Macchie solari in arrivo

Grande macchia solare in arrivo. L’alert è arrivato dagli scienziati del National Solar Observatory (Nso) statunitense. Diciamolo subito, a scanso d’equivoci: non c’è nessun particolare allarme in vista. Di macchie solari, ora che il Sole si sta risvegliando, ne torneremo a vedere spesso e numerose, nei prossimi anni. Il motivo per cui se ne parla, in questo caso, è dovuto al metodo impiegato dal team dell’Nso per prevederne l’arrivo: l’eliosismologia. Così come l’analisi delle onde sismiche che attraversano il nostro pianeta permette di scoprire qualcosa del suo interno, un cambiamento nelle misurazioni delle onde sonore del Sole – perturbate dagli intensi campi magnetici delle regioni attive – indica che potrebbero essere presenti macchie solari ancora non visibili sul lato della nostra stella rivolto verso la Terra. E ciò che è accaduto nel caso della regione attiva Ar 2786: in pratica si sono “sentiti”, nelle onde sonore che si propagano dall’interno del Sole, cambiamenti forieri dell’imminente comparsa di nuove macchie solari – macchie che ora possiamo vedere dalla Terra nei pressi del lembo solare orientale. «Abbiamo misurato una variazione nei segnali acustici sul lato del Sole più lontano da noi», spiega Alexei Pevtsov dell’Integrated Synoptic Program dell’Nso, il programma che si occupa delle previsioni. «È una tecnica che ci permette di capire cosa sta succedendo sul lato del Sole che non è rivolto verso la Terra alcuni giorni prima che il fenomeno diventi a noi visibile. Sapere con fino a cinque giorni di anticipo che ci sono macchie solari attive è estremamente prezioso per una società come la nostra, ad alto contenuto tecnologico». Proprio per anticipare l’arrivo di tempeste solari – potenzialmente dannose per le telecomunicazioni, i sistemi Gps e le reti di distribuzione dell’energia elettrica – l’Nso tiene d’occhio il Sole 24 ore su 24, 7 giorni su 7, attraverso il sistema Gong (Global Oscillation Network Group): una rete di sei stazioni di monitoraggio, posizionate in tutto il mondo, che tengono interrottamente monitorato il campo magnetico e altre caratteristiche della nostra stella. Sono comunque osservazioni che si compiono non solo da terra ma anche dallo spazio, con il Solar Dynamics Observatory della Nasa. «Le osservazioni del Sole dalla Terra sono limitate all’emisfero visibile, ovvero quello rivolto verso di noi. Emisfero che cambia continuamente: il Sole ruota intorno al proprio asse in circa 25 giorni all’equatore e 32 giorni ai poli, perciò vediamo una macchia solare comparire al bordo est, attraversare il disco solare e scomparire al bordo ovest dopo circa 14 giorni a latitudini intermedie. Possiamo però ricavare indirettamente la posizione della macchia, purché sia estesa e quindi con forte campo magnetico, anche quando la rotazione la porta nella parte del Sole non visibile dalla Terra», spiega a Media Inaf Mauro Messerotti, senior advisor dell’Inaf per lo space weather. «Potremo pertanto capire se la macchia esiste ancora e se dobbiamo aspettarci che compaia nuovamente al bordo est trascorsi altri 14 giorni. Oppure possiamo capire se si sia formata qualche grande macchia proprio nella parte che non vediamo e che la rotazione farà comparire al bordo est. Ciò si può fare grazie, appunto, all’eliosismologia, che sonda la parte a noi nascosta del Sole studiando le onde acustiche (oscillazioni) che si propagano nel plasma solare, rilevate sulla parte visibile con tecniche spettroscopiche e la cui velocità dipende dalla densità del plasma e dall’intensità dei campi magnetici lungo il percorso di propagazione. Così è stata identificata la regione attiva Ar 2786 diversi giorni prima che comparisse al bordo est. L’enorme macchia solare che la caratterizza è ora ben visibile». Media Inaf

Così il Sole “influenza” la Terra

Lo schema mostra l’andamento nel tempo dei contagi per una epidemia influenzale, come emerge dai risultati del modello teorico proposto dal team coordinato da Fabrizio Nicastro. Crediti: Paolo Bonfini – Università di Creta

