Il Sole come non l’hai mai visto prima


L’intrigante caratteristica nel terzo inferiore dell’immagine, sotto il centro, è stata soprannominata il riccio solare. Al momento nessuno sa esattamente cosa sia o come si sia formato nell’atmosfera del sole. L’immagine è stata catturata il 30 marzo 2022 dall’Extreme Ultraviolet Imager (EUI) a una lunghezza d’onda di 17 nanometri. Pochi giorni prima, Solar Orbiter era passato attraverso il suo primo perielio ravvicinato. A soli il 32% della distanza della Terra dal sole, questo ha posizionato la navicella spaziale all’interno dell’orbita del pianeta Mercurio. Essere più vicini al sole di qualsiasi precedente telescopio solare ha permesso all’EUI di scattare immagini squisitamente dettagliate dell’atmosfera solare. Queste stanno rivelando il sole come mai prima d’ora e hanno mostrato una moltitudine di caratteristiche intriganti come il riccio, che sebbene classificato come una caratteristica su piccola scala misura ancora circa 25.000 km di diametro, rendendolo circa il doppio del diametro della Terra. I gas mostrati in questa immagine hanno una temperatura di circa un milione di gradi. L’immagine è stata codificata a colori perché la lunghezza d’onda originale rilevata dallo strumento è invisibile all’occhio umano.

Potenti bagliori, viste mozzafiato sui poli solari e un curioso “riccio” solare sono tra il bottino di immagini spettacolari, film e dati restituiti da Solar Orbiter dal suo primo approccio ravvicinato al sole. Sebbene l’analisi del nuovo set di dati sia appena iniziata, è già chiaro che la missione guidata dall’ESA sta fornendo le intuizioni più straordinarie sul comportamento magnetico del sole e sul modo in cui questo modella il tempo spaziale.

L’avvicinamento più vicino del Solar Orbiter al sole, noto come perielio, ha avuto luogo il 26 marzo. La navicella spaziale si trovava all’interno dell’orbita di Mercurio, a circa un terzo della distanza dal sole alla Terra, e il suo scudo termico stava raggiungendo circa 500°C. Ma ha dissipato quel calore con la sua tecnologia innovativa per mantenere il veicolo spaziale sicuro e funzionante.

Solar Orbiter trasporta dieci strumenti- nove degli Stati membri dell’ESA e uno dalla NASA – tutti lavorano insieme in stretta collaborazione per fornire una visione senza precedenti di come la nostra stella “funziona”. Alcuni sono strumenti da ripresa che guardano il sole, mentre altri sono strumenti in situ che monitorano le condizioni intorno alla navicella spaziale, consentendo agli scienziati di capire da ciò che vedono accadere al sole, a ciò che Solar Orbiter “sente” nella sua posizione a milioni di chilometri di distanza.

Quando si tratta di perielio, chiaramente più il veicolo spaziale si avvicina al sole, più fini sono i dettagli che lo strumento di telerilevamento può vedere. E per fortuna, la navicella spaziale ha anche assorbito diversi brillamenti solari e persino un’espulsione diretta diretta verso la Terra, fornendo un assaggio delle previsioni in tempo reale, uno sforzo che sta diventando sempre più importante a causa della minaccia che il tempo spaziale rappresenta per la tecnologia e gli astronauti.

Ti presentiamo il riccio solare

Le immagini sono davvero mozzafiato“, afferma David Berghmans, Royal Observatory of Belgium, e Principal Investigator (PI) dello strumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI), che scatta immagini ad alta risoluzione degli strati inferiori dell’atmosfera solare, nota come corona solare.

Questa regione è dove si svolge la maggior parte dell’attività solare che guida il tempo spaziale.

Il compito ora per il team dell’IUE è capire cosa stanno vedendo. Questo non è un compito facile perché Solar Orbiter sta rivelando così tanta attività sul sole su piccola scala. Avendo individuato una caratteristica o un evento che non possono riconoscere immediatamente, devono quindi scavare attraverso le passate osservazioni solari di altre missioni spaziali per vedere se qualcosa di simile è stato visto prima.

