Strutture magnetiche nascoste svelate sul Sole

Gli scienziati hanno fatto una scoperta straordinaria che cambia la nostra comprensione della nostra stella, rivelando una rete complessa e nascosta di campi magnetici sopra regioni del Sole che sembrano tranquille e prive di macchie solari. Questa ricerca pionieristica è stata resa possibile grazie all’osservatorio solare Sunrise-III, una missione scientifica internazionale guidata dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) che nel luglio del 2024 ha compiuto un volo ad alta quota nella stratosfera terrestre a bordo di un grande pallone aerostatico.

Esplorazione della stratosfera con il telescopio Sunrise-III

Per studiare le zone più quiete e inattive della superficie solare, i ricercatori devono affrontare un ostacolo importante: la turbolenza dell’atmosfera terrestre, che offusca i dettagli più fini quando si utilizzano i telescopi tradizionali basati a terra. Per superare questo limite, l’osservatorio Sunrise-III ha trasportato un potente telescopio da 1 metro fino a 35 chilometri di altezza, fluttuando indisturbato nella stratosfera per oltre sei giorni.

A bordo della gondola del pallone si trovavano strumenti all’avanguardia, tra cui lo spettropolarimetro nel vicino infrarosso SCIP (Sunrise Chromospheric Infrared spectroPolarimeter). Grazie a questo strumento, il team è riuscito a misurare in modo continuo i campi magnetici attraverso i diversi strati dell’atmosfera solare, dalla fotosfera visibile fino alla cromosfera sovrastante.

Sorprese inaspettate nella cromosfera e la calotta magnetica

Le osservazioni dettagliate hanno dimostrato che le regioni calme del Sole non sono affatto semplici o uniformi dal punto di vista magnetico. Al di sopra della superficie si estende una struttura nota come calotta magnetica, che si forma quando i campi magnetici concentrati nella fotosfera si espandono verso l’esterno e si inarcano verso l’alto.

Tuttavia, anziché formare un ventaglio liscio e regolare, la copertura solare contiene numerose formazioni strette e filamentose. I dati hanno evidenziato due aspetti principali:

• Componenti alternate: La presenza di componenti di campo magnetico di linea di vista (LOS) più forti e più deboli disposte in modo alternato lungo i confini delle reti, ricordando le strutture a spina e intraspina tipiche delle penumbre delle macchie solari.

• Fili di polarità opposta: L’individuazione di fili magnetici sottili, larghi meno di un secondo d’arco ($\le 1^{\prime\prime}$), caratterizzati da una polarità magnetica opposta rispetto a quella della calotta circostante.

Queste scoperte suggeriscono che la configurazione tridimensionale del campo magnetico solare sia estremamente intricata e ricca di sottostrutture localizzate.

Nuovi indizi sul riscaldamento dell’atmosfera solare

La comprensione di questa rete nascosta di fili magnetici offre importanti risposte a uno dei grandi misteri dell’astrofisica: come viene riscaldata l’atmosfera del Sole. Le analisi indicano che i movimenti sulla superficie solare torcono le linee del campo magnetico, creando le complesse strutture filamentose osservate negli strati alti.

Queste strutture favoriscono la creazione di condizioni ideali per piccoli fenomeni di riconnessione magnetica e propagazione di energia lungo i bordi dei fili. Tale meccanismo somiglia ai microgetti osservati nelle macchie solari e potrebbe spiegare come l’energia generata vicino alla superficie riesca a trasferirsi efficacemente negli strati superiori, contribuendo al riscaldamento della cromosfera e della corona anche nelle zone apparentemente più calme.

Approfondimenti tecnici

I dati dello strumento SCIP a bordo di Sunrise-III provengono da una scansione raster eseguita l’11 luglio 2024 nei pressi del centro del disco solare, coprendo un campo visivo di $58^{\prime\prime} \times 58^{\prime\prime}$ con una scala dei pixel di $0\text{,}^{\prime\prime}094$.

• Precisione polarimetrica: Grazie alla stabilità del sistema di puntamento e del sensore d’fronte d’onda, la precisione polarimetrica ottenuta è stata eccezionalmente stabile, attestandosi tra lo 0,03% e lo 0,04% ($1\sigma$) del livello del continuo nelle bande spettrali vicine a 850 nm (linea Ca II 854 nm e Fe I 846 nm) e 770 nm.

• Approssimazione del campo debole (WFA): Il campo magnetico lungo la linea di vista ($B_{\text{LOS}}$) è stato ricavato applicando l’approssimazione del campo debole ai profili di Stokes $I$ e $V$, con un’incertezza stimata tramite simulazioni di rumore fotonico pari a circa 4,4 Gauss per la riga del calcio.

• Modellazione numerica: Le simulazioni di magnetoidrodinamica radiativa tridimensionale (come quelle basate sul codice MURAM-ChE) confermano che i flussi di corda magnetica attorcigliati generano spontaneamente strutture filamentose allungate con polarità invertita, convalidando le osservazioni empiriche della missione.

Traduzione abstract. La disponibilità dello studio completo, in accesso libero o riservato, è verificabile tramite il link del DOI nel box sotto se disponibile.

Abstract

Trasportato da un pallone aerostatico, L’osservatorio solare stratosferico Sunrise III, ha completato con successo 6,5 giorni di osservazioni nel luglio 2024. Uno dei suoi strumenti sul piano focale, lo spettropolarimetro infrarosso cromosferico Sunrise (SCIP), è uno spettropolarimetro a scansione di fenditura che misura simultaneamente i profili di Stokes completi di molteplici linee spettrali nelle bande a 850 nm e 770 nm. SCIP ha ottenuto un set di dati senza precedenti di una regione di Sole quieto vicino al centro del disco, coprendo un campo visivo di 58″ × 58″. Con un tempo di integrazione di 10 s per posizione della fenditura, la scansione è stata completata in 107 minuti senza interruzioni, raggiungendo una precisione polarimetrica notevolmente stabile dello 0,03%–0,04% (1 σ ) del livello del continuo. Le osservazioni multi-lunghezza d’onda SCIP rivelano che il campo magnetico cromosferico lungo la linea di vista (LOS) presenta strutture allungate simili a fili sopra le regioni di rete, senza un’ovvia controparte fotosferica direttamente al di sotto. Questi filamenti sono tipicamente più stretti di 1″ e sono incorporati nei campi della chioma che si estendono dalle regioni di rete. Le loro intensità di campo LOS, derivate dall’approssimazione del campo debole, sono in genere 10-20 G più deboli rispetto alla chioma circostante. In casi particolarmente chiari, la polarità magnetica dei filamenti è opposta a quella della chioma adiacente. Questi risultati suggeriscono che il campo della chioma non è semplicemente una struttura in espansione originata dalle regioni di rete, ma ha invece una complessa configurazione tridimensionale contenente numerose sottostrutture localizzate. Queste osservazioni forniscono nuovi vincoli sulla topologia magnetica del Sole quieto dalla fotosfera alla cromosfera.

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