Perché gran parte delle malattie virali che si diffondono nel mondo si sviluppano ciclicamente in autunno e inverno nelle regioni temperate del globo? Secondo un gruppo multidisciplinare di ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), dell’Università Statale di Milano, dell’Agenzia regionale per la protezione dell’ambiente (Arpa) della Lombardia e dell’Irccs Fondazione Don Gnocchi la risposta è legata al Sole: il modello teorico da loro sviluppato infatti mostra la forte correlazione dell’andamento di queste epidemie con le stagioni sul nostro pianeta, in particolar modo con la quantità di irraggiamento solare che arriva a terra durante il giorno. Il lavoro del team italiano è stato recentemente pubblicato sulla rivista iScience. «Il nostro modello offre una risposta semplice a un importante quesito scientifico ancora insoluto», dice Fabrizio Nicastro, ricercatore Inaf e primo autore dell’articolo. «Perché molte delle epidemie virali a trasmissione respiratoria, come l’influenza, si sviluppano ciclicamente solo nei periodi autunnali e invernali delle zone temperate degli emisferi nord e sud del mondo, mentre sembrano essere sempre presenti – seppure con intensità ridotta rispetto a quelle dei cicli stagionali nelle zone temperate – nella fascia equatoriale? E cosa determina questa stagionalità? Nel nostro lavoro, proponiamo che a determinare la stagionalità di queste epidemie altro non è che ciò che determina le stagioni sul nostro pianeta: la quantità di irraggiamento solare che arriva a terra durante il giorno». È noto che la luce ultravioletta (Uv) è in grado di disattivare – cioè rendere innocui per l’organismo – virus e batteri di molti tipi diversi, e che la dose necessaria alla disattivazione dipende dal tipo di virus o batterio. I raggi Uv solari che arrivano a Terra, dunque, dovranno avere un qualche potere “disinfettante” su luoghi esposti del pianeta. L’efficienza nell’inibire un particolare ceppo di virus dipende dal virus stesso, ma sarà senz’altro maggiore durante i periodi dell’anno in cui l’irraggiamento è maggiore (estate), e minore nei periodi con irraggiamento più basso. Questa ciclicità dell’azione disinfettante solare, con frequenza annuale, è in grado di “risuonare” costruttivamente con un’altra frequenza tipica dell’epidemia: quella della perdita di immunità. La combinazione di questi due fattori innesca così la stagionalità del fenomeno, fino a renderlo epidemico su tempi scala che vanno da pochi anni a decine di anni, a seconda di quanto è lenta la perdita di immunità a un dato virus. Il modello proposto dai ricercatori italiani riproduce assai bene la stagionalità osservata in diverse parti della Terra per epidemie virali con indice di contagio intrinseco (R0) minore di circa 2 – l’influenza ha tipicamente un valore R0 circa uguale a 1 – ed è in grado di modellare bene anche i dati di pandemie quali quella attuale (Sars-CoV-2) con un indice di contagio intrinseco alto (R0 compreso tra 3 e 4), prevedendo cicli iniziali intermittenti molto intensi cui seguono cicli meno intensi e che si stabilizzano (su tempi scala che dipendono dal periodo di perdita dell’immunità tipico del virus) con intensità moderata con periodo finale annuale sincronizzato con quello delle stagioni. «Da un punto di vista prettamente immunologico, questi dati chiariscono una delle misteriose osservazioni che da sempre attendono risposta: perché le epidemie influenzali spariscono quando si è ancora lontanissimi dall’avere raggiunto una immunità di gregge?», aggiunge Mario Clerici, professore di immunologia all’Università di Milano e alla Fondazione Don Gnocchi, che ha partecipato allo studio. «I dati dell’epidemia Sars-CoV-2 in Italia sono anch’essi ben descritti dal nostro modello», conclude Nicastro, «ma le previsioni sul futuro dipendono criticamente, oltre ovviamente che dall’attuazione o meno di misure di contenimento e dalla loro severità, dalla efficienza del meccanismo di inattivazione del Covid-19 per mezzo dei raggi ultravioletti di tipo B ed A, che il nostro team è in procinto di misurare in collaborazione con l’Università di Milano». (Ufficio Stampa Inaf)

