Della NASA Sonda solare Parker è volato abbastanza vicino al sole per rilevare la struttura fine del vento solare vicino a dove si genera sulla superficie del sole, rivelando dettagli che si perdono quando il vento esce dalla corona come un’esplosione uniforme di particelle cariche.
Concetto artistico della navicella spaziale Parker Solar Probe che si avvicina al sole. Lanciata nel 2018, la sonda sta aumentando la nostra capacità di prevedere i principali eventi meteorologici spaziali che hanno un impatto sulla vita sulla Terra. Credito immagine: NASA
È come vedere getti d’acqua che escono da un soffione attraverso il getto d’acqua che ti colpisce in faccia.
In un articolo che sarà pubblicato questa settimana sulla rivista Naturaun team di scienziati guidato da Stuart D. Bale, professore di fisica all’Università della California, Berkeley, e James Drake dell’Università del Maryland-College Park, riferiscono che la Parker Solar Probe ha rilevato flussi di particelle ad alta energia che corrispondono ai flussi di supergranulazione all’interno dei fori coronali, il che suggerisce che queste sono le regioni in cui ha origine il cosiddetto vento solare “veloce”.
I buchi coronali sono aree in cui le linee del campo magnetico emergono dalla superficie senza tornare indietro verso l’interno, formando così linee di campo aperte che si espandono verso l’esterno e riempiono la maggior parte dello spazio intorno al sole. Questi buchi sono solitamente ai poli durante i periodi di quiete del sole, quindi il vento solare veloce che generano non colpisce la Terra. Ma quando il sole diventa attivo ogni 11 anni mentre il suo campo magnetico si capovolge, questi buchi appaiono su tutta la superficie, generando esplosioni di vento solare puntate direttamente sulla Terra.
Capire come e dove ha origine il vento solare aiuterà a prevedere le tempeste solari che, producendo meravigliose aurore sulla Terra, possono anche devastare i satelliti e la rete elettrica.
“I venti trasportano molte informazioni dal sole alla Terra, quindi comprendere il meccanismo dietro il vento del sole è importante per ragioni pratiche sulla Terra”, ha detto Drake. “Ciò influenzerà la nostra capacità di capire come il sole rilascia energia e guida le tempeste geomagnetiche, che rappresentano una minaccia per le nostre reti di comunicazione”.
Una mappa appiattita dell’intera superficie del sole, o corona, ripresa in lunghezze d’onda ultraviolette estreme dal satellite della NASA Solar Dynamics Observatory (SDO). Le due regioni scure al di sotto del centro dell’immagine sono i fori coronali campionati dalla Parker Solar Probe. All’interno di questi buchi coronali, i flussi nell’atmosfera solare creano campi magnetici intensi e complessi che si annichilano e producono la pressione e l’energia per superare la gravità solare e inviare particelle ad alta energia verso l’esterno: il vento solare veloce. Gli imbuti dell’intenso campo magnetico da cui ha effettivamente origine il vento solare veloce – grandi celle di convezione chiamate supergranulazioni – non sono visibili all’interno dei fori coronali. Credito immagine: NASA
Sulla base dell’analisi del team, i fori coronali sono come soffioni, con getti distanziati approssimativamente in modo uniforme che emergono da punti luminosi in cui le linee del campo magnetico si incanalano dentro e fuori dalla superficie del sole. Gli scienziati sostengono che quando i campi magnetici diretti in modo opposto si incrociano in questi imbuti, che possono essere larghi 18.000 miglia, i campi spesso si rompono e si riconnettono, lanciando particelle cariche fuori dal sole.
“La fotosfera è coperta da celle di convezione, come in una pentola d’acqua bollente, e il flusso di convezione su scala più ampia è chiamato supergranulazione”, ha detto Bale. “Dove queste cellule di supergranulazione si incontrano e scendono verso il basso, trascinano il campo magnetico sul loro percorso in questo tipo di imbuto discendente. Il campo magnetico lì si intensifica molto perché è semplicemente bloccato. È una specie di paletta di campo magnetico che scende in uno scarico. E la separazione spaziale di quei piccoli scarichi, quegli imbuti, è ciò che stiamo vedendo ora con i dati della sonda solare».
Sulla base della presenza di alcune particelle ad altissima energia rilevate dalla Parker Solar Probe – particelle che viaggiano da 10 a 100 volte più velocemente della media del vento solare – i ricercatori concludono che il vento potrebbe essere prodotto solo da questo processo, chiamato magnetico riconnessione. La sonda è stata lanciata nel 2018 principalmente per risolvere due spiegazioni contrastanti sull’origine delle particelle ad alta energia che compongono il vento solare: riconnessione magnetica o accelerazione del plasma o delle onde di Alfvén.
“La grande conclusione è che è la riconnessione magnetica all’interno di queste strutture a imbuto che fornisce la fonte di energia del vento solare veloce”, ha detto Bale. “Non viene solo da ogni parte in un foro coronale, è sottostrutturato all’interno di fori coronali a queste cellule di supergranulazione. Proviene da questi piccoli fasci di energia magnetica associati ai flussi di convezione. I nostri risultati, pensiamo, sono una forte prova che è la riconnessione che lo sta facendo.
