione delle domande aperte in questo campo entusiasmante».

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