Il 25esimo ciclo solare

Nell’ultimo anno e mezzo, il Sole è stato piuttosto tranquillo: difficilmente si sono viste comparire sulla sua superficie macchie solari, o brillamenti si sono sollevati, scagliando radiazioni e particelle nello spazio. Tuttavia, come mostrano ora i dati osservativi, negli ultimi nove mesi l’attività solare ha ripreso lentamente a crescere. Già a dicembre 2019 la nostra stella ha superato il minimo di attività, evento che si verifica circa ogni undici anni. Ciò conferma le previsioni fatte dal Solar Cycle 25 Prediction Panel, un panel internazionale di esperti organizzato da Nasa e Noaa (National Oceanic and Atmospheric Administration), nel marzo dello scorso anno. Il gruppo, i cui membri includono Robert Cameron dell’Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (Mps) in Germania, si aspetta che il Sole sia entrato nel venticinquesimo ciclo solare e che anche questo ciclo sarà piuttosto tranquillo, come lo è stato negli undici anni precedenti. Da più di 30 anni, Nasa e Noaa invitano regolarmente esperti internazionali a prevedere l’attività solare degli anni a seguire. Non è un compito facile, poiché il comportamento della nostra stella passa dall’affidabile al capriccioso. Fasi di alta e bassa attività solare si alternano con un ritmo sorprendentemente regolare: due minimi di attività sono regolarmente separati da undici anni. Allo stesso tempo, alcune proprietà dei cicli solari – come la loro forza e la durata esatta – possono variare e non sembrano obbedire, a lungo termine, a una regola ben definita. Nasa e Noaa hanno annunciato ieri che la più recente previsione del ciclo solare, del marzo 2019, ha superato il suo primo test e ha previsto correttamente l’inizio del prossimo ciclo, il venticinquesimo dall’inizio di quelle che sono considerate osservazioni solari affidabili. Il Solar Cycle 25 Prediction Panel aveva previsto l’inizio del ciclo tra novembre 2019 e ottobre 2020. Negli ultimi mesi, le misurazioni dei satelliti hanno mostrato che l’attività solare è effettivamente aumentata di nuovo da dicembre 2019. Determinare in anticipo il comportamento della nostra stella non è solo di interesse scientifico. «Nelle fasi di alta attività, violente eruzioni di particelle e radiazioni dal Sole possono anche influenzare la Terra», afferma Cameron. Nel peggiore dei casi, ciò può causare danni alle tecnologie satellitari o mettere in pericolo gli astronauti. A tal proposito, il nuovo ciclo solare dovrebbe dare pochi motivi di preoccupazione. Il Prediction Panel prevede che sia simile al suo piuttosto debole predecessore. La forza dei cicli solari ha mostrato una chiara tendenza al ribasso dagli anni ’80. «Come sembra, l’attuale periodo di bassa attività solare, rispetto ai cicli intensi della maggior parte degli ultimi 50 anni, continuerà nei prossimi undici anni», afferma Cameron. Il prossimo massimo solare, piuttosto debole, dovrebbe verificarsi tra novembre 2024 e marzo 2026. Sebbene le previsioni dei cicli solari precedenti si siano dimostrate, in alcuni casi, notevolmente fuori strada, Cameron è convinto che il comportamento del Sole possa essere determinato in anticipo, ma solo di pochi anni. Secondo lui, le nuove scoperte nella ricerca solare rendono possibile questo genere di previsioni. Indizi importanti sono forniti da strutture magnetiche locali, apparse anni prima sulla superficie visibile del Sole. Queste cosiddette regioni bipolari sono costituite da aree strettamente adiacenti di polarità magnetica opposta e sono spesso accompagnate da macchie solari. Come su una specie di nastro trasportatore solare, nel corso di diversi anni enormi flussi di plasma trasportano questi campi magnetici locali da vicino all’equatore ai poli solari, costruendo così il campo magnetico solare globale che dà forma al ciclo solare successivo. Ai poli, il plasma scende nell’interno del Sole, dove ritorna all’equatore. «Ogni rivoluzione dura circa undici anni ed è la base fisica del ciclo solare», afferma Cameron. Per le previsioni dell’attività solare, da un lato è fondamentale osservare in modo preciso e continuo il numero e la distribuzione delle regioni bipolari che si formano sulla superficie del Sole, anni prima – e ormai da diversi anni, satelliti come il Solar Dynamics Observatory della Nasa forniscono i dati necessari per farlo – dall’altro, l’eliosismologia – una sotto-disciplina ancora giovane della ricerca solare – permette di visualizzare i processi all’interno del Sole e quindi di determinare l’esatta velocità dei flussi di plasma che costituiscono il nastro trasportatore solare. «Con questi metodi possiamo prevedere, con diversi anni di anticipo, come si comporterà il Sole nel prossimo ciclo solare», conclude Cameron. Tuttavia, previsioni che vadano oltre un ciclo solare non sono in linea di principio possibili. Media Inaf ha chiesto un commento a Mauro Messerottisenior advisor dell’Inaf per lo space weather, che da mesi, con la sua Nikon P1000, sta curando il bollettino solare del giorno sui nostri social. Mauro, alla luce della sua quarantennale esperienza, ha messo in evidenza questi aspetti: «Secondo il pannello di esperti della Nasa e della Noaa, che studiano l’evoluzione del ciclo di attività solare, il minimo numero di macchie – mediato su un periodo di 13 mesi di centro il mese d’interesse – si è verificato nel mese di dicembre 2019. Questo identifica convenzionalmente il minimo dell’attività solare, ovvero la fine del Ciclo 24 e l’inizio del nuovo Ciclo 25. Però, come si è visto nei mesi passati, ciò non significa che l’attività solare riprenderà immediatamente con una messe di brillamenti, particelle accelerate ed eiezioni di massa dalla corona (Cme), poiché l’aumento del numero e dell’intensità di questi fenomeni è legato alla presenza in fotosfera di gruppi di macchie con distribuzione complessa delle polarità dei campi magnetici associati. Tipicamente il tempo di salita verso il massimo del ciclo di attività è di 6 anni. Quindi siamo solo a un timido inizio. Ciò è testimoniato anche dal fatto che a oggi il Sole è privo di macchie solari da ben 27 giorni consecutivi né vi sono indicazioni che nei prossimi giorni la situazione cambierà. Inoltre, la forma della corona solare è elongata sul piano equatoriale e anche questo è indice che il Sole è ancora quieto. Gli esperti del pannello prevedono che anche il nuovo Ciclo 25 sarà di modesta intensità massima, continuando la tendenza a indebolirsi degli ultimi 4 cicli, pur senza che questo precluda la possibilità di avere fenomeni molto intensi, per quanto con frequenza significativamente minore. Va infatti ricordato che varie tempeste geomagnetiche estreme causate dall’attività solare si sono verificate proprio in cicli di modesta intensità. Infine, se il ciclo di attività sarà modesto, ciò determinerà una maggior quantità di raggi cosmici a minore energia, che il vento solare meno denso e più lento non sarà in grado di schermare, come si sta verificando in questo periodo. Non dovremo perciò allentare la guardia sul monitoraggio e la previsione dello space weather, perché gli impatti sui sistemi tecnologici e su quelli biologici ci saranno in qualsiasi condizione». (Media Inaf)

Individuata una stella “gemella” del Sole

Inseguito da tempo, è stato trovato il “gemello del Sole”. Si chiama  Hd 186302 , è distante 184 anni luce, ha la stessa composizione chimica del Sole ed è nato dalla stessa nube di gas e polveri che ha dato origine alla nostra stella. La sua scoperta è pubblicata sulla rivista  Astronomia e astrofisica  dai guida guidati da  Vardan Adibekyan  dell’Istituto di astrofisica del Portogallo. Sono anni che gli astronomi sono una caccia al gemello del Sole, perché le stelle non nascono da sole, ma «in gruppi di centinaia e migliaia, dalla stessa nube di gas e polveri, che è aggregata per instabilità gravitazionale. Con il tempo le stelle di questi ammassi si allontanano e si disperdono », ha detto all’Ansa  Isabella Pagano, dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) di Catania. Di conseguenza, ha aggiunto, il Sole non ha un solo gemello, ma non ha tanti, e individuarli «può aiutarci a capire dove si trova nella galassia e in quali condizioni il Sole è stato formato», ha notato Adibekyan. I ricercatori hanno esaminato 20mila stelle censite dal satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea (Esa) e hanno selezionato quelle più simili al Sole. Fra esse la più simile è risultata Hd 186302, sia per dimensioni, temperatura, composizione, calma e nel modo in cui si muove nello spazio. La stella sembra essere anche coetanea del Sole, che ha 4,5 miliardi di anni, «tuttavia – ha riscontrato Pagano – gli investimenti ammettono che sono necessari altri studi per calcolare meglio meglio». Il prossimo passo sarà anche cercare eventuali pianeti in orbita intorno alla stella, perché la scoperta potrebbe avere implicazioni per la ricerca della vita: l’uso posto nell’universo in cui sappiamo con certezza che è formata la vita è il Sistema solare. Ciò significa che dimensioni, età, temperatura, temperatura e composizione chimica del Sole sono tutti elementi compatibili con la vita così come la conosciamo. Quindi eventuali pianeti simili alla Terra in orbita attorno alle stelle con le stesse caratteristiche del Sole, secondo gli esperti, possono avere le condizioni per ospitare la vita.
Redazione Ansa

