Osservata La Struttura Fine Di Una Tempesta Solare

Fonte: Scientific American

Dopo alcuni anni in cui l’attività solare ha registrato un regime di bassa intensità, dagli inizi del 2011 la nostra stella si è finalmente risvegliata, offrendoci una ripresa in grande stile che si sta facendo sentire soprattutto in questo mese di agosto! E le espulsioni di massa coronale, note come CME (Coronal Mass Ejection), sono fenomeni dell’attività solare da tempo osservati e studiati dai fisici solari.

Un team congiunto di ricercatori del Department of Space Studies, Southwest Research Institute , Boulder, CO 80302 (C. E. DeForest e T. A. Howard) e del National Solar Observatory, Sunspot, NM 88349 (S. J. Tappin) hanno rielaborato, in tre anni di studio, i dati forniti dalla sonda STEREO/HI-2, che nel 2008 ha tenuto sotto osservazione una eruzione solare, ricostruendo nei minimi dettagli una tempesta solare durante i tre giorni impiegati per raggiungere la Terra, viaggiando alla velocità di oltre un milione di chilometri all’ora.

Ma perché tanto interesse da parte di vari settori della ricerca per questi fenomeni? Il motivo è da ricercarsi nei danni rilevanti che subirebbero, in termini economici, i sistemi satellitari, GPS e le centrali elettriche. Secondo  alcuni ricercatori, il Sole starebbe, infatti,  attraversando un ciclo che potrebbe essere analogo al cosiddetto  Evento di Carrington, registrato  verso la metà del diciannovesimo secolo. Durante la manifestazione di tale evento, pare che le aurore boreali furono visibili a sud fino a Roma e le aurore australi a nord fino a Santiago. Molti altri non sono, invece, d’accordo con tale ipotesi perché non è stata ancora sviluppata una modellistica di questi fenomeni così attendibile da riuscire a prevedere l’andamento esatto dei cicli
solari.

Rappresentazione del brillamento del 1º settembre 1859 e della macchia solare interessata dal fenomeno, disegnata da Richard Carrington. Con A e B sono indicate le zone di comparsa delle macchie brillanti, con C e D i punti in cui esse scomparvero. [Fonte Wikipedia]

Tornando alla sonda STEREO/HI-2 e alle immagini rielaborate dal suddetto team di ricerca, è emerso come il flusso prodotto dalla CME non sia uniforme ma presenti continui cambiamenti di forma dovuti all’interazione con il campo magnetico solare: in alcuni punti sono presenti zone di vuoto, in altri punti compaiono piccole bolle, strutture a V  e “sbuffi”,  che corrispondono alle fluttuazioni di densità osservata "in situ".

Nell’articolo “OBSERVATIONS OF DETAILED STRUCTURE IN THE SOLAR WIND AT 1 AU WITH STEREO/HI-2”, pubblicato il 17 agosto 2011 sull’Astrophysical  Journal, si legge: “…Così per la prima volta abbiamo visto la struttura fine di una tempesta solare e, sempre per la prima volta, siamo stati in grado di risalire alla parte di corona solare dalla quale essa ha avuto origine”.

Il pdf dell'articolo, in lingua inglese naturalmente, può essere scaricato liberamente da arxiv.org. Suvvia, sono soltanto una trentina di pagine!

Ottenere questa ricostruzione non è stato affatto semplice: i ricercatori hanno dovuto lavorare per lunghi mesi sulle immagini registrate dalla sonda, applicando su ognuna di queste delle complesse tecniche di elaborazione grafica, indispensabili  per mettere in evidenza i dettagli “oscurati” dalla luce circostante. La luminosità delle piccole bolle è appena  10 miliardi di volte inferiore a quella della luna piena e circa 10.000 volte più debole della luce prodotta dal  fondo stellato.
Il vento solare è stato osservato dalla sonda ad una distanza di circa 1 UA.

Nel bollettino relativo ad una conferenza stampa, rilasciata dalla NASA il 18 Ago 2011, si legge:  “Per la prima volta, un veicolo spaziale lontano dalla Terra è riuscito a filmare una tempesta solare mentre investe  il nostro pianeta”.