Anche se Solar Obiter smettesse di prendere dati domani, sarei impegnato per anni a cercare di capire tutta questa roba“, dice David Berghmans.

Una caratteristica particolarmente accattivante è stata vista durante questo perielio. Per ora, è stato soprannominato “il riccio”. Si estende per 25.000 chilometri attraverso il sole e ha una moltitudine di punte di gas caldo e più freddo che si estendono in tutte le direzioni.

Il principale obiettivo scientifico di Solar Orbiter è esplorare la connessione tra il sole e l’eliosfera. L’eliosfera è la grande “bolla” dello spazio che si estende oltre i pianeti del nostro Sistema Solare. È pieno di particelle elettricamente cariche, la maggior parte delle quali sono state espulse dal sole per formare il vento solare. È il movimento di queste particelle e dei campi magnetici solari associati che creano la meteorologia spaziale.

Per tracciare gli effetti del sole sull’eliosfera, i risultati degli strumenti in situ, che registrano le particelle e i campi magnetici che attraversano il veicolo spaziale, devono essere ricondotti agli eventi sulla superficie visibile del sole o vicino a cui vengono registrati dagli strumenti di telerilevamento.

Questo non è un compito facile in quanto l’ambiente magnetico intorno al sole è molto complesso, ma più il veicolo spaziale può avvicinarsi al sole, meno complicato è rintracciare gli eventi delle particelle al sole lungo le “autostrade” delle linee del campo magnetico. Il primo perielio è stato un test chiave di questo, e i risultati finora sembrano molto promettenti.

Il 21 marzo, pochi giorni prima del perielio, una nube di particelle energetiche ha attraversato la navicella spaziale. È stata catturata dal rilevatore di particelle energetiche (EPD). Significativamente, il più energico di loro è arrivato per primo, seguito da quelli delle energie inferiori.

Questo suggerisce che le particelle non vengono prodotte vicino al veicolo spaziale“, afferma Javier Rodríguez-Pacheco, Università di Alcalá, Spagna, e PI dell’EPD. Invece, sono stati prodotti nell’atmosfera solare, più vicino alla superficie del sole. Mentre attraversavano lo spazio, le particelle più veloci avnticipavano quelle più lente, come i corridori in uno sprint.

Lo stesso giorno, l’esperimento Radio and Plasma Waves (RPW) le ha viste arrivare, raccogliendo la forte spazzata caratteristica delle radiofrequenze prodotte quando le particelle accelerate, per lo più elettroni, si allargano verso l’esterno lungo le linee del campo magnetico del sole. RPW ha quindi rilevato oscillazioni note come onde di Langmuir. “Questi sono un segno che gli elettroni energetici sono arrivati alla navicella spaziale“, dice Milan Maksimovic, LESIA, Observatoire de Paris, Francia e RPW PI.

Degli strumenti di telerilevamento, sia l’EUI che lo spettrometro/telescopio a raggi X (STIX) hanno visto eventi sul sole che avrebbero potuto essere responsabili del rilascio delle particelle. Mentre le particelle che fluiscono verso l’esterno nello spazio sono quelle rilevate da EPD e RPW, è importante ricordare che altre particelle possono viaggiare verso il basso dall’evento, colpendo i livelli più bassi dell’atmosfera solare. È qui che entra in gioco STIX.

Mentre l’EUI vede la luce ultravioletta rilasciata dal sito del brillamento nell’atmosfera del sole, STIX vede i raggi X che vengono prodotti quando gli elettroni accelerati dal brillamento interagiscono con i nuclei atomici nei livelli inferiori dell’atmosfera solare.

Esattamente come queste osservazioni siano tutte collegate è ora una questione che spetta ai team indagare. C’è qualche indicazione dalla composizione delle particelle rilevate dall’EPD che sono state probabilmente accelerate da uno shock coronale in un evento più graduale piuttosto che impulsivamente da un brillamento.