Stelle letali

La Terra viene spesso investita da eruzioni solari. Le enormi quantità di plasma caldo riversate dal Sole nello spazio in queste occasioni sono all’origine di quello spettacolo della Natura noto come aurora polare. Un fenomeno poetico che ci ricorda, però, quanto la nostra stella sia un vicino di casa imprevedibile: le eruzioni solari possono avere, in casi estremi, anche gravi conseguenze per il nostro pianeta. Nulla, tuttavia, in confronto alle eruzioni che si osservano in altre stelle, i cosiddetti superflares. I superflares o, letteralmente, super-brillamenti, rappresentano un mistero da quando sono stati scoperti in gran numero dalla missione NASA Kepler, quattro anni fa, anche su stelle apparentemente simili al Sole. Gli astronomi si chiedono se i superflares siano prodotti dallo stesso meccanismo che genera le ‘normali’ eruzioni solari. Se è così, vuol dire che anche il Sole è potenzialmente in grado di produrre un super-brillamento. Oppure le stelle che producono superflare sono, a loro modo, speciali?
Un gruppo di ricerca internazionale guidato da Christoffer Karoff dell’Università di Aarhus, in Danimarca, e del quale fanno parte Antonio Frasca e Alfio Bonanno dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania, ha ora fornito risposte ad alcune di queste domande. Risposte non del tutto rassicuranti, l’oggetto di un articolo pubblicato oggi online su Nature Communications.

Un vicino di casa pericoloso

Il Sole è in grado di produrre eruzioni di potenza impressionante, tali da interrompere le comunicazioni radio e i generatori d’energia sulla Terra. La più grande eruzione mai osservata, durante la quale un’enorme quantità di plasma caldo investì il nostro pianeta, ebbe luogo all’inizio del mese di settembre del 1859. Il primo giorno di settembre di quell’anno, per l’esattezza, l’astronomo inglese Richard Carrington osservò, in una delle macchie scure sulla superficie del Sole, l’improvvisa formazione di strutture luminose accecanti, che brillavano più della superficie solare. Questo fenomeno non era mai stato osservato prima e nessuno sapeva quello che sarebbe accaduto in seguito. La mattina successiva, il 2 settembre 1859, le prime particelle emesse da quello che ora sappiamo essere stata un’enorme eruzione solare raggiunsero la Terra. La tempesta solare del 1859 è anche conosciuta come l’Evento di Carrington. Aurore “polari” furono osservate a latitudini inusuali, molto basse, come a Roma, a Cuba e persino alle isole Hawaii. Il sistema telegrafico mondiale andò in tilt. E le registrazioni delle carote di ghiaccio provenienti dalla Groenlandia indicano che lo strato protettivo di ozono dell’atmosfera terrestre fu danneggiato dalle particelle energetiche dalla tempesta solare.

Può il Sole generare un super-brillamento?

Ora, la nostra galassia contiene miliardi di altre stelle, e alcune di queste sperimentano regolarmente eruzioni che possono essere fino a diecimila volte più intense dell’Evento di Carrington. Per capire se questi superflares sono originati dallo stesso meccanismo che produce le eruzioni solari e per valutare, grazie alla grande statistica di stelle analizzate, quale sia la probabilità che la nostra stella generi un evento di questa natura, Christoffer Karoff e il suo team hanno analizzato le osservazioni delle righe del calcio ionizzato, un efficace indicatore dell’intensità di campo magnetico, relative a un campione di quasi 100 mila stelle nella regione di cielo inquadrata dal telescopio spaziale Kepler della NASA. Osservazioni effettuate con il nuovo telescopio Guo Shou Jing (detto anche LAMOST, Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope), ottimizzato per ottenere spettri fino a un massimo di 4.000 stelle simultaneamente (grazie alle 4.000 fibre ottiche collegate al piano focale), così da permettere lo studio – capacità davvero unica – di 100 mila stelle in poche settimane. Con quali risultati? «I campi magnetici sulla superficie delle stelle con superflares», spiegaAntonio Frasca, «sono generalmente più intensi di quelli che misuriamo sul Sole. Se isuperflares si formano in modo analogo alle eruzioni solari, questo è esattamente ciò che ci si aspetta: l’energia emessa nel brillamento è funzione dell’intensità del campo e delle dimensioni delle strutture magnetiche coinvolte. Un risultato che da un lato ci tranquillizza, perché il campo magnetico solare sembra troppo debole rispetto ai valori medi delle stelle con superflares. Ma questo è vero solo “in media”: infatti circa il 10 percento delle stelle con superflares – con energie fino a 50 volte superiori all’Evento di Carrington – da noi studiate presenta un campo magnetico paragonabile a quello solare o anche più basso. Quindi, statisticamente parlando, anche il Sole potrebbe produrre un evento di questa energia. E le conseguenze sulla Terra sarebbero molto gravi, non solo per tutte le apparecchiature elettroniche, ma anche per la nostra atmosfera».

