L’attività solare segue un ciclo di 11 anni. Ecco come controlla le eruzioni e i brillamenti solari.

Quando si guarda il cielo in una giornata di sole, il sole può sembrare un punto luminoso e immobile. Ma il sole è un corpo celeste complesso e dinamico, avvolto da correnti elettriche e campi magnetici che si muovono e si intrecciano costantemente durante la sua rotazione. A volte la superficie solare è molto attiva, emettendo potenti getti di plasma chiamati espulsioni di massa coronale, mentre altre volte è più tranquilla.

Sono un fisico solare che ha dedicato oltre un decennio alla ricerca sul Sole. Il suo movimento e la sua attività sono direttamente collegati alle condizioni sulla Terra: i brillamenti e le espulsioni solari possono causare fenomeni meteorologici spaziali che producono splendide aurore boreali, ma che minacciano i satelliti . Questa attività segue un ciclo di circa 11 anni e la comprensione di questo ciclo aiuta i ricercatori a prevedere i futuri fenomeni meteorologici spaziali .

Dentro il sole

Il Sole è una stella composta di plasma: un gas caldo e ionizzato. Il plasma si comporta come un fluido elettricamente conduttore e genera campi magnetici su larga scala che circondano il Sole.

Il sole è composto da diversi strati , tutti costituiti da un plasma formato per circa il 70% da idrogeno e per il 28% da elio in massa .

Il Sole ha un nucleo solido al centro e uno strato denso all’esterno del nucleo, dove le particelle di luce rimbalzano, trasferendo energia verso l’esterno. Oltre questo strato si trova una sottile linea chiamata tacoclina che separa gli strati interni da quello esterno. Questa zona esterna è più fredda e meno densa, il che permette al plasma di muoversi liberamente.

All’interno del nucleo, le particelle si scontrano e rilasciano incredibili quantità di energia, che si irradiano dal Sole sotto forma di luce: un processo chiamato fusione nucleare . La luce viaggia verso l’esterno, verso la zona radiativa al di fuori del nucleo, prima di raggiungere la tacoclina.

Nello strato più esterno del Sole, al di sopra della tacoclina, chiamato zona convettiva, il plasma caldo si sposta dalle profondità del Sole fino alla sua superficie. Durante questo movimento, il plasma si raffredda e si contrae, facendolo ridiscendere. Questo processo ciclico è chiamato convezione .

Il Sole genera costantemente campi magnetici che crescono e si attorcigliano al di sotto della sua superficie. Due processi controllano questi campi magnetici spostando le cariche elettriche nel plasma. Uno è la convezione e l’altro è la rotazione del Sole.

Gli scienziati ritengono che, insieme, questi due processi siano in definitiva responsabili del ciclo di attività magnetica del Sole, durante il quale il Sole passa da una configurazione di campo magnetico organizzata a una meno organizzata. L’intero ciclo, chiamato ciclo di Schwabe , dura circa 11 anni. Nel corso di due cicli di Schwabe, i poli magnetici del Sole si invertono e poi ritornano al loro orientamento originale.

Il ciclo di Schwabe

Quando il Sole si trova in uno stato organizzato, il suo centro assomiglia a una gigantesca barra magnetica verticale con poli positivo e negativo in alto e in basso, o viceversa: si parla in questo caso di dipolo magnetico . Nel ciclo solare di 11 anni, questa fase è nota come minimo solare .

Sebbene non sia possibile vedere direttamente il campo magnetico invisibile, il plasma incandescente aderisce a queste linee di campo. La forma del campo magnetico durante il minimo solare è simile a quella del campo magnetico terrestre , con linee di campo magnetico aperte ai poli nord e sud e campi chiusi e ad anello vicino all’equatore. Dopo il minimo solare, il campo magnetico del Sole si aggroviglia nel tempo. Infine, raggiunge il suo stato di massimo solare, in cui l’atmosfera solare assomiglia a un groviglio di spaghetti.