Il polo sud del sole visto dalla sonda Solar Orbiter ESA/NASA il 30 marzo 2022, appena quattro giorni dopo che la sonda ha superato il suo punto più vicino al sole. Queste immagini sono state registrate dall’Extreme Ultraviolet Imager (EUI) a una lunghezza d’onda di 17 nanometri. Si pensa che molti segreti scientifici giacciano nascosti ai poli solari. I campi magnetici che creano le grandi ma temporanee regioni attive del sole vengono spazzati fino ai poli prima di essere inghiottiti di nuovo nel sole dove si pensa che formino i semi magnetici per la futura attività solare. Le aree più chiare dell’immagine sono per lo più create da anelli di magnetismo che salgono verso l’alto dall’interno solare. Queste sono chiamate linee di campo magnetico chiuso perché le particelle hanno difficoltà ad attraversarle e rimanere intrappolate, emettendo la radiazione ultravioletta estrema che l’EUI è appositamente progettata per registrarle. Le aree più scure sono regioni in cui il campo magnetico del sole giace aperto, e quindi i gas possono fuoriuscire nello spazio, creando il vento solare. A partire dal 2025, Solar Orbiter utilizzerà l’attrazione gravitazionale di Venere per aumentare gradualmente l’inclinazione della sua orbita. Ciò consentirà agli strumenti del veicolo spaziale di indagare i poli solari da un punto di vista più dall’alto verso il basso. Il colore di questa immagine è stato aggiunto artificialmente perché la lunghezza d’onda originale rilevata dallo strumento è invisibile all’occhio umano.

Potrebbe essere che il Sole abbia più siti di accelerazione“, afferma Samuel Krucker, FHNW, Svizzera e PI per STIX.

Aggiungendo un’altra svolta a questa situazione è che lo strumento Magnetometro (MAG) non ha registrato nulla di sostanziale all’epoca. Tuttavia, questo non è insolito. L’eruzione iniziale delle particelle, nota come espulsione di massa coronale (CME), trasporta un forte campo magnetico che MAG può facilmente registrare, ma le particelle energetiche dell’evento viaggiano molto più velocemente della CME e possono riempire rapidamente grandi volumi di spazio e quindi essere rilevate da Solar Orbiter. “Ma se la CME manca la navicella spaziale, allora MAG non vedrà una firma“, dice Tim Horbury, Imperial College, Regno Unito e MAG PI.

Quando si tratta del campo magnetico, tutto inizia dalla superficie visibile del sole, nota come fotosfera. È qui che il campo magnetico generato internamente irrompe nello spazio. Per sapere come appare, Solar Orbiter trasporta lo strumento Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI). Questo può vedere la polarità magnetica nord e sud sulla fotosfera, così come l’increspatura della superficie del sole a causa delle onde sismiche che viaggiano attraverso il suo interno.

Forniamo le misurazioni del campo magnetico sulla superficie del sole. Questo campo poi si espande, entra nella corona e fondamentalmente guida tutta la scintilla e l’azione che vedi lassù“, afferma Sami Solanki, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Gottinga, Germania, e PI per PHI.

Un altro strumento, lo Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE), registra la composizione della corona. Queste “mappe di abbondanza” possono essere confrontate con il contenuto del vento solare visto dallo strumento Solar Wind Analyser (SWA).

Questo seguirà l’evoluzione della composizione del vento solare dal sole al veicolo spaziale, e questo ci parla dei meccanismi responsabili dell’accelerazione del vento solare“, afferma SPICE PI Frédéric Auchère, Institut d’Astrophysique Spatiale, Francia.

Previsione meteo spaziale

Combinando i dati di tutti gli strumenti, il team scientifico sarà in grado di raccontare la storia dell’attività solare dalla superficie del sole, fino a Solar Orbiter e oltre. E questa conoscenza è esattamente ciò che aprirà la strada a un sistema futuro progettato per prevedere le condizioni meteorologiche spaziali sulla Terra in tempo reale. In vista del perielio, Solar Orbiter ha persino avuto un assaggio di come un tale sistema potrebbe funzionare.

