Scoperte onde magnetiche vicino ai pori solari

Il Sole è intessuto da una complessa rete di linee di campo magnetico che sono responsabili di una grande varietà di affascinanti caratteristiche, alcune delle quali osservabili nella sua atmosfera.

Grandi regioni scure, chiamate "pore", che sembrano fori sulla superficie del Sole, contrassegnano le aree dove il campo magnetico va più nel profondo, facendo emergere materiale ancora più bollente che sale poi nell'atmosfera ad una temperaturadi un milione di gradi. Le più grandi di queste regioni scure sono chiamate "macchie solari" (solar spot) e sono note e studiate già a partire dal 364 a.C. 

Guidato dal professor Robertus von Fay-Siebenburgen, Responsabile della fisica solare e Space Plasma Research Centre (SP2RC) presso l'Università di Sheffield, Il team ha studiato una regione magnetica molto più piccola di una macchia solare, la cui dimensione comunque superava di gran lunga quella del del Regno Unito.

La loro ricerca, pubblicata sull'Astrophysical Journal, ha dimostrato che il pore osservato,  è in grado di incanalare l'energia generata in profondità all'interno del Sole, lungo il campo magnetico superiore dell'atmosfera.

Il campo magnetico emergente attraverso il poro è superiore di 1.000 volte il campo magnetico dell'energia Terrestre. L'energia  trasportata è in  una forma molto particolare di onde, nota come "onde a salsiccia"', che gli scienziati sono stati in grado di osservare con l'osservatorio solare ROSA (Rapid Oscillation and Solar Atmospheric), che fu progettato dalla Queen's University di Belfast ed è in funzione presso il Dunn Solar Telescope, di  Sacramento Peak negli USA.

Questa è la prima osservazione diretta delle "onde a salsiccia" sulla superficie solare.
Il buco magnetico è noto per far aumentare e diminuire in misura periodica le caratteristiche di tali onde a salsiccia.
Il team di esperti, tra cui il dottor Richard Morton presso l'Università di Sheffield, così come il professor Mihalis Mathioudakis e il dottor David Jess dalla Queen's University di Belfast, nutrono la speranza che questi giganteschi buchi magnetici avranno un ruolo importante nello svelare i segreti insoluti circa il riscaldamento coronale del Sole.

Questo perché la superficie solare ha una temperatura di qualche migliaio di gradi, ma la corona solare, più esterna, misteriosamente, è riscaldata a temperature che sono spesso mille volte più calde della superficie.
Il fenomeno dell'aumento di  temperatura del Sole nell'atmosfera man mano che ci si sposta più lontano dal centro di produzione di energia, che si trova sotto la superficie, è un grande mistero dell'astrofisica. I risultati, che dimostrano il trasferimento di energia su vasta scala, offrono una nuova spiegazione per questo rebus.

Il team ora spera di utilizzare le immagini solari fornite dal ROSA per comprendere la sottostruttura di questi enormi buchi magnetici e vedere cosa c'è dentro di essi.
Il professore Robertus von Fay-Siebenburgen, ha dichiarato che: "Questa è una scoperta nuova ed affascinante, in linea con una serie di scoperte fatte negli ultimi anni dal team. E' la prima volta che  "le onde a  salsiccia" sono state rilevate con un dettaglio del genere. Analizzando queste onde, ci avviciniamo sempre più alla comprensione dei meccanismi fisici dell'atmosfera stellare".

Foto in alto: In questa immagine ultravioletta, il gas a livello della fotosfera è scuro, indicando una temperatura di migliaia di gradi. Mentre scorre al di sopra della fotosfera, lungo le linee del campo magnetico, il gas viene riscaldato (in qualche modo) a temperature di oltre un milione di gradi. Emette radiazioni ultraviolette e raggi X. 

