I campi magnetici del Sole sono un groviglio complesso, tortuoso e in costante mutamento. In particolare, le regioni polari della nostra stella ospitano aree note come “buchi coronali polari”, che contengono invisibili autostrade magnetiche protese verso lo spazio interplanetario. Tuttavia, molto resta da scoprire sul funzionamento effettivo di queste autostrade e, in particolare, su come esse conferiscano alle particelle del vento solare veloce quella spinta supplementare capace di farle sfrecciare a centinaia di chilometri al secondo. Un nuovo studio, condotto da un team dell’Università di Pechino, guidato dal Dott. Yuhang Gao e dal Professor Hui Tian e pubblicato di recente sulla rivista National Science Review, suggerisce una possibile risposta: utilizzando immagini ad alta velocità acquisite dalla sonda Solar Orbiter, i ricercatori hanno individuato in tali aree onde magnetiche rapide e ad alta frequenza mai osservate prima.
Immagini molto più rapide e a risoluzione più elevata
Un elemento chiave di questa scoperta è la velocità di acquisizione delle immagini. Gli strumenti precedenti, come il Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA, scattavano immagini ogni 12 secondi con una risoluzione spaziale di circa 1.100km per pixel. La strumentazione più avanzata ha invece permesso di ottenere immagini molto più rapide e a risoluzione più elevata. Lo strumento EUI (Extreme Ultraviolet Imager) di Solar Orbiter cattura un’immagine ogni cinque secondi, con dettagli fino a 420km per pixel: una precisione più che doppia e una velocità doppia rispetto agli strumenti precedenti.
Lo studio
Analizzando i dati raccolti da entrambi gli strumenti nel settembre 2021, gli autori hanno sottoposto le informazioni a un programma automatizzato di tracciamento delle onde magnetiche denominato NUWT (Northumbria University Wave Tracking). Esaminando attentamente i “pennacchi solari” – strutture magnetiche simili a raggi che si protendono dal polo nord del Sole – i ricercatori hanno notato una netta differenza nel numero di onde rilevate dai due osservatori. Con l’SDO, l’algoritmo ha individuato 560 eventi ondulatori, mentre con l’EUI ne ha rilevati 2.318: oltre quattro volte tanto.
La differenza sembrava dipendere dalla frequenza. Il 38% delle onde osservate dall’EUI presentava periodi inferiori a 100 secondi, contro appena il 9% delle onde rilevate dall’SDO. Un altro fattore determinante è stato la velocità, ovvero la rapidità con cui si spostava il filamento di plasma. La velocità media rilevata dallo strumento SDO si aggirava intorno ai 9,9km/s, mentre quella rilevata dall’EUI era in media di 15,4km/s. Poiché l’energia è proporzionale alla velocità, queste onde più rapide trasportano una quantità di energia decisamente maggiore. In base ai calcoli dello studio, queste onde trasportano 2,6 volte più energia rispetto a quanto stimato in precedenza.
L’origine delle increspature magnetiche
Esistono numerose teorie sull’origine di queste increspature magnetiche. I ricercatori ipotizzano tre possibili fonti. La prima riguarda l’incontro tra anelli magnetici e linee del campo magnetico non connesse: tale interazione provoca la rottura e la riconfigurazione delle linee, lanciando contemporaneamente nello spazio increspature ad alta frequenza. Una seconda spiegazione suggerisce che esse si formino all’interno di un gigantesco getto di plasma noto come “spicola“, capace di immettere direttamente queste rapide onde trasversali nei pennacchi sovrastanti. Una terza ipotesi prevede che onde più grandi e lente possano rimbalzare l’una contro l’altra, generando “cascate turbolente” di onde più piccole e ad alta frequenza.
Due misteri della fisica solare
Sebbene i meccanismi alla base della loro formazione non siano ancora del tutto chiari, queste onde potrebbero contribuire a risolvere due misteri interconnessi della fisica solare: perché lo strato esterno del Sole è così caldo e come fanno le particelle del vento solare veloce ad accelerare fino a velocità così elevate? Secondo lo studio, le onde rapide che si propagano nell’alta atmosfera solare sono soggette a fenomeni quali l’assorbimento risonante e il mescolamento di fase, trasferendo gran parte della loro energia all’ambiente circostante. È probabile che una parte di tale energia si trasformi direttamente nel calore responsabile delle temperature estreme degli strati esterni del Sole, capaci di superare il milione di gradi Celsius. Un’altra quota di energia potrebbe invece alimentare direttamente i processi cinetici che imprimono agli ioni la velocità necessaria a generare il vento solare veloce.
Va precisato che tali meccanismi non sono ancora stati definiti con esattezza e che l’energia complessiva calcolata a partire da questo specifico set di dati risulta inferiore di circa un ordine di grandezza rispetto a quella che, secondo altri modelli, sarebbe necessaria per innescare completamente il vento solare. Tuttavia, i risultati dimostrano che un’enorme quantità di energia è presente proprio sotto i nostri occhi, sebbene finora celata dai limiti della nostra tecnologia.
Tale tecnologia offre ancora margini di miglioramento, grazie a missioni come il previsto Solar Polar-orbit Observatory (SPO), il cui lancio è programmato per l’inizio del 2029. Grazie al suo punto di osservazione unico, la missione fornirà informazioni senza precedenti sul caos magnetico che caratterizza i poli solari; i suoi strumenti potrebbero persino essere sufficientemente rapidi da rilevare un maggior numero di onde ad alta energia, contribuendo così a risolvere definitivamente tali misteri.