Solar Orbiter pubblica una serie di risultati scientifici dalla sua fase di crociera


Un’immagine dell’atmosfera esterna del Sole, la corona, scattata con lo strumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) a bordo di Solar Orbiter. Questa particolare immagine è stata scattata dall’High Resolution Imager di EUI che lavora alla lunghezza d’onda dell’ultravioletto estremo 17,4 nm (HRIEUV). Scattata il 23 febbraio 2021, questa immagine mostra 384×384 mila chilometri della superficie solare. Per confronto il diametro della Terra è di 12,7 mila chilometri. Il 23 febbraio 2021, l’attività del Sole era tranquilla, ma HRIEUV ha ancora catturato un’attività a getto su scala relativamente piccola sul Sole. Questa attività dinamica è associata ai cosiddetti falò, che sono eruzioni solari in miniatura che gli scienziati hanno scoperto sul Sole con lo strumento EUI poco dopo il lancio di Solar Orbiter.

Per essere una missione che deve ancora entrare nella sua fase scientifica principale, Solar Orbiter ha già generato un sacco di grande scienza. Oggi viene pubblicato un gran numero di risultati della fase di crociera della missione.


Osservazioni forensi della superficie solare, misure di una gigantesca esplosione di particelle energetiche e un incontro con la coda di una cometa sono solo alcuni dei punti salienti degli oltre cinquanta articoli che compongono un numero speciale di Astronomy e Astrophysic e presentati al meeting annuale dell’AGU.

I risultati pubblicati dimostrano la varietà della scienza solare che la missione sta rendendo possibile, e segnalano la ricchezza di dati che stanno tornando sulla Terra“, dice Yannis Zouganelis, vice scienziato dell’ESA per Solar Orbiter.

La fase di crociera di Solar Orbiter è iniziata il 15 giugno 2020, ed è durata fino al 27 novembre 2021. Durante questo periodo, la navicella ha acquisito dati scientifici con i suoi strumenti in situ, che sono progettati per misurare l’ambiente intorno alla navicella. Ha anche usato la sua attrezzatura di telerilevamento per guardare il sole al fine di caratterizzare e calibrare quegli strumenti. Alcuni di questi dati si sono rivelati di così buona qualità che hanno permesso di intraprendere i primi studi scientifici prima della fase scientifica principale, che è iniziata a fine novembre 2021.

Vedere i falò solari in modo più dettagliato

Quando la sonda ha aperto gli occhi per la prima volta, dopo il lancio nel febbraio 2020, il suo Extreme Ultraviolet Imager (EUI) ha scoperto una serie di eruzioni solari in miniatura che gli scienziati hanno soprannominato “falò”. Questi potrebbero giocare un ruolo chiave nello spiegare la temperatura di milioni di gradi dell’atmosfera esterna del sole, la corona, che ha sfidato la spiegazione per molti decenni.

Negli ultimi risultati, lo strumento EUI ha acquisito alcune osservazioni in modalità “alta cadenza”, restituendo un’immagine della corona solare ogni due secondi. Queste sequenze di immagini sono tra le osservazioni a più alta cadenza della corona solare mai registrate nell’ultravioletto estremo. I dati rivelano una classe dinamica di falò che sparano fuori getti di gas elettrificato noto come plasma a velocità di un centinaio di chilometri al secondo. Si osserva che questi getti esistono solo per 10-20 secondi.

Stiamo arrivando all’essenza di questo processo“, dice Pradeep Chitta, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Germania, che ha condotto questo studio. Egli paragona il passato ad essere come avere una cattiva vista, e solo essere in grado di vedere immagini sfocate. Ora, però, l’EUI sta mettendo a fuoco sempre più nitidamente i falò.

Questo filmato dell’atmosfera esterna del Sole, la corona, è stato preso con lo strumento EUI a bordo di Solar Orbiter il 23 febbraio 2021. Lavorando nella sua modalità ad alta cadenza, lo strumento ha restituito un’immagine ogni due secondi. Il filmato risultante è tra le osservazioni a più alta cadenza della corona solare mai registrate nell’ultravioletto estremo. Mostra una classe dinamica di eruzioni solari in miniatura soprannominate “falò” che sparano getti di gas elettrificato, chiamato plasma, a velocità di un centinaio di chilometri al secondo. Sono difficili da individuare, tuttavia, poiché i getti possono essere visti solo per 10-20 secondi. Potrebbero giocare un ruolo chiave nello spiegare come la corona sia riscaldata a un milione di gradi. Spiegare questa temperatura estrema è stato un obiettivo per gli scienziati solari per molti decenni.

