Le correlazioni tra l’attività solare e il clima terrestre: analisi e previsioni della scienza

Il Sole e la Terra

Il Sole, a differenza di altre stelle, è una stella molto costante in dimensioni e luminosità, con variazioni dello 0,1% nel corso della sua attività undecennale. Un numero sempre crescente di ricercatori, tuttavia, crede che queste piccole variazioni possano avere un effetto significativo sul clima terrestre. E’ quanto sostiene un rapporto pubblicato dal National Research Council (NRC), dal titolo “Gli effetti della variabilità solare sul clima della Terra,” il quale espone alcuni dei modi sorprendentemente complessi con cui l’attività solare può farsi sentire sul nostro pianeta. Comprendere eventuali connessioni tra la nostra stella e il clima terrstre, richiede competenze specifiche in settori come la fisica, l’attività solare, la chimica atmosferica e la dinamica dei fluidi, la fisica delle particelle energetiche, e la storia geologica della Terra. Dal momento che nessun singolo ricercatore possiede l’intera gamma di conoscenze necessarie per poter affrontare il problema, l’NRC ha dovuto riunire decine di esperti provenienti da tutto il mondo, unendo gli sforzi in un contesto multi-disciplinare.

Credit: Greg Kopp, University of Colorado.

Uno dei partecipanti, Greg Kopp del Laboratorio di Fisica dell’Atmosfera e dello Spazio presso l’Università del Colorado, ha sottolineato che, nonostannte le variazioni di luminosità del ciclo di Schwabe cambino di un solo decimo di punto percentuale rispetto alla produzione totale del Sole, questo valore può essere realmente importante. “Le variazioni a breve termine della radiazione solare superano tutte le altre fonti di energia (come ad esempio la radioattività naturale nel centro della Terra)”, dice l’esperto. Particolare importanza è rivestita dalla radiazione nell’estremo ultravioletto, che raggiunge un picco intorno al massimo solare. All’interno della fascia relativamente ristretta di lunghezze d’onda EUV, l’attività non varia di un minuscolo 0,1%, ma da fattori di 10 o più. Questo può influenzare fortemente la chimica e la struttura termica dell’atmosfera superiore.

Credit: NASA

Diversi ricercatori hanno discusso sulle modalità di influenza del Sole sul clima terrestre. Carl Jackman del Goddard Space Flight Center, ha descritto come gli ossidi di azoto creati da particelle energetiche solari e raggi cosmici nella stratosfera, possano ridurre i livelli di ozono di una piccola percentuale. Isaac Held del NOAA, ha compiuto un ulteriore passo in avanti; egli sostiene che la perdita di ozono nella stratosfera potrebbe alterare la dinamica dell’atmosfera sottostante. “Il raffreddamento della stratosfera polare associata alla perdita di ozono aumenta il gradiente orizzontale di temperatura vicino alla tropopausa,” spiega. “In altre parole, l’attività solare può, attraverso una serie complessa di influenze, spingere le tempeste di superficie fuori rotta”, aggiunge lo scienziato. Molti dei meccanismi proposti durante il seminario sono stati dedicati alle interazioni con l’atmosfera e gli oceani, sulla termodinamica o sulla fisica dei fluidi. Gerald Meehl del Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica (NCAR), ha presentato prove convincenti che la variabilità solare sta lasciando un’impronta sul clima, in particolare nel Pacifico. Secondo il rapporto, quando i ricercatori osservano i dati di temperatura sulla superficie marina in proossimità dell’anno di picco massimo dell’attività undecennale, il Pacifico tropicale mostra un modello pronunciato del fenomeno La Nina, con un raffreddamento di circa 1°C nell’equatore orientale. Inoltre, ci sono segni di precipitazione maggiore nella zona di convergenza intertropicale (ITCZ), e nella zona di convergenza a sud del Pacifico (SPCZ). I segnali del ciclo solare sono così forti nel Pacifico, che Meehl e i suoi colleghi hanno cominciato a chiedersi se qualcosa nel sistema climatico del Pacifico agisca per amplificarli. “Uno dei misteri relativi al sistema climatico della Terra, è come le fluttuazioni relativamente piccole del ciclo di 11 anni, siano in grado di produrre l’entità dei segnali climatici osservati nel Pacifico tropicale.