Gli alberi nascondono un segreto

Gli “archivi geologici” mostrano come lo stesso Sole potrebbe aver generato un piccolo superflare nel 775 d.C., con un rilascio di energia circa dieci volte più grande dell’Evento di Carrington. Gli anelli di accrescimento degli alberi indicano, infatti, che grandi quantità di carbonio-14 (un isotopo radioattivo del carbonio) si sono formate nell’atmosfera terrestre in quel periodo. Il carbonio-14 si forma quando le particelle dei raggi cosmici dalla nostra galassia, la Via Lattea, o i protoni energetici provenienti soprattutto dal Sole, colpiscono l’atmosfera terrestre. I protoni energetici sono emessi in grande quantità durante le eruzioni solari. I risultati ottenuti dal telescopio LAMOST rafforzano l’idea che l’evento del 775 d.C. sia stato effettivamente un “piccolo” superflare, ossia un’eruzione solare 10-100 volte più intensa della più grande eruzione solare osservata durante l’era spaziale. I dati raccolti dal telescopio LAMOST possono inoltre essere utilizzati per valutare la frequenza con la quale si verificano superflare su una stella con un campo magnetico simile al Sole. «La stima fornita dal nostro studio», dice Alfio Bonanno, «indica che, su una stella come il Sole, la frequenza per eventi di questa intensità è dell’ordine di un superflare ogni mille anni. La probabilità di avere eventi d’energia maggiore è senz’altro più bassa, e fortunatamente non abbiamo indicazioni d’eventi con energia di 1035 erg (circa 500 volte l’Evento di Carrington) su stelle con campi magnetici paragonabili a quello solare. Un fenomeno simile sarebbe davvero devastante per il nostro pianeta, ma dovrebbe generarsi in una macchia solare con dimensioni dell’ordine del 30 percento del raggio della nostra stella. Una struttura simile non è mai stata osservata sulla fotosfera solare, da quando essa viene seguita con regolarità (quasi 300 anni). Anzi, i gruppi di macchie più grandi osservati hanno dimensioni di pochi centesimi di raggio solare. Forse questo ci rassicura un poco, anche se il Doomsday Argument», conclude Bonanno riferendosi all’ipotesi secondo la quale ci troveremmo oggi più prossimi alla fine della nostra civiltà che ai suoi albori, «è sempre in agguato».
Redazione Media Inaf

Antiche catastrofiche tempeste solari

Un team di ricercatori formato da scienziati delle Università svedesi di Lund e di Uppsala ha pubblicato su Nature Communications uno studio secondo il quale la terra sarebbe stata colpita più di mille anni fa da due tempeste solari di proporzioni catastrofiche. Le tempeste solari sono legate alle eruzioni solari, che provocano l’emissione di grandi quantità di particelle. Se colpiscono la Terra tali particelle interagiscono con il campo magnetico terrestre che le guida verso le aree polari, in cui sono alla base di fenomeni spettacolari come le aurore boreali e australi. Negli ultimi anni la Terra è stata interessata da grandi tempeste solari, che nei casi più violenti hanno portano ad interruzioni nella distribuzione di corrente elettrica, come quella dell’ottobre 2003 in Svezia e del marzo 1989 in Canada. L’Ultimo “allarme” tempesta solare lo abbiamo avuto lo scorso 22 ottobre, quando il sole ha prodotto un lunghissimo brillamento, durato oltre tre ore. Allarme che fortunatamente si è concretizzato in nulla di più che qualche spettacolare fenomeno di aurora, visibile a chi si trovasse ai Poli. Ma le tempeste solari di cui gli scienziati ora hanno ora trovato le tracce nei ghiacci estratti in Groenlandia e Antartide sono stati almeno dieci volte più grandi per intensità rispetto a quello osservato negli ultimi decenni. Dalle evidenze riscontrate i ricercatori giungono alla conclusione che i due eventi studiati sono stati di una potenza maggiore di quanto fino ad oggi si fosse ipotizzato tali fenomeni potessero giungere. «Se eventi di questa intensità colpissero oggi il nostro pianeta avrebbero effetti devastanti sui nostri sistemi di comunicazione, sui satelliti e gli impianti elettrici» dice Raimund Muscheler del Dipartimento di Geologia dell’Università di Lund. I ricercatori di questo ateneo, insieme a colleghi dell’Università di Uppsala, così come ricercatori di Danimarca e Stati Uniti sono da tempo a “caccia” delle tracce lasciate dalle tempeste solari nei ghiacci della Groenlandia e dell’Antartide. Alcuni anni fa i ricercatori hanno trovato tracce di un rapido aumento del carbonio radioattivo nei tronchi di alberi in corrispondenza di anelli risalenti al 774/775 e al 993/994 d.C., e le ragioni di tale innalzamento erano ancora non chiare e assai dibattute. «Nello studio, che viene oggi pubblicato, abbiamo puntato a lavorare in modo sistematico per cercare di scoprire quale fosse la causa di tali eventi ed ora abbiamo l’evidenza dello stesso aumento di carbonio radioattivo nei campioni di ghiaccio corrispondenti agli stessi periodi storici. Grazie a questi nuovi dati è possibile stabilire che la causa di questo misterioso innalzamento del livello di carbonio radioattivo è stato proprio legato a due grandi tempeste solari», aggiunge Muscheler. Lo studio, inoltre, fornisce per la prima volta una valutazione affidabile dei flussi di particelle legate a questi eventi, e Muscheler sottolinea l’importanza di questo dato per la futura pianificazione di sistemi elettronici affidabili: «Queste tempeste solari hanno di gran lunga superato ogni fenomeno analogo ad oggi noto e che si è potuto osservare e misurare sulla Terra. I risultati dovrebbero portare a una nuova valutazione dei rischi connessi con le tempeste solari», aggiunge Muscheler. Su questo nuovo lavoro e sulle tempeste solari in generale abbiamo raccolto un commento di Mauro Messerotti, fisico solare dell’INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Trieste. «Le misure dirette dello spettro delle particelle energetiche solari che hanno dato origine ad impatti sul geospazio, ovvero sui sistemi tecnologici e biologici, sono relativamente recenti, poiché possibili solamente da osservatori spaziali in orbita nelle ultime decine di anni. Vi sono indicatori indiretti – come i radioisotopi di varie specie atomiche – la cui interpretazione è però molto complessa e non sempre univoca. Per questo motivo è molto difficile, ad esempio, stabilire se la tempesta solare di Carrington (1859) sia stata la più intensa in epoche recenti oppure se quella del 1921 l’abbia superata in intensità di impatto, come evidenziato da vari team di ricerca. Attualmente la progettazione dei veicoli spaziali impiega dei livelli di resistenza alle particelle che sono basati sulle misure attuali, alle quali si applica un fattore moltiplicativo di sicurezza per il valore massimo atteso. In questo ambito lo studio considerato indica che gli eventi a particelle del 774/775 e del 993/994 d.C. presentano dei livelli di gran lunga superiori a qualsiasi evento estremo di space weather sino ad oggi conosciuto. Assumendo che eventi di questo tipo possano verificarsi al giorno d’oggi, e non vi è nessuna indicazione scientifica che ciò non possa avvenire, l’impatto sarebbe devastante per la funzionalità di tutti i sistemi tecnologici basati a terra e nello spazio, sia per applicazioni civili che militari. Questo apre un nuovo scenario che obbliga a riconsiderare le peggiori condizioni dell’ambiente di radiazioni nel geo spazio e degli effetti che tali condizioni possono determinare. Sarà pertanto opportuno, per quanto si tratti di possibilità remote, riconsiderare le procedure di protezione civile per far fronte agli impatti sulla società, come anche le soglie di sicurezza nella progettazione dei satelliti e nell’effettuazione delle missioni spaziali. Infatti eventi estremi a bassissima probabilità possono, qualora si verifichino, avere effetti devastanti a lungo periodo. Poche nazioni al mondo hanno la consapevolezza di questo aspetto e sono preparate ad affrontare le situazioni conseguenti».
di Francesca Aloisio (INAF)