Il filmato, presentato nel corso della conferenza stampa, ha reso euforici i fisici solari, i quali affermano  che i risultati raggiunti potrebbero portare  a significativi progressi nella campo delle previsioni meteorologiche spaziali.

"Il filmato ci ha fatto venire i brividi lungo la schiena"- afferma Craig DeForest del Southwest Research Institute di Boulder, Colorado.
"Inizia con la trasformazione di un enorme CME in uno spettacolare muro di plasma che si propaga sino ad investire come un'onda il puntino blu rappresentato dal nostro pianeta. Mi sono sentito molto piccolo."


Le CME sono straordianarie eiezioni di plasma solare dovute alle esplosioni innescate dalla "scintilla" dei brillamenti solari. La quantità di plasma ammonta a miliardi di tonnellate! Quando esse raggiungono il nostro pianeta, possono causare aurore, tempeste di radiazioni, ed anche interruzioni di corrente. Il monitoraggio e la previsione del loro arrivo sono un aspetto rilevante delle previsioni meteorologiche spaziali.

Still from video of the orbital positions and fields of view of the STEREO spacecraft during the December 2008 CME. The orange area represents the CME. Credit: NASA/Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio

"Abbiamo visto tante CME, ma mai  simili a questa"- afferma Lika Guhathakurta, scienziata del programma per la missione STEREO al quartier generale della NASA. "STEREO-A ci ha offerto una nuova visione delle tempeste solari".

"Riuscire a individuare e definire queste deboli nubi nella confusione generata dalla luce delle stelle e dalla polvere interplanetaria è stata una sfida enorme"- afferma DeForest.

Il filmato della tempesta solare, appena pubblicato, è stato registrato nel dicembre 2008 ed i ricercatori vi hanno lavorato sopra per tre lunghi anni. Finalmente è stata perfezionata una  tecnica che  può essere impiegata regolarmente e senza ritardi di elaborazione.

I vantaggi per le previsioni meteorologiche dello spazio sono consistenti, a detta degli scienziati.

Il filmato individua sia la massa che il tempo impiegato dalla CME per arrivare sulla Terra. Dalla sua intensità luminosa, i ricercatori possono risalire con estrema precisione alla densità del gas. Come affermato sopra nell’articolo,  i risultati dell’evento registrato nel  2008 sono in linea con le effettive misure rilevate "in situ". Con questa tecnica, applicata alle tempeste che si manifesteranno in futuro, le previsioni per l’impatto saranno più precise.

Di seguito il filmato.



Nel corso della conferenza stampa, DeForest ha messo in evidenza alcuni aspetti salienti del filmato: nella sua fase iniziale, la CME si presenta piena di vuoti interni, alla sinistra del Sole, ma, appena inizia a coprire il percorso dal Sole alla Terra, la sua forma si modifica notevolmente.  Essa, attraversata e mossa dal vento solare, si raccoglie per formare un impressionante muro di plasma, che, nella sua propagazione verso la Terra, ha ceduto verso l'interno a causa della pressione esercitata dal gas accumulato.

Le trasformazioni magnetiche, messe in luce nel filmato, hanno esercitato un forte impatto su Guhathakurta, la quale afferma: "Sono da sempre convinta che in eliofisica la comprensione del campo magnetico equivalga al problema dell'energia oscura in astrofisica.  Pur non essendo spesso in grado di osservarlo, in realtà il campo magnetico è  protagonista in quasi tutto. Le immagini della STEREO ci consentono di osservare gli effetti generati dall’azione del campo magnetico".

I relatori, presenti alla conferenza stampa, sono stati concordi nel sottolineare come le immagini elaborate superino la comprensione di un singolo evento. La fisica della struttura fine dei CME è stata “anatomizzata” per la prima volta, dando impulso ad un significativo sviluppo dei modelli teorici che si spera possano far elaborare dettagliate previsioni sulle future CME.

"Questo è esattamente l’obiettivo della missione STEREO sin dal suo avvio"- conclude Guhathakurta- "ed è altamente gratificante  vederlo oggi realizzato!"

Di seguito, una bellissima infografica da www.space.com sulla struttura di una tempesta solare.