Le strutture a imbuto probabilmente corrispondono ai getti luminosi che possono essere visti dalla Terra all’interno dei fori coronali, come segnalato di recente di Nour Raouafi, coautore dello studio e scienziato del progetto Parker Solar Probe presso l’Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University. APL, con sede a Laurel, nel Maryland, ha progettato, costruito, gestisce e gestisce il veicolo spaziale.
“Risolvere il mistero del vento solare è stato un sogno di sei decenni di molte generazioni di scienziati”, ha detto Raouafi. “Ora, stiamo afferrando il fenomeno fisico che spinge il vento solare alla sua fonte: la corona”.
Immergersi nel sole
Quando il vento solare raggiunge la Terra, a 93 milioni di miglia dal sole, si è evoluto in un flusso omogeneo e turbolento di campi magnetici turbolenti intrecciati con particelle cariche che interagiscono con il campo magnetico terrestre e scaricano energia elettrica nell’atmosfera superiore. Questo eccita gli atomi, producendo aurore colorate ai poli, ma ha effetti che si riversano nell’atmosfera terrestre. Prevedere i venti più intensi, chiamati tempeste solari, e le loro conseguenze vicino alla Terra è una missione del programma Living With a Star della NASA, che ha finanziato Parker.
L’immagine precedente contrassegnata da linee colorate che indicano i confini delle linee del campo aperto (il puntamento verso l’esterno è rosso, il puntamento verso l’interno è blu) come previsto da un modello computerizzato. Queste regioni corrispondono bene ai fori coronali nella mappa EUV. Le caselle bianche mostrano i punti di origine delle linee del campo magnetico attraversate dalla Parker Solar Probe mentre attraversava la superficie del sole.
La sonda è stata progettata per determinare l’aspetto di questo vento turbolento dove viene generato vicino alla superficie del sole, o fotosfera, e come le particelle cariche del vento – protoni, elettroni e ioni più pesanti, principalmente nuclei di elio – vengono accelerate per sfuggire alla gravità del sole.
Per fare questo, Parker ha dovuto avvicinarsi di 25-30 raggi solari, cioè più vicino di circa 13 milioni di miglia.
“Una volta che si scende al di sotto di quell’altitudine, circa 25 o 30 raggi solari, c’è molta meno evoluzione del vento solare, ed è più strutturato: si vedono più impronte di ciò che era sul sole”, ha detto Bale.
Nel 2021, gli strumenti di Parker hanno registrato i tornanti del campo magnetico nelle onde di Alfvén che sembravano essere associati alle regioni in cui si genera il vento solare. Quando la sonda ha raggiunto circa 12 raggi solari dalla superficie del sole – 5,2 milioni di miglia – i dati erano chiari che la sonda stava attraversando getti di materiale, piuttosto che una semplice turbolenza. Bale, Drake e i loro colleghi hanno fatto risalire questi getti alle cellule di supergranulazione nella fotosfera, dove i campi magnetici si accumulano e si incanalano verso il sole.
Ma le particelle cariche sono state accelerate in questi imbuti dalla riconnessione magnetica, che scaglierebbe le particelle verso l’esterno, o da onde di plasma caldo – particelle ionizzate e campo magnetico – che fuoriescono dal sole, come se stessero cavalcando un’onda?
Il fatto che Parker abbia rilevato particelle ad altissima energia in questi getti – da decine a centinaia di chiloelettronvolt (keV), contro pochi keV per la maggior parte delle particelle del vento solare – ha detto a Bale che deve essere la riconnessione magnetica che accelera le particelle e genera il Onde di Alfvén, che probabilmente danno alle particelle una spinta in più.
“La nostra interpretazione è che questi getti di deflusso di riconnessione eccitano le onde di Alfvén mentre si propagano”, ha detto Bale. “Questa è un’osservazione ben nota anche dalla coda magnetica della Terra, dove si hanno processi simili. Non capisco come lo smorzamento delle onde possa produrre queste particelle calde fino a centinaia di keV, mentre viene naturalmente fuori dal processo di riconnessione. E lo vediamo anche nelle nostre simulazioni. “
La Parker Solar Probe non sarà in grado di avvicinarsi al sole di circa 8,8 raggi solari sopra la superficie – circa 4 milioni di miglia – senza friggere i suoi strumenti. Bale si aspetta di consolidare le conclusioni del team con i dati di quell’altitudine, anche se il sole sta ora entrando nel massimo solare, quando l’attività diventa molto più caotica e potrebbe oscurare i processi che gli scienziati stanno cercando di vedere.
“C’è stata una certa costernazione all’inizio della missione della sonda solare per il fatto che lanceremo questa cosa proprio nella parte più silenziosa e noiosa del ciclo solare”, ha detto Bale. “Ma penso che senza quello, non lo avremmo mai capito. Sarebbe stato semplicemente troppo disordinato. Penso che siamo fortunati ad averlo lanciato nel minimo solare.
Fonte: Università di Berkeley
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