Arthur McPaul

Fonte

Gli scienziati svelano i segreti delle nubi di plasma sul Sole

Il Sole espelle sporadicamente migliaia di miliardi di tonnellate di gas idrogeno in esplosioni chiamate "Espulsioni di Massa Coronali" (CME). Tali nubi sono enormi in termini di dimensioni (si parla di milioni di chilometri) e sono costituite da gas e plasma magnetizzati, così caldo che gli atomi di idrogeno vengono ionizzati. Gli CME sono rapidamente accelerati da forze magnetiche a velocità di centinaia di chilometri al secondo verso l'alto ad oltre 2.000 chilometri al secondo per diverse decine di minuti. Gli CME sono strettamente connessi ai brillamenti solari e quando urtano sulla Terra, possono innescare delle spettacolari aurore. Essi possono inoltre indurre correnti elettriche nel plasma dell'atmosfera terrestre (cioè, la magnetosfera e la ionosfera), portando ad interruzioni nelle telecomunicazioni e nei sistemi GPS e anche il crollo di reti elettriche se i disturbi sono molto gravi.

Dal momento che la prima osservazione di un flare solare è avvenuta nel 1859, le eruzioni solari ("esplosioni") hanno attirato molta attenzione da scienziati di tutto il mondo e sono state studiate con una serie di missioni satellitari internazionali sempre più sofisticate negli ultimi tre decenni. E' stata una sfida importante perchè le strutture di plasma possono essere osservate solo a distanza, ed è stato difficile testare i modelli teorici per stabilire una corretta comprensione dei meccanismi che provocano tali eruzioni. 

Ma nel 2006, la celebre missione STEREO, dotata di due satelliti a stereo coppia, è stata immessa in orbita per osservare continuamente le strutture di plasma dal Sole verso la Terra.

Ora, usando i dati di STEREO, gli scienziati del Naval Research Laboratory (NRL) di Washington, DC, hanno dimostrato per la prima volta che il moto osservato delle eruzioni delle nubi di plasma è indotto da forze magnetiche che possono essere correttamente spiegate da un modello teorico.

La teoria, controversa fu proposta nel 1989 dal dottor James Chen di NRL, basata sul concetto che una nube di plasma in eruzione è una gigante "corda di flusso magnetico", una corda di "torsione" delle linee di campo magnetiche a forma di mezza ciambella. Chen e Valbona Kunkel, uno studente di dottorato presso la George Mason University, ha applicato questo modello ai dati STEREO dei CME e ha dimostrato che le soluzioni teoriche sono d'accordo con le traiettorie misurate delle nuvole espulse entro l'intero campo di vista dal Sole alla Terra .

La posizione del bordo d'attacco (LE) di un CME che fu emesso il 24 dicembre 2007 è stata tracciata da STEREO dalle prime fasi dell'eruzione fino al suo arrivo ad 1 UA circa, cinque giorni dopo. Il campo magnetico e i parametri del plasma sono stati misurati con la sonda STEREO-B. L'accordo tra teoria e dati è entro l'1% della posizione misurata della LE. Chen e Kunkel mostrano che il campo magnetico teoricamente previsto e le proprietà del plasma sono in ottimo accordo con le misure di STEREO-B. Questo è il primo modello che può replicare direttamente la quantità osservata vicino al Sole e alla Terra, così come le traiettorie reali dei CME. Prima di STEREO, il moto di CME nella regione corrispondente HI1 e HI2 non era stato rispettato.

È interessante notare che le forze di base che agiscono come corde del flusso solare sono le stessi di quelle delle strutture di laboratorio, come il plasma tokamak sviluppato per produrre energia da fusione controllata. Il meccanismo descritto dalla teoria è anche potenzialmente applicabile alle eruzioni su altre stelle.

I ricercatori stanno presentando i loro lavori alla 52a sessione annuale della Divisione della American Physical Society di fisica del plasma, che si terrà a Chicago 8-12 novembre.

A cura di Arthur McPual

Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/11/101108071925.htm 

Nuovi studi sull'atmosfera del Sole

Vi siete mai chiesti che cosa rappresenta il vento solare per noi sulla Terra o cosa succede quando la
superficie del Sole erutta sporadicamente? Lucie Green del Laboratorio Space Science Mullard del University College di Londra, Regno Unito, descrive alcune delle ricerche avviate recentemente sull’atmosfera del Sole.

Attualmente in fase di avvio uno speciale programma di ricerca con l’obiettivo di studiare il Sole e la sua influenza sul Sistema Solare. Il programma – sviluppato dalle Nazioni Unite – si chiama International Heliophysical Year (Anno Internazionale Eliofisico)w1 e coinvolge scienziati da tutta Europa. Tra gli argomenti di interesse lo studio dell’atmosfera del Sole – dal momento che al riguardo sono ancora molti i perché sulla “nostra” stella. Una questione aperta risale al 1869, quando una linea spettrale venne rilevata durante le osservazioni spettroscopiche delle eclissi totali di sole senza che fosse mai stata osservata prima di allora a livello sperimentale in un laboratorio.

