Il Sole Mai Visto Prima: Scoperte Rivoluzionarie Dallo Spazio

La sonda Solar Orbiter, gestita dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA) in collaborazione con la NASA, ha catturato dettagli del Sole mai visti prima, grazie ad una distanza record.

Immagini Inedite del Sole

Dallo spazio arrivano immagini del Sole mai viste prima, catturate da una distanza record. È stato possibile grazie alla Solar Orbiter gestita dall’Agenzia Spaziale Europea (Esa) in collaborazione con la Nasa che è partita il 10 febbraio. Non erano mai state scattate immagini del Sole da una distanza così ravvicinata.

Le sorprendenti foto che giungono dalla missione Esa e Nasa hanno rivelato che la sua superficie è costellata di innumerevoli eruzioni, che sono state soprannominate “falò” dagli astronauti, inedite e scoperte soltanto dalla sonda Solar Orbiter.

"Queste sono solo le prime immagini e possiamo già vedere interessanti nuovi fenomeni - è il primo commento di Daniel Müller, dell’Agenzia Spaziale Europea -. Non ci aspettavamo grandi risultati già all'inizio. I nostri dieci strumenti scientifici si sono completati a vicenda, fornendo un quadro olistico del Sole e dell'ambiente circostante".

I "Falò" Solari

“I falò sono piccoli parenti dei bagliori solari che vediamo dalla Terra, milioni o miliardi di volte più piccoli", spiega David Berghmans del belga Royal Observatory (Rob).

“I campfire o “falò” mostrati nelle immagini sono stati catturati in un momento in cui la sonda si trovava a 77 milioni di chilometri dal Sole, circa a metà tra la Terra e la stella, il punto più vicino mai raggiunto.

"Questi campfire sono insignificanti da soli - afferma Frédéric Auchère, dell'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) in Francia - ma il loro effetto sommato su tutto il Sole potrebbe fornire il contributo dominante al riscaldamento della corona solare”.

Il Mistero della Corona Solare

La corona solare è lo strato più esterno dell'atmosfera del Sole, estesa per milioni di chilometri nello spazio aperto, però dopo molti decenni di studi non sono ancora chiari i meccanismi fisici che la riscaldano.

"Ovviamente è troppo presto per dirlo, ma speriamo che collegando queste osservazioni con le misurazioni degli altri strumenti che ‘sentono’ il vento solare intorno alla sonda spaziale, saremo in grado di risolvere alcuni di questi misteri”, conclude Yannis Zouganelis della Esa.

La Missione Solar Orbiter

La sonda Solar Orbiter, lanciata il 10 febbraio, è la più ambiziosa di sempre per quanto concerne l’avvicinamento al Sole. A metà giugno aveva completato la fase di messa in servizio e ha eseguito il suo primo spostamento verso il corpo celeste.

Potenti brillamenti, viste mozzafiato sui poli del Sole e un curioso "porcospino" solare sono alcuni tra i moltissimi video, dati e immagini spettacolari inviati da Solar Orbiter in seguito al suo primo incontro ravvicinato con il Sole.

La distanza minima di Solar Orbiter dal Sole, nota come perielio, è stata registrata il 26 marzo.

Strumentazione e Obiettivi Scientifici

Solar Orbiter è dotato di dieci strumenti scientifici: nove di responsabilità dei Paesi Membri dell'ESA e uno della NASA, che lavorano insieme per fornire nuove informazioni senza precedenti sul "funzionamento" della nostra stella locale.

Alcuni di questi, sono strumenti di telerilevamento che osservano il Sole, mentre altri sono strumenti in situ e monitorano le condizioni esistenti attorno alla navicella spaziale, consentendo agli scienziati di "unire i puntini" tra quello che vedono accadere al Sole e quello che Solar Orbiter rileva dalla sua posizione all'interno del vento solare, a milioni di chilometri di distanza.

Quando si parla di perielio, è evidente che più vicino si trova la navicella spaziale al Sole, migliori sono i dettagli acquisiti dallo strumento di telerilevamento.

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"Le immagini sono davvero mozzafiato", dichiara David Berghmans