Per la prima volta sono state effettuate misurazioni quasi quotidiane del campo magnetico coronale globale del Sole, una regione del Sole che in passato era stata osservata solo irregolarmente. A farlo i ricercatori del Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica/University Corporation for Atmospheric Research. L’analisi dei dati, raccolti in otto mesi da uno strumento, chiamato Upgraded Coronal Multi-channel Polarimeter (Ucomp), e’ stata pubblicata oggi su ‘Science’. Le osservazioni stanno fornendo preziose indicazioni sui processi che determinano le intense tempeste solari che hanno un impatto sulle tecnologie fondamentali, e quindi sulle vite e sui mezzi di sussistenza sulla Terra. Il campo magnetico solare e’ il principale motore delle tempeste solari, che possono costituire una minaccia per le reti elettriche, i sistemi di comunicazione e le tecnologie spaziali come il Gps.
Che cos’è l’eruzione solare
Tuttavia, la nostra capacita’ di comprendere come il campo magnetico accumuli energia e la eroghi e’ stata limitata dalla difficolta’ di osservarlo nella corona solare, l’atmosfera superiore del Sole. Misurare il magnetismo della regione con i metodi polarimetrici standard richiede in genere apparecchiature grandi e costose che finora sono state in grado di studiare solo piccoli segmenti della corona. Tuttavia, l’uso combinato della sismologia coronale e delle osservazioni Ucomp consente ai ricercatori di produrre una visione coerente e completa del campo magnetico della corona globale, la visione del Sole intero visibile durante un’eclissi solare. “La mappatura globale del campo magnetico coronale e’ stata una grande lacuna nello studio del Sole – ha dichiarato Zihao Yang, autore principale che ha portato avanti questa ricerca come dottorando presso la Peking University, in Cina, e ora e’ borsista post-dottorato presso il National Center for Atmospheric Research, Nsf Ncar, della National Science Foundation statunitense – questa ricerca ci aiuta a colmare una lacuna cruciale nella nostra comprensione dei campi magnetici coronali, che sono la fonte di energia per le tempeste che possono avere un impatto sulla Terra”.
Perché e quando si verifica
Sebbene gli scienziati siano stati in grado di misurare regolarmente il campo magnetico sulla superficie del Sole, noto come fotosfera, e’ stato a lungo difficile misurare il campo magnetico coronale, molto piu’ debole. Cio’ ha limitato una comprensione piu’ approfondita della struttura tridimensionale e dell’evoluzione del campo magnetico della corona, dove si scatenano le tempeste solari. Per misurare in profondita’ i campi magnetici coronali tridimensionali, sono necessari grandi telescopi come il Daniel K. Inouye Solar Telescope (Dkist) della Nsf. Con un’apertura di 4 metri di diametro, il Dkist e’ il piu’ grande telescopio solare del mondo e ha recentemente dimostrato la sua capacita’ innovativa di effettuare osservazioni dettagliate del campo magnetico coronale. Tuttavia, Dkist non e’ in grado di mappare il Sole tutto in una volta. Lo strumento Ucomp, piu’ piccolo, e’ infatti piu’ adatto a fornire agli scienziati immagini globali del campo magnetico coronale, anche se con una risoluzione inferiore e in una proiezione bidimensionale. Le osservazioni di entrambe le fonti sono quindi altamente complementari per una visione olistica del campo magnetico coronale.
Come e quando guardare questo fenomeno
Ucomp e’ principalmente un coronografo, uno strumento che utilizza un disco per bloccare la luce del Sole, come in un’eclissi, rendendo piu’ facile l’osservazione della corona. Inoltre, combina un polarimetro di Stokes, che riproduce altre informazioni spettrali come l’intensita’ delle linee coronali e la velocita’ Doppler. Anche se Ucomp ha un’apertura molto piu’ piccola, circa 20 cm, e’ in grado di avere una visuale piu’ ampia che permette di studiare l’intero Sole nella maggior parte dei giorni. I ricercatori hanno applicato un metodo chiamato sismologia coronale per tracciare le onde magnetoidrodinamiche (Mhd), trasversali nei dati di Ucomp. Le onde Mhd hanno fornito informazioni che hanno permesso di creare una mappa bidimensionale della forza e della direzione del campo magnetico coronale. Nel 2020, uno studio precedente aveva utilizzato il predecessore di Ucomp e il metodo della sismologia coronale per produrre la prima mappa del campo magnetico coronale globale. Questo e’ stato un passo fondamentale verso le misurazioni di routine del campo magnetico coronale. Ucomp ha ampliato le sue capacita’, rendendo possibile l’esecuzione di misurazioni di routine piu’ dettagliate. Durante lo studio Ucomp, il gruppo di ricerca ha prodotto 114 mappe del campo magnetico tra febbraio e ottobre 2022, ovvero una quasi ogni due giorni.
Lo studio
“Stiamo entrando in una nuova era della ricerca sulla fisica solare, in cui possiamo misurare di routine il campo magnetico coronale”, ha dichiarato Yang. Le osservazioni hanno prodotto anche le prime misure del campo magnetico coronale nelle regioni polari. I poli del Sole non sono mai stati osservati direttamente perche’ la curva del Sole in prossimita’ dei poli lo tiene appena al di la’ della vista dalla Terra. Sebbene i ricercatori non abbiano potuto osservare direttamente i poli, per la prima volta sono riusciti a misurare il magnetismo emesso da essi. Cio’ e’ dovuto in parte alla migliore qualita’ dei dati forniti da Ucomp e al fatto che il Sole era vicino al massimo solare. Le emissioni tipicamente deboli della regione polare sono state molto piu’ forti, rendendo piu’ facile ottenere risultati sul campo magnetico coronale nelle regioni polari. Come borsista post-dottorato presso l’Nsf Ncar, Yang continuera’ la sua ricerca sul campo magnetico del Sole: spera di migliorare i modelli coronali esistenti che si basano sulle misurazioni della fotosfera.
Le ricerche
Poiche’ l’attuale metodo utilizzato con Ucomp e’ limitato a due dimensioni, non riesce ancora a catturare l’intero campo magnetico tridimensionale. Yang e i suoi colleghi sperano di combinare la loro ricerca con altre tecniche per ottenere una comprensione piu’ approfondita dell’intero vettore del campo magnetico nella corona. La terza dimensione del campo magnetico, orientata lungo la linea di vista dell’osservatore, e’ di particolare importanza per capire come la corona si eccita prima di un’eruzione solare. In definitiva, per misurare tutte le torsioni e i grovigli tridimensionali che stanno dietro a fenomeni come le eruzioni solari e’ necessaria la combinazione di un grande telescopio e di un campo visivo globale; questa e’ la motivazione alla base della proposta di Coronal Solar Magnetism Observatory Cosmo, un telescopio rifrattore solare di 1,5 metri di diametro in fase di studio di progettazione finale.
Cosa dicono gli scienziati
“Poiche’ il magnetismo coronale e’ la forza che fa volare la massa del Sole attraverso il Sistema solare, dobbiamo osservarlo in 3d e ovunque, in una volta sola, in tutta la corona globale – ha affermato Sarah Gibson, responsabile dello sviluppo del Cosmo e scienziata dell’Nsf Ncar, coautrice dell’articolo – il lavoro di Yang rappresenta un enorme passo avanti nella nostra capacita’ di comprendere come il campo magnetico coronale globale del Sole cambi di giorno in giorno. Questo e’ fondamentale per la nostra capacita’ di prevedere meglio e prepararci alle tempeste solari, che sono un pericolo sempre piu’ grande per le nostre vite sempre piu’ tecnologicamente dipendenti qui sulla Terra”.