Ritenuta inizialmente la prova dell’esistenza di un nuovo elemento – temporaneamente chiamato ‘coronium’ – si scoprì in seguito essere prodotta da atomi di ferro altamente ionizzati, formati a seguito di altissime temperature (all’incirca 1 milione di Kelvin). Questa scoperta del 1939 portò a concludere che i gas nell’atmosfera solare dovevano essere molto più caldi della superficie, la cui temperatura è pari a 6000 Kelvin, aprendo così un rompicapo. Allontanandosi dalla fonte di calore (il nucleo centrale del Sole), la temperatura dovrebbe infatti diminuire. Questa diminuzione si osserva fino a che si raggiunge il limite superiore della fotosfera, successivamente però la temperatura ricomincia ad aumentare in funzione della distanza dal centro; risulta di conseguenza violato il secondo principio della termodinamica – in cui si afferma che un corpo più freddo non può riscaldare uno più caldo. Che cosa riscalda, dunque, la corona solare? Il quesito è anche conosciuto come il problema del riscaldamento della corona.

Nonostante la scoperta della prima linea di emissione della corona nella porzione del visibile, la maggior parte dello spettro di emissione risulta comprendere lunghezze d’onda tipiche dell’ultravioletto e dei raggi X. Nel 1957, momento di avvio dell’era spaziale, i telescopi a raggi X posizionati su missili e satelliti iniziarono a raccogliere dati all’esterno dell’atmosfera assorbente della Terra che permisero ai ricercatori di iniziare lo studio dei fenomeni in atto nell’atmosfera solare. Le osservazioni mostrarono subito che l’emissione più intensa tipica dei raggi X era localizzata nelle regioni dell’atmosfera del Sole dove i campi magnetici erano più fortemente concentrati. Esiste, dunque, una relazione tra campi magnetici e riscaldamento?

Osservazioni effettuate da agenzie e strutture spaziali come l’Agenzia Spaziale Europea (ESA)/Aeronautica Nazionale e la missione spaziale SOHO del 1995 sono attualmente intente a verificare le diverse teorie sviluppate in merito. Le ipotesi sono essenzialmente divise in due categorie: modelli a tensione in cui l’energia è ricavata da campi magnetici che si inseriscono attraverso la corona, oppure modelli a onda in cui l’energia è trasferita sottoforma di onde che si propagano dall’alto verso il basso. L’idea maggiormente appoggiata è attualmente che l’energia sia dovuta a campi magnetici che sono costantemente spinti e movimentati nell’intorno, ma la ricerca è ancora in corso.

Una conseguenza dell’alta temperatura della corona del Sole – insieme alla sua alta conducibilità termica – è la sua continua espansione nello spazio. Questa espansione definisce il cosiddetto vento solare, di cui si conoscono due tipi: il vento debole che viaggia a circa 400 km/s e il vento veloce che si muove invece a circa 800 km/s. Attualmente, i meccanismi di accelerazione e la localizzazione dei due tipi di vento solare non sono realmente compresi, ma sono in fase di studio.

Il vento solare soffia su tutti i pianeti e gli altri corpi celesti del Sistema Solare. Alcuni pianeti – è il caso della Terra – generano il proprio campo magnetico: si tratta in genere di quelli che hanno un nucleo centrale di ferro liquefatto (la Terra) oppure un’atmosfera di idrogeno liquefatto a seguito di altissima pressione (come Giove). Questi fenomeni producono una bolla magnetica attorno al pianeta, intorno a cui il vento solare soffia normalmente. Il pianeta e i suoi campi magnetici si comportano come una roccia in un fiume e deviano il flusso del vento. Il vento solare tuttavia porta con sé un campo magnetico che è a sua volta dotato di un preciso orientamento; quando il campo ha una direzione meridionale e si allinea con il campo magnetico della Terra, si producono dei fenomeni ottici chiamati aurore (Boreali o Australi, a seconda dell’emisfero in cui si verificano).