Le stagioni del Sole

Abbiamo imparato, partendo dall’osservazione del numero delle macchie solari e via via, sempre più approfonditamente con altri metodi d’indagine, a riconoscere che il Sole completa un ciclo di attività in circa undici anni. Le cose però non sono sempre così semplici: a volte questo intervallo di tempo risulta essere un po’ più breve, a volte un po’ più lungo. A complicare ancora di più la situazione ci sono cicli i cui massimi e minimi sono più o meni intensi di altri e manifestazioni assai violente che si sviluppano nei periodi di salita o di discesa dei cicli. A dare una interpretazione di questi inattesi comportamenti arriva dalle colonne di Nature Communications uno studio guidato da Scott McIntosh, direttore dell’High Altitude Observatory del National Center for Atmospheric Research negli Stati Uniti. Nell’articolo i ricercatori suggeriscono che alla base ci sia un effetto di variabilità ‘stagionale’ del Sole, che si manifesta con un periodo assai più breve – quasi due anni – e che va ad interagire con quello undecennale. Le variazioni stagionali sembrano essere indotte da cambiamenti nelle bande in cui si dispongono gli intensi campi magnetici in ciascun emisfero solare. Queste bande determinano anche l’andamento del ciclo solare a 11 anni, che a sua volta è parte di un andamento periodico più lungo, di durata circa doppia. «Quello su cui ci siamo concentrati è il principale responsabile delle tempeste solari» dice McIntosh. «Capire meglio come si formano queste bande nel Sole e come producano instabilità stagionali ci dà la possibilità di migliorare notevolmente le previsioni di eventi legati alla meteorologia spaziale». Lo studio segue infatti la linea d’indagine sulla variabilità del Sole legata al comportamento delle sue bande magnetiche, iniziata lo scorso anno con un altro articolo, pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal e a prima firma sempre di McIntosh: il quell’articolo si ipotizza che il ciclo undecennale della nostra stella sia guidato dai comportamenti di due bande parallele di polarità magnetica opposta che migrano lentamente, nel corso di quasi 22 anni, da alte latitudini verso l’equatore, dove si incontrano e quindi si annullano a vicenda. Nel nuovo studio, viene messo in evidenza come il processo di migrazione delle bande produce anche variazioni stagionali nell’attività solare che possono raggiungere intensità analoghe a quelle che ne determinano la modulazione a 11 anni. E questo in ciascuno dei due emisferi. «In analogia con le correnti a getto che si propagano nell’atmosfera della Terra, che hanno pesantemente influenzato i comportamenti meteorologici su scale regionali negli ultimi due anni, anche le bande sul Sole generano onde che si propagano molto lentamente ma che possono espandersi e deformarsi» aggiunge Robert Leamon, della Montana State University, che ha partecipato allo studio. «A volte, questo produce un mescolamento di parte dei campi magnetici tra due bande contigue. In altri casi, l’effetto di trascinamento fa emergere campi magnetici prossimi alla tachocline, fino verso alla superficie». Queste risalite di plasma altamente magnetizzato destabilizzano pesantemente la corona e innescano le più violente tempeste solari: più del 95 per cento dei brillamenti e delle eiezioni di massa coronale più intensi possono essere ricondotti ad esse. Questo scenario riesce a spiegare anche il perché gli eventi solari più energetici di solito si concentrano un anno o più dopo il massimo, calcolato tramite il numero delle macchie, fenomeno che prende il nome di Gnevyshev Gap, dal nome dello scienziato sovietico che per primo, negli anni ’40 del secolo scorso, mise in evidenza questo comportamento: a produrlo sarebbero i sempre le variazioni stagionali dell’attività solare. «Il ciclo di attività solare è il risultato dell’evoluzione nel tempo di una complessa varietà di fenomeni che lo caratterizzano, ma che non sono stati ancora completamente identificati e quantificati» commenta Mauro Messerotti, esperto di fisica solare dell’INAF. «Questo aspetto, insieme al fatto che il Sole presenta le caratteristiche di un sistema fisico complesso, rende molto difficile la modellizzazione e quindi la previsione dell’evoluzione del ciclo stesso ed anche dei fenomeni ad esso collegati, come le tempeste solari. Il lavoro di analisi ed interpretazione degli autori aggiunge un ulteriore tassello al mosaico, perché identifica uno dei fattori concorrenti di variazione che dà origine ad una modulazione su una scala di tempo di quasi due anni. Le osservazioni indicano che le tempeste solari si possono verificare in qualsiasi momento del ciclo di attività, ovvero nella fase di salita verso il massimo, al massimo e nella fase di discesa. Sapere che esiste anche una “stagionalità” dei fenomeni con un periodo inferiore a due anni e potendo identificare in quale “stagione”, più o meno produttiva, il Sole si trova, aumenta l’affidabilità delle previsioni dei fenomeni all’origine dello “space weather” come i brillamenti e le eiezioni di massa dalla corona solare (CME, Coronal Mass Ejections)».
di Marco Galliani (INAF)