La navicella spaziale stava volando a monte della Terra. Questa prospettiva unica significava che stava monitorando le condizioni del vento solare che avrebbe colpito la Terra diverse ore dopo. Poiché il veicolo spaziale era in contatto diretto con la Terra, con i suoi segnali che viaggiavano alla velocità della luce, i dati sono arrivati a terra in pochi minuti, pronti per l’analisi. Per fortuna, ci sono state diverse espulsioni di massa coronale (CME) rilevate in questo periodo, alcune delle quali dirette direttamente verso la Terra.

Il 10 marzo, un ECM ha spazzato via la navicella spaziale. Utilizzando i dati di MAG, il team è stato in grado di prevedere quando avrebbe successivamente colpito la Terra. L’annuncio di questa notizia sui social media ha permesso agli osservatori del cielo di essere pronti per l’aurora boreale, che è arrivata circa 18 ore dopo all’ora prevista.

Questa esperienza ha dato a Solar Orbiter un assaggio di cosa vuol dire prevedere le condizioni meteorologiche spaziali sulla Terra in tempo reale. Tale sforzo sta diventando sempre più importante a causa della minaccia che il tempo spaziale rappresenta per la tecnologia e gli astronauti.

L’ESA sta attualmente pianificando una missione chiamata ESA Vigil che sarà di stanza su un lato del sole guardando la regione dello spazio che porta alla Terra. Il suo compito sarà quello di fotografare le ECM che viaggiano attraverso questa regione, specialmente quelle dirette verso il nostro pianeta. Durante il perielio stesso, Solar Orbiter è stato posizionato in modo che i suoi strumenti Metis e SoloHI potessero fornire esattamente questo tipo di immagini e dati.

Metis scatta foto della corona da 1,7-3 raggi solari. Soffiando il disco luminoso del sole, vede la corona più debole. “Dà gli stessi dettagli delle osservazioni dell’eclissi totale a terra, ma invece di pochi minuti, Metis può osservare continuamente“, afferma Marco Romoli, Università di Firenze, Italia.

SoloHI registra immagini fatte di luce solare sparse dagli elettroni nel vento solare. Un particolare brillamento, il 31 marzo, è entrato nella classe X, i brillamenti solari più energetici conosciuti. Finora, i dati non sono stati analizzati perché gran parte di essi rimane sul veicolo spaziale in attesa di essere scaricato. Ora che Solar Orbiter è più lontano dalla Terra, la velocità di trasferimento dei dati è rallentata e i ricercatori devono essere pazienti, ma sono più che pronti a iniziare la loro analisi quando arriverà.

Siamo sempre interessati ai grandi eventi perché producono le risposte più grandi e la fisica più interessante perché stai guardando gli estremi“, ha detto Robin Colaninno, Stati Uniti Laboratorio di ricerca navale, Washington DC e SoloHI PI.

Prossimamente

Il perielio è stato un enorme successo e ha generato una vasta qualità di dati straordinari. Ed è solo un assaggio di ciò che verrà. Già la navicella spaziale sta correndo attraverso lo spazio per allinearsi per il suo prossimo – e leggermente più vicino – passaggio del perielio il 13 ottobre a 0,29 volte la distanza Terra-sole. Prima di allora, il 4 settembre, farà il suo terzo sorvolo di Venere.

Solar Orbiter ha già scattato le sue prime foto delle regioni polari in gran parte inesplorate del sole, ma molto altro deve ancora venire.

Il 18 febbraio 2025, Solar Orbiter incontrerà Venere per la quarta volta. Questo aumenterà l’inclinazione dell’orbita del veicolo spaziale a circa 17 gradi. Il quinto sorvolo di Venere il 24 dicembre 2026 aumenterà ulteriormente questo a 24 gradi e segnerà l’inizio della missione “ad alta latitudine”.

In questa fase, Solar Orbiter vedrà le regioni polari del sole più direttamente che mai. Tali osservazioni della linea di vista sono fondamentali per districare il complesso ambiente magnetico ai poli, che a sua volta può contenere il segreto del ciclo di 11 anni del sole di attività crescente e calante.

Siamo così entusiasti della qualità dei dati del nostro primo perielio“, afferma Daniel Muller, scienziato del progetto ESA per Solar Orbiter. “È quasi difficile credere che questo sia solo l’inizio della missione. Saremo davvero molto impegnati“.

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