Sono in corso degli studi per determinare come viene trasferita l’energia dal vento solare all’atmosfera terrestre e per verificare come il vento solare interagisce con i pianeti senza un campo magnetico proprio. Ad esempio, la missione Venus Express (Espresso Venere) è attualmente in orbita attorno al pianeta Venere e sta misurando l’erosione dell’atmosfera del pianeta dovuta al vento solare.

La forma più scenica dell’attività che avviene a livello dell’atmosfera del Sole è rappresentata dalle enormi eruzioni di plasma e campo magnetico conosciute come espulsioni di massa coronale o CME. Scoperte originariamente negli anni ’70, è stato mostrato da allora che la loro frequenza varia ciclicamente (fenomeno conosciuto come ciclo solare): le CME avvengono almeno una volta ogni tre giorni, fino ad un massimo di tre o cinque volte al giorno. Queste eruzioni possono essere dirette verso la Terra e, così come per il vento solare, una relazione con il campo magnetico della Terra è stata ipotizzata e verificata. In queste condizioni, le conseguenze osservate sulla Terra sono molto evidenti, talvolta gravi, a partire dal fatto che il riscaldamento e l’espansione dell’atmosfera terrestre comportano un cambiamento delle orbite dei satelliti. Il reale effetto delle CME rende il fenomeno così interessante da studiare che ci sono attualmente flotte di veicoli spaziali intenti ad osservare Sole e Terra.

La causa delle espulsioni CME è ricollegabile ai campi magnetici del Sole, che sono a lora volta creati da correnti elettriche all’interno di quello che è anche definito come dinamo solare, nella profondità del centro della stella. Fasci di campi altamente concentrati si inalzano ed emergono attraverso la fotosfera e si estendono fino a dentro la corona. Questi campi magnetici sono continuamente introdotti nell’atmosfera e si pensa che le CME forniscano un mezzo per rimuoverli ed evitarne l’accumulo. Sono in corso studi in merito con le missioni spaziali quali SOHO, TRACE, STEREO e Hinode, al fine di monitorare il cambiamento nel tempo delle strutture dei campi magnetici.

La missione STEREO comprende due veicoli orbitanti attorno al Sole in modo che possano allontanarsi dalla Terra nello spazio (un’orbita è leggermente più vicina al Sole che alla Terra, e una leggermente più esterna). Questo significa che i due veicoli spaziali vedono il Sole da due diverse posizioni dello spazio e così come due occhi danno un senso di profondità e prospettiva, così la missione STEREO sta dando una visione 3D delle strutture magnetiche che eruttano (vedere l’immagine in fondo alla pagina 53). La visione 3D è in uso per cercare di capire la fisica dell’eruzione usando le conoscenze sulla struttura dei campi magnetici. STEREO sta inoltre aiutando a valutare quali CME andranno a interagire con la Terra. Questa possibilità di prevedere le eruzioni CME è di grande aiuto per gli operatori di satelliti e organizzazioni che operano nel settore delle reti elettriche: ad esempio, le orbite dei satelliti potrebbero essere attentamente monitorate quando si prevede che delle CME possano colpire la Terra.

La missione Hinode è l’equivalente del Telescopio Hubble Space per il Sole e sta favorendo lo studio dell’evoluzione nel tempo delle immense strutture magnetiche dell’atmosfera con grande precisione. Si pensa che il solo modo per ricavare sufficiente energia per espellere i miliardi di tonnellate di materiale solare che costituiscono una CME sia attraverso l’energia immagazzinata nei campi magnetici distorti e attorcigliati. Hinode sta misurando il grado di attorcigliamento del campo e i risultati stanno per essere combinati con quelli della missione STEREO. Una volta capito perché le eruzioni CME avvengono, potremo eventualmente iniziare a predire quali strutture magnetiche emergeranno ed infine quali avranno gli effetti più evidenti sulla Terra.

L’incessante vento solare e le sporadiche eruzioni della corona testimoniano come la Terra sia costantemente soggetta alla presenza del Sole. In effetti, si può dire che siamo seduti nell’atmosfera del Sole che si espande nel Sistema Solare. La ricerca delle basi scientifiche che spiegano la complessità della nostra stella ci permette così anche di capire il nostro posto nel Sistema Solare.

link:
http://daltonsminima.wordpress.com/2010/01/20/latmosfera-del-sole/