Due forze principali avvolgono il campo magnetico mentre il sole ruota e il plasma si agita nella zona convettiva: gli effetti Omega e Alpha.

Effetti alfa e omega

Il Sole non ruota come un corpo solido ovunque. L’ interno del Sole , ovvero il nucleo e gli strati radiativi, ruota come una sfera solida, come un pallone da basket. Al di fuori di questi strati, la zona convettiva e la superficie del Sole non ruotano tutte insieme.

Osservando la superficie visibile del Sole, gli scienziati hanno scoperto che l’equatore solare, al centro, ruota più velocemente dei poli, situati vicino alla sommità e alla base del Sole. L’ equatore solare impiega circa 25 giorni per compiere una rotazione completa, mentre i poli impiegano più tempo, circa 35 giorni. Poiché l’equatore si muove più velocemente, supera i poli in un fenomeno chiamato rotazione differenziale.

La rotazione differenziale allunga le linee verticali del campo magnetico attorno al Sole, facendole avvolgere orizzontalmente attorno ad esso come una cintura. Le linee di campo esercitano una forza di attrazione maggiore sul Sole man mano che la rotazione differenziale continua durante il ciclo solare, in un processo noto come Effetto Omega .

Il secondo effetto, chiamato Effetto Alfa , si ritiene derivi dalla convezione che si verifica al di sotto della superficie solare, combinata con la sua rotazione. Come le bolle che salgono in superficie nell’acqua che bolle, il campo magnetico aggrovigliato diventa più galleggiante e si incurva, emergendo in superficie e creando le macchie solari.

Le macchie solari appaiono come ammassi di punti scuri sulla superficie del Sole. Gli scienziati possono anche identificare le regioni attive di fasci di campi magnetici intensi e complessi scattando immagini del Sole nella luce ultravioletta, dove i fasci appaiono come strutture luminose.

Le eruzioni solari, note anche come brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale, si verificano con maggiore frequenza in queste regioni attive. La comparsa di un maggior numero di macchie solari, regioni attive ed eruzioni solari segnala agli scienziati che il Sole sta entrando nella sua fase di massimo solare .

Poli magnetici mobili

Nel corso del ciclo solare, i poli magnetici del Sole si muovono. Al minimo solare, i poli magnetici sono orientati verticalmente rispetto al centro del Sole. Ma nel corso del ciclo solare, i poli iniziano a inclinarsi, finché il polo che prima si trovava nella parte superiore del Sole non punta approssimativamente verso l’equatore.

Allo stesso tempo, però, l’intreccio dei campi magnetici rende i poli meno definiti. Questo stato magnetico caotico contribuisce in parte alla formazione delle macchie solari e delle eruzioni solari. Dopo il massimo solare, quando lo stato magnetico del Sole torna a essere più organizzato, i poli riappaiono e continuano a migrare verso la parte superiore e inferiore del Sole.

Tuttavia, il polo magnetico che prima puntava verso l’alto ora punta verso il basso, e viceversa. La configurazione appare capovolta rispetto a 11 anni fa. Un ciclo magnetico completo richiede due cicli di Schwabe: durante questo periodo, i poli del Sole si invertono due volte e ritornano all’orientamento originale.

Gli scienziati hanno osservato che diverse altre stelle, non solo il nostro Sole, presentano un ciclo di attività magnetica , sebbene la sua durata possa variare. Inoltre, come il nostro Sole, anche altre stelle producono eruzioni come brillamenti stellari ed espulsioni di massa coronale, probabilmente a causa dei loro cicli di attività.

Lo studio dei cicli magnetici di altre stelle può aiutare gli astronomi a determinare se i pianeti distanti potrebbero ospitare la vita. L’attività magnetica di una stella influenza direttamente l’intensità degli agenti atmosferici che i pianeti attorno a quella stella subiscono. Questi effetti possono erodere le atmosfere protettive intorno ai pianeti, impedendo loro di ospitare la vita.

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