Rappresentazione artistica della missione Solar Orbiter dell'ESA e della Parker Solar Probe della NASA. Credits: ESA/ATG medialab; NASA/Johns Hopkins APL
Una ricerca recente, basata sulla collaborazione di due sonde spaziali per il Sole all’avanguardia, Solar Orbiter dell’ESA e Parker Solar Probe della NASA, ha finalmente fornito una risposta a una domanda che ha tormentato gli scienziati per decenni: da dove proviene l’energia necessaria per riscaldare e accelerare il vento solare?
Il vento solare, un flusso costante di particelle che sfugge dall’atmosfera solare (la corona) per fluire oltre la Terra, è stato oggetto di intenso studio da quando fu scoperto negli anni ’50. La sua componente “veloce”, che si muove a velocità di circa 1.8 milioni di km/h, ha sempre presentato un enigma particolare: come può accelerare e mantenere la sua temperatura mentre si espande nello spazio interplanetario?
Lo studio, guidato da Yeimy Rivera e Samuel Badman del Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, ha fornito prove conclusive che sono le oscillazioni su larga scala del campo magnetico del Sole, note come onde di Alfvén, a fornire l’energia necessaria per alimentare il vento solare.
Le onde di Alfvén sono un tipo di onde che si manifesta nel plasma, ovvero gas caldo in uno stato elettrificato (ionizzato), come quello presente nell’atmosfera del Sole. A differenza dei gas ordinari, come quelli l’atmosfera terrestre, dove si propagano solo onde sonore, nel plasma le interazioni tra le particelle cariche e i campi magnetici permettono la formazione di onde molto particolari, appunto le onde di Alfvén.
Queste onde si propagano lungo le linee del campo magnetico e sono in grado di trasportare energia attraverso il plasma in modo molto efficiente. L’energia immagazzinata in un gas normale è rappresentata dalla densità, temperatura e velocità delle particelle. In un plasma, invece, l’energia è immagazzinata non solo nelle particelle stesse, ma anche nel campo magnetico. Le onde di Alfvén sono quindi fondamentali per comprendere come l’energia viene trasportata e dissipata nell’atmosfera solare.
Solar Orbiter e Parker Solar Probe sono dotate di strumenti avanzati per misurare le proprietà del plasma, incluso il campo magnetico, permettendo agli scienziati di studiare direttamente le onde di Alfvén e il loro ruolo nei processi solari.
Nel contesto di questa ricerca, Solar Orbiter e Parker Solar Probe hanno lavorato in tandem. Nel febbraio 2022, si è verificato un allineamento fortuito che ha permesso alle due sonde di campionare lo stesso flusso di vento solare a distanze diverse dal Sole. Solar Orbiter, a 89 milioni di km dal Sole, ha attraversato il flusso un paio di giorni dopo la sonda americana, a 9 milioni di km dalla nostra stella. Questa doppia misurazione ha fornito un punto di confronto essenziale per comprendere l’evoluzione del vento solare mentre si allontana dalla sua fonte.
L’analisi comparativa dei dati raccolti da Solar Orbiter e Parker Solar Probe ha portato il team di ricerca a scoprire che vicino al Sole, dove la sonda americana ha effettuato le sue misurazioni, circa il 10% dell’energia totale del vento solare era contenuta nel campo magnetico.
Tuttavia, alla distanza della sonda europea, questa percentuale era scesa all’1%, ma il plasma aveva accelerato e si era raffreddato più lentamente del previsto. Questa osservazione ha permesso ai ricercatori di concludere che l’energia magnetica persa stava alimentando l’accelerazione del vento solare e rallentando il suo raffreddamento, fornendo un riscaldamento aggiuntivo.
In particolare, lo studio ha evidenziato l’importanza di configurazioni magnetiche note come switchback, grandi deflessioni nelle linee del campo magnetico solare, nel processo di accelerazione del vento. Questi switchback sono esempi di onde di Alfvén, e contengono energia sufficiente per essere responsabili della parte mancante dell’accelerazione e del riscaldamento del vento solare veloce.
Queste scoperte non solo gettano nuova luce sui meccanismi che governano il nostro Sole, ma hanno implicazioni più ampie per la comprensione di altri sistemi stellari. Il nostro Sole è l’unica stella nell’Universo di cui possiamo misurare direttamente il vento. Quindi, ciò che abbiamo imparato sul nostro Sole si applica potenzialmente almeno ad altre stelle di tipo solare, e forse ad altri tipi di stelle che hanno venti.
Per il futuro, i ricercatori stanno già lavorando per espandere la loro analisi alle forme più lente del vento solare, per verificare se l’energia del campo magnetico del Sole gioca un ruolo anche nella loro accelerazione e riscaldamento.
Questa ricerca promette quindi di approfondire ulteriormente la nostra comprensione dei processi solari e delle loro implicazioni per l’ambiente spaziale e terrestre, aprendo nuove frontiere nell’esplorazione e nella previsione delle condizioni spaziali.
Qui l’articolo, pubblicato su Science.
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