I buchi coronali del Sole

Il Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA ha catturato questa immagine solare il 16 marzo scorso, che mostra chiaramente due macchie scure, note come “buchi coronali“. Il più grande dei due si trova vicino al polo sud e si estende su una porzione di superficie di circa il 6-8%. Anche se può non sembrare significativo, è uno dei più estesi mai osservati dagli scienziati in decenni. Il buco coronale più piccolo, che si trova in direzione del polo opposto, è lungo e stretto. Si estende per circa 3.8 miliardi di chilometri quadrati di superficie solare, circa lo 0.16% del totale.

Le due zone scure presenti in questa immagine, catturata dal Solar Dynamics Observatory della NASA lo scorso 16 marzo, mostrano due buchi coronali molto estesi. Quello che si trova nella parte bassa è uno dei più grandi mai osservati in decenni. Crediti: NASA/SDO

I buchi coronali sono regioni che presentano densità e temperature inferiori rispetto all’atmosfera esterna del Sole, nota come corona, e sono le zone da cui transitano le componenti ad alta velocità del vento solare, prima di mettersi in viaggio verso il resto del sistema solare. Il campo magnetico solare in queste zone, anziché tornare indietro rapidamente nei tipici loop superficiali del Sole, si estende fino a regioni molto lontane nello spazio.
Le tipiche strutture ad anello del campo magnetico solare appaiono nell’immagine come archi che si muovono attraverso la superficie. Queste regioni possono essere considerate come buchi non coronali. La regione attiva e luminosa nel quadrante in basso a destra è la stess che ha prodotto gli spettacolari brillamenti solari della scorsa settimana. Foto: le due zone scure presenti in questa immagine, catturata dal Solar Dynamics Observatory della NASA lo scorso 16 marzo, mostrano due buchi coronali molto estesi. Quello che si trova nella parte bassa è uno dei più grandi mai osservati in decenni. Crediti: NASA/SDO
di Elisa Nichelli (INAF)

Anche stelle simili al Sole possono esplodere

La nascita delle cosiddette nebulose planetarie – bolle di gas incandescente che nulla hanno a che fare con i pianeti ma che vengono espulse da stelle di bassa e media massa nelle fasi terminali della loro vita – è ritenuto un processo abbastanza lento. Niente a che vedere, insomma, con le repentine deflagrazioni in supernova prodotte da stelle morenti più massicce. Tuttavia, in un recente studio pubblicato su The Astrophysical Journal un gruppo internazionale di ricerca a guida spagnola ha scoperto che fenomeni esplosivi intervengono anche nella formazione di nebulose planetarie. «In qualche migliaio di milioni di anni il nostro Sole esaurirà il suo combustibile nucleare, espandendosi in gigante rossa ed espellendo una parte importante della sua massa. Il risultato finale sarà una nana bianca, circondata da una nebulosa planetaria incandescente. Anche se ogni stella con una massa inferiore a dieci volte quella del Sole passa attraverso questo breve ma importante passaggio finale, molti dettagli del processo ancora ci sfuggono», spiega José Francisco Gómez, ricercatore responsabile del progetto presso l’Istituto di Astrofisica dell’Andalusia. Lo studio si è concentrato sulla stella IRAS 15103-5754, esponente di spicco nello sparuto gruppetto di sedici oggetti celesti conosciuti come water fountain.