Questo filmato mostra il modo in cui lo strumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) a bordo di Solar Orbiter studia il Sole – in questo caso zoomando su eventi di luminosità di breve durata. Questo filmato inizia con un’immagine FSI174 del disco completo del Sole scattata il 23 febbraio 2021 alle 17:19:10 UT. Ingrandisce per mostrare l’area coperta dall’HRIEUV e poi ingrandisce di nuovo per mostrare la sequenza di immagini prese ogni due secondi da questo strumento fino alle 17:20:32 UT. Un’attenta ispezione delle immagini mostra “piccoli” eventi di breve durata di luminosità. Anche se sembrano piccoli, questi eventi stanno sparando fuori getti di gas elettrificato, chiamato plasma, su una distanza di diverse migliaia di chilometri, a velocità di un centinaio di chilometri al secondo.

E la vista continuerà a migliorare man mano che Solar Orbiter si avvicina al sole. E grazie a un aggiornamento delle stazioni di terra dell’ESA, il veicolo spaziale può trasmettere più dati ad alta cadenza di quanto previsto prima del lancio.

Il primo evento diffuso di particelle energetiche di Solar Orbiter

Oltre ai falò “su piccola scala”, Solar Orbiter ha anche assistito al suo primo evento su larga scala. Il 29 novembre 2020, il primo evento diffuso di particelle energetiche da diversi anni è scoppiato dal sole.

Il primo evento diffuso di particelle energetiche da diversi anni è scoppiato dal Sole il 29 novembre 2020. Il filmato dell’evento è stato catturato dalla missione congiunta ESA/NASA SOHO utilizzando il suo strumento LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph).

Il sole attraversa un ciclo di attività magnetica che dura circa 11 anni, e questo particolare evento è stato il primo evento diffuso di particelle energetiche del ciclo 25. Come suggerisce il nome, l’evento ha diffuso le particelle in una vasta fascia del sistema solare interno. Quando l’eruzione ha raggiunto la distanza della Terra, le particelle espulse erano sparse su più di 230 gradi di longitudine solare.

Sono state rilevate non solo da Solar Orbiter, ma anche da Parker Solar Probe e STEREO-A della NASA, e dalla sonda SOHO dell’ESA/NASA, tutte vicine all’orbita della Terra ma a diverse longitudini solari. Quindi, la domanda è quanto era grande la regione sorgente dell’evento sul sole, e quanto si è espansa l’eruzione dopo che è stata rilasciata? È qui che l’obiettivo di Solar Orbiter di “linkage science” diventa importante.

Vengo dalle osservazioni in situ“, dice Alexander Kolhoff, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germania, che ha guidato l’analisi dell’evento di novembre. “Vediamo un evento di particelle intorno al veicolo spaziale e poi andiamo alle osservazioni di telerilevamento e cerchiamo di individuare la fonte sul sole“.

In questo caso particolare, i dati non sono conclusivi sul fatto che la dimensione della regione della sorgente da sola fosse abbastanza grande da spiegare l’ampia diffusione delle particelle o meno. Ma gli accenni nei dati sono sufficienti per mostrare una grande promessa mentre gli scienziati continuano a perfezionare questa tecnica.

Rintracciare le CME solari stealth

Una sovrapposizione delle immagini AIA 17.1 nm che rivelano la corona calda del Sole a milioni di gradi, e le linee di campo magnetico derivate dal magnetogramma HMI, mostra che l’attività visibile del Sole è strettamente associata all’attività magnetica. Poiché le linee di campo aperte si estendono nello spazio, le particelle possono fluire via dal Sole creando il vento solare. Queste fluiscono oltre i pianeti del sistema solare e i veicoli spaziali – incluso il Solar Orbiter dell’ESA. Misurando le condizioni del vento solare, Solar Orbiter sta effettivamente misurando l’attività magnetica che ha avuto luogo in precedenza sul Sole o nelle sue vicinanze.

Questa potente “scienza di collegamento” è un aspetto chiave della missione di Solar Orbiter. È il motivo per cui gli strumenti sul veicolo spaziale sono divisi in due tipi: strumenti in situ e telerilevamento. Gli strumenti in situ registrano gli eventi del vento solare mentre passano davanti alla navicella, mentre l’attrezzatura per il telerilevamento guarda il Sole stesso. Quando gli strumenti in situ rilevano cambiamenti specifici nel vento solare, i dati degli strumenti di telerilevamento possono essere esaminati per vedere quale evento solare ha innescato quei cambiamenti.

Anche Jennifer O’Kane, del Mullard Space Science Laboratory, University College London, Regno Unito, ha fatto osservazioni minuziosamente dettagliate della superficie solare. Insieme ai colleghi, è andata alla ricerca delle cosiddette Stealth CME.

CME sta per espulsione di massa coronale. Queste sono le gigantesche eruzioni di plasma solare e campo magnetico che di solito si verificano insieme ai brillamenti solari – un evento magnetico esplosivo nella bassa atmosfera del sole che espelle le particelle nello spazio. Nel caso di una CME furtiva, tuttavia, non sembra esserci un flare associato.

Utilizzando i più sofisticati strumenti di elaborazione delle immagini disponibili, Jennifer ha esaminato le immagini solari per vedere se poteva trovare prove di un evento scatenante che ha lanciato una CME nell’aprile 2020.

L’intensità del campo magnetico, misurata da Solar Orbiter, era particolarmente grande, circa il doppio di una normale CME, ma il puzzle era che la superficie visibile del sole era completamente vuota in quel momento. Non c’erano macchie solari o altre regioni attive. È stata solo l’alta intensità del campo magnetico del plasma che ha inghiottito Solar Orbiter ad allertare il team sulla CME.

Dopo un’accurata ricerca dei dati, Jennifer ha trovato una regione scura nelle immagini ultraviolette estreme che indicava una cavità a bassa densità nella corona solare, che si è sollevata molto lentamente dal sole.

Lento in questo contesto è un altro termine relativo. Mentre la maggior parte delle CME viaggiano a centinaia o addirittura migliaia di chilometri al secondo, questa si muoveva verso l’esterno a decine di chilometri al secondo.

È stato l’evento più difficile che abbia mai studiato“, dice Jennifer, riferendosi a quanti sforzi ci sono voluti per trovare anche solo un accenno alla sua origine.

Dal punto di vista delle previsioni meteorologiche spaziali, le CME furtive sono una sfida particolare perché i meteorologi si basano sul vedere qualcosa sul sole che possono riconoscere in tempo reale per sapere che è in arrivo qualcosa che potrebbe cambiare l’ambiente spaziale vicino alla Terra.

Rendez-vous con la coda di una cometa

Lorenzo Matteini, Imperial College di Londra, Regno Unito, ha condotto un’altra accurata indagine per determinare se Solar Orbiter ha attraversato la coda della cometa ATLAS nel giugno 2020.

Il possibile attraversamento è stato previsto poco dopo il lancio di Solar Orbiter e così il team si è dato da fare per assicurarsi che almeno alcuni strumenti fossero pronti in tempo per acquisire dati. Per uno scherzo del destino piuttosto crudele, però, appena dieci giorni prima dell’attraversamento, la cometa si è disintegrata sotto il calore del sole e la bella coda è svanita.

Tuttavia, Lorenzo e i suoi colleghi hanno trovato prove coerenti con un attraversamento del residuo della coda della cometa nei dati presi il 4 giugno. In particolare, hanno visto il campo magnetico intorno a Solar Orbiter cambiare improvvisamente la sua polarità, cosa che ci si aspetterebbe se il campo magnetico del sole fosse drappeggiato intorno a un pezzo del nucleo rotto della cometa.

Questa è la prima volta che abbiamo incontrato una coda di cometa all’interno dell’orbita terrestre“, dice Lorenzo.

L’attività del Sole è guidata dal suo inquieto campo magnetico. I potenti movimenti di gas che vediamo nei filmati del Sole, come questo preso dallo strumento Solar Dynamics Observatory (SDO) Atmospheric Imaging Assembly (AIA) della NASA, sono il risultato di interazioni magnetiche invisibili che orchestrano l’attività. A differenza di un semplice magnete a barra con i suoi singoli poli nord e sud, il campo del Sole è altamente complesso. Regioni di polarità nord o sud possono apparire attraverso la sua superficie, e si spostano e cambiano nel tempo. Questo comportamento può essere rivelato da strumenti come l’Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) di SDO, che mostra queste diverse polarità come regioni bianche e nere sul Sole. Queste regioni mostrano dove le linee del campo magnetico del Sole si estendono nello spazio. Alcune di queste linee girano intorno e tornano all’interno dell’interno solare. Queste sono chiamate linee di campo chiuse. Altre si estendono nello spazio. Queste sono chiamate linee di campo aperto e formano il campo magnetico interplanetario del sistema solare.

E potrebbe non essere l’ultima. Le comete cadono continuamente verso il sole. Il modo in cui interagiscono con il campo magnetico del sole fornisce ancora un altro modo per Solar Orbiter di indagare questa affascinante regione del sistema solare.

Dopo il suo flyby di novembre 2021 della Terra, Solar Orbiter è ora nella sua fase scientifica principale. Tutte le persone coinvolte si stanno preparando per il suo passaggio ravvicinato del sole nel marzo 2022.

Non potrei essere più soddisfatto della missione. Questi risultati mostrano sia quanta grande scienza è già stata fatta, sia quanta ce n’è ancora da fare“, dice Daniel Müller, ESA Project Scientist per Solar Orbiter.

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