Credit: AAAS

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno considerato la possibilità che il Sole giochi un ruolo fondamentale nel riscaldamento globale. Dopotutto, la nostra stella è la principale fonte di calore del pianeta. Il rapporto NRC suggerisce, tuttavia, che l’influenza della variabilità solare è più regionale che globale, in quanto non tutte le aree del globo sono interessate allo stesso modo. La regione del Pacifico ne è solo un esempio, ma di prove concrete ce ne sarebbero molte altre. Raymond Bradley dell’Università del Massachussets, ha studiato record storici dell’attività solare impressa dai radioisotopi degli anelli di accrescimento degli alberi e nelle carote di ghiaccio, arrivando alla conclusione che le precipitazioni regionali sembrano essere più interessate della temperatura. “Se c’è davvero un effetto solare sul clima, si manifesta con cambiamenti nella circolazione generale, piuttosto che in un segnale diretto della temperatura“, sostiene il ricercatore. Ciò è in sintonia con la conclusione dell’IPCCe delle precedenti relazioni NRC, le quali sostengono che la variabilità solare non è la causa del riscaldamento globale negli ultimi 50 anni.

Credit: NASA Marshall Space Flight Center.

Molto è stato fatto tra il probabile collegamento tra il minimo di Maunder, il periodo che va circa dal 1645 al 1715 d.C. caratterizzato da una situazione in cui il numero di macchie solari divenne estremamente basso, e la parte più fredda della Piccola Era Glaciale, in cui l’Europa e il Nord America furono sottoposti a un periodo gelido. Attraverso recenti studi condotti grazie ai dati di Hipparcos, acronimo di High Precision Parallax Collecting Satellite (Satellite per ottenere parallassi ad alta precisione), si è stabilito che il Sole ptrebbe essere sulla soglia di un piccolo minimo di Maunder. L’attuale ciclo solare 24 è il più debole degli ultimi 50 anni. Inoltre la tendenza parla di un probabile lungo periodo di indebolimento della forza del campo magnetico delle macche solari. Matt Penn e William Livingston del National Solar Observatory (non partecipanti al convegno), prevedono infatti che il ciclo solare 25 sarà caratterizzato da un’assenza totale di macchie solari; “se il sole in realtà sta entrando in una fase sconosciuta del ciclo solare, allora dobbiamo raddoppiare i nostri sforzi per comprendere i collegamenti tra attività solare e clima“, osserva Lika Guhathakurta della NASA, che ha contribuito a finanziare lo studio NST. “Il rapporto offre alcune buone idee su come iniziare“, conclude.

Credit: NASA

Nella sessione conclusiva, i ricercatori hanno individuato una serie di possibili passi successivi. Primo fra tutti l’invio di una termocamera radiometrica che permetta di mappare la superficie e rivelare i segreti più oscuri della luminosità solare. I dispositivi attualmente utilizzati per misurare la radiazione solare totale (TSI) hanno dei limiti. Il Sole non è una palla informe di luminosità uniforme. Al contrario, il disco solare è punteggiato dai nuclei scuri delle macchie solari e contraddistinto dalle brillanti facole, che a differenza delle macchie solari, non tendono a scomparire in presenza del minimo solare. Una rilevanza scoperta attraverso i record paleoclimatici, che ne hanno mostrato l’attività anche durante il minimo di Maunder. Poiché i meccanismi di influenza del sole sul clima sono complicati, ci dovranno lavorare molti ricercatori di vari campi, per cui è utile che i dati siano resi loro pubblici. Hal Maring, climatologo presso la sede della NASA che ha studiato il rapporto, rileva che sono state suggerite tante possibilità interessanti, tra le quali alcune sono state prese in seria considerazione. Una tra queste è lo studio attraverso gli anelli di accrescimento degli alberi e le carote di ghiaccio, dal momento che le variazioni del campo magnetico terrestre e della circolazione atmosferica ne possono essere influenzate maggiormente. Non mancano le idee in merito allo studio di altri corpi dell’Universo. Resta una sfida affascinante e fondamentale per i ricercatori. Il tempo sarà certamente un alleato in più per risolvere questo difficilissmo dilemma.