Immagine radio e infrarossi di IRAS 15103-5754 che mostra la velocità del materiale nei getti. Crediti: (IAA-CSIC)

Immagine radio e infrarossi di IRAS 15103-5754 che mostra la velocità del materiale nei getti. Crediti: (IAA-CSIC)

Le “fontane d’acqua” sono stelle mature che stanno attraversando lo stato di transizione da giganti rosse a nebulose planetarie, esternando questa loro agonia attraverso l’espulsione di getti della materia che le compone. Questi zampilli possono essere osservati dagli astrofisici attraverso l’intensa radiazione prodotta dalle molecole di vapore acqueo, ovvero l’emissione maser dell’acqua rilevabile nelle microonde dai radiotelescopi. Le fontane danzanti di IRAS 15103-5754 sono apparse ai ricercatori particolarmente interessanti per il fatto che la velocità del materiale all’interno del getto aumenta in proporzione alla distanza dalla stella centrale. «Le molecole d’acqua vengono generalmente distrutte subito dopo la formazione della nebulosa planetaria. Inoltre, nei rari casi in cui è stata rilevata una emissione maser, la velocità è sempre stato molto bassa», dice Luis F. Miranda del Centro d’Astrobiologia spagnolo. «In IRAS 15103-5754 abbiamo osservato per la prima volta un’emissione maser d’acqua a velocità di centinaia di chilometri al secondo. In pratica, stiamo assistendo in tempo reale alla transizione di una stella in nebulosa planetaria». «L’alta velocità può essere spiegata solo dal verificarsi di un’esplosione», conclude Gómez. «I nostri risultati mostrano che, in contrasto con le teorie più diffuse, quando una stella si trasforma in una nebulosa planetaria si produce un’enorme esplosione – breve ma altamente energetica – da cui dipenderà l’evoluzione della stella nelle sue ultime fasi di vita». Secondo gli autori, lo studio delle stelle water fountain è fondamentale per comprendere come avvenga la rottura di simmetria nelle fasi finali della loro vita, e quindi di far luce sulla straordinaria varietà di nebulose planetarie che incontriamo.
di Stefano Parisini (INAF)

Piccole esplosioni scaldano la corona solare

Perché la corona solare è più calda della superficie, arrivando a registrare temperature di alcuni milioni di Kelvin, mentre sulla fotosfera non si arriva a 6.000? La domanda per decenni è rimasta senza risposte certe. Risposte che oggi arrivano dal lavoro pubblicato sulla rivista Science realizzato da un gruppo di ricercatori guidato dalla ricercatrice italiana Paola Testa dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e a cui ha partecipato anche Fabio Reale, dell’Università di Palermo e associato INAF. Il loro studio, basato sui dati raccolti dalla missione Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) della NASA, indica che potrebbero essere piccole esplosioni chiamate “nanoflare” e gli elettroni veloci da esse prodotte la sorgente che fornisce calore alla corona, almeno per quelle regioni dove si registrano le temperature più elevate.
Un brillamento (flare) solare si verifica quando una piccola regione solare si illumina in modo marcato a tutte le lunghezze d’onda della luce. Durante i brillamenti il plasma solare viene scaldato a decine di milioni di gradi nel giro di secondi o tutt’al più alcuni minuti. Contemporaneamente, fasci di elettroni possono venire accelerati a velocità prossime a quelle della luce. Queste particelle sono tra quelle che, quando giungono sulla Terra a seguito delle eruzioni solari, innescano le aurore o creano problemi alle comunicazioni satellitari e i segnali GPS. Questi elettroni veloci possono essere generati anche da esplosioni su scala più piccola, i nanoflare appunto, circa un miliardo di volte meno energetici dei brillamenti veri e propri. «Su questa scala diventa molto difficile individuare i nanoflare e tantomeno gli elettroni che ne sarebbero un tracciante molto importante» dice Fabio Reale.
Indizi della presenza di questi mini brillamenti sono stati tuttavia individuati dai ricercatori analizzando le osservazioni di IRIS condotte nelle zone alla base degli archi coronali. Gli archi coronali sono tubi magnetici arcuati ancorati alla superficie solare in cui è confinato plasma caldo, luminoso nelle bande della radiazione X e dell’estremo ultravioletto. La strumentazione di IRIS non riesce ad osservare il plasma più caldo, che può raggiungere temperature di parecchi milioni di gradi, ma è progettato per studiare quello che ha valori compresi tra 10.000 e 100.000 gradi, condizioni che si verificano proprio ai piedi degli archi di plasma. Anche se non può osservare gli impulsi di calore direttamente, IRIS ne rivela le tracce come piccoli e brevi aumenti di luminosità.
Il gruppo ha dedotto in quelle zone la presenza degli elettroni ad alta energia usando simulazioni numeriche per spiegare le accurate osservazioni spettroscopiche e le dettagliate immagini ottenute da IRIS alla base degli archi. Le simulazioni hanno mostrato che quanto osservato può essere spiegato bene se si considera che l’energia in questi eventi venga trasmessa dagli elettroni di alta energia.
La scoperta degli elettroni ad alta energia non prodotti dai brillamenti ‘standard’ suggerisce che la corona solare sia, almeno in parte, riscaldata dai nanoflare. Le nuove osservazioni, supportate dalle simulazioni dei modelli teorici aiutano gli astronomi anche a capire come gli elettroni siano accelerati a queste energie e velocità, un processo che gioca un ruolo importante in un’ampia varietà di fenomeni astrofisici, dai raggi cosmici ai resti di supernova. In più, questi risultati indicano che le piccole esplosioni che avvengono nell’atmosfera solare sono efficientissimi acceleratori naturali di particelle, viste le energie in gioco in questi eventi, molto minori di quelle che si generano in occasione dei brillamenti.
«La ricerca di elettroni energetici su questa scala così limitata finora non aveva prodotto risultati. Questo lavoro mostra che popolazioni di tali particelle potrebbero essere molto più frequenti e comuni di quanto si ritenesse e stimola nuovo interesse e nuove domande in questa direzione» aggiunge Reale.
di Marco Galliani (INAF)

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