Sbloccando uno dei segreti più perseveranti del Sole

Un gruppo di scienziati dell'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania ha fatto un progresso significativo nella comprensione di uno dei misteri più irritanti del Sole: come fa la nostra stella a spingere le particelle che compongono il Sole? vento solare nello spazio?

Le informazioni offrono una prospettiva distinta di una regione cruciale della corona solare che in precedenza era difficile da raggiungere per i ricercatori. Lì, il team ha registrato, per la prima volta, una rete dinamica di strutture plasmatiche che assomigliano a una lunga rete intrecciata. Un quadro distinto emerge quando si combinano i dati provenienti da varie sonde spaziali e simulazioni computerizzate complete: l’energia magnetica viene scaricata e le particelle fuggono nello spazio dove interagiscono le strutture allungate della rete coronale.

I satelliti ambientali operativi geostazionari (GOES) della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) degli Stati Uniti si sono tradizionalmente occupati di cose diverse dal Dom..

Una campagna di osservazione esplorativa per ottenere immagini della corona solare estesa si è svolta tra agosto e settembre 2018. Per più di un mese, il Solar Ultraviolet Imager (SUVI) di GOES ha osservato direttamente il Sole come fa di solito e ha catturato immagini su entrambi i lati di esso.

Il dottor Dan Seaton dello SwRI, che ha ricoperto il ruolo di capo scienziato per SUVI durante la campagna di osservazione, ha affermato: “Abbiamo avuto la rara opportunità di utilizzare uno strumento in un modo insolito per osservare una regione che non è stata esplorata. Non sapevamo nemmeno se avrebbe funzionato, ma se avesse funzionato avremmo fatto scoperte importanti”.

La corona intermedia, uno strato dell'atmosfera solare 350mila chilometri sopra il visibile superficie del Sole, poterono essere fotografati per la prima volta alla luce ultravioletta integrando le foto dai diversi angoli di visione, il che aumentò notevolmente il campo visivo dello strumento.

Il dottor Pradeep Chitta di MPS, autore principale del nuovo studio, ha affermato: “Nel periodo centrale della corona, la ricerca solare ha avuto una sorta di punto cieco. I dati GOES ora forniscono un miglioramento significativo. Nel mezzo della corona, i ricercatori sospettano processi che guidano e modulano il vento solare”.

Uno degli aspetti più estesi della nostra stella è il vento solare. L'eliosfera, una bolla di plasma rarefatto che denota la sfera d'influenza del Sole, è creata dal flusso di particelle cariche che il Sole lancia nello spazio e viaggia fino al limite del nostro Sistema Solare. Il vento solare è suddiviso in componenti veloci e lente a seconda della sua velocità. L’interno dei buchi coronali, aree che appaiono scure nella radiazione ultravioletta della corona, è il luogo in cui ha origine il cosiddetto vento solare rapido, che può viaggiare a più di 500 chilometri al secondo. Si sa meno, tuttavia, sulle origini del lento vento solare. Tuttavia, anche le particelle lente del vento solare viaggiano attraverso lo spazio a velocità supersoniche comprese tra 300 e 500 km/s.

Il plasma coronale caldo oltre un milione di gradi deve sfuggire al Sole per formare il lento vento solare. Quale meccanismo è all’opera qui? Inoltre, il vento solare lento non è omogeneo ma rivela, almeno in parte, una struttura a raggio di stelle filanti chiaramente distinguibili. Dove e come hanno origine? Queste sono le domande affrontate nel nuovo studio.

Nei dati GOES si può vedere una regione vicino all'equatore che ha attirato l'attenzione dei ricercatori: due buchi coronali, dove il vento solare si allontana senza ostacoli dal Sole, vicino ad un'area con un forte campo magnetico. Queste interazioni di sistema sono considerate le potenziali origini del lento vento solare.

La corona centrale sopra questa regione è rappresentata da strutture di plasma allungate che puntano radialmente verso l’esterno nei dati GOES. Questo fenomeno, che è stato osservato direttamente per la prima volta, viene definito dal team degli autori come una rete coronale. Le strutture del web interagiscono e si riorganizzano frequentemente.

I ricercatori sanno da tempo che il plasma solare della corona esterna presenta un’architettura simile. Da decenni il coronografo LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) a bordo della navicella spaziale SOHO, che lo scorso anno ha celebrato il suo 25° anniversario, fornisce immagini di questa regione in luce visibile.

Gli scienziati ritengono che il lento vento solare che inizia il suo viaggio nello spazio abbia una struttura simile a quella di una corrente a getto. Come ha dimostrato in modo impressionante il recente studio, questa struttura predomina già al centro corona.

I ricercatori hanno anche esaminato le informazioni provenienti da altre sonde spaziali per ottenere una comprensione più profonda del fenomeno: un'immagine contemporanea della superficie del Sole è stata fornita dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA, mentre una vista laterale è stata fornita dalla navicella spaziale STEREO-A, che orbita attorno al Sole prima della Terra dal 2006.

Il dottor Cooper Downs della Predictive Science Inc., che ha eseguito le simulazioni al computer, ha affermato: “Utilizzando moderne tecniche computazionali che incorporano osservazioni di telerilevamento del Sole, i ricercatori possono utilizzare i supercomputer per costruire modelli 3D realistici dello sfuggente campo magnetico nella corona solare. In questo studio, il team ha utilizzato un modello magnetoidrodinamico avanzato (MHD) per simulare il campo magnetico della corona e lo stato del plasma per questo periodo”.

Il dottor Cooper Downs della Predictive Science Inc., che ha eseguito le simulazioni al computer, ha affermato: “Questo ci ha aiutato a collegare le affascinanti dinamiche che abbiamo osservato nella corona centrale alle teorie prevalenti sulla formazione del vento solare”.

chitta disse, “Come mostrano i calcoli, le strutture della rete coronale seguono le linee del campo magnetico. La nostra analisi suggerisce che l’architettura del campo magnetico nella corona centrale è impressa nel lento vento solare e svolge un ruolo importante nell’accelerazione delle particelle nello spazio. Secondo i nuovi risultati del team, il plasma solare caldo nella corona centrale scorre lungo le linee del campo magnetico aperto della rete coronale. Dove le linee del campo si incrociano e interagiscono, l’energia viene rilasciata”.

“Molti elementi suggeriscono che i ricercatori abbiano scoperto un fenomeno fondamentale. Durante i periodi di elevata attività solare, i buchi coronali si verificano spesso vicino all’equatore in prossimità di aree di elevata intensità del campo magnetico. È quindi improbabile che la rete coronale che abbiamo osservato sia un caso isolato”.

Il team spera di ottenere ulteriori e più dettagliate informazioni dalle future missioni solari. Alcuni di essi, come la missione Proba-3 dell'ESA prevista per il 2024, sono dotati di strumenti mirati alla corona centrale. L'MPS è coinvolto nell'elaborazione e nell'analisi dei dati di questa missione. Insieme ai dati osservativi provenienti dalle sonde attualmente operative come la Parker Solar Probe della NASA e il Solar Orbiter dell'ESA, che lasciano la linea Terra-Sole, ciò consentirà una migliore comprensione della struttura tridimensionale della rete coronale.

Riferimento della Gazzetta:

1. LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Osservazioni dirette di una complessa rete coronale che guida un vento solare lento altamente strutturato. Astronomia naturale, 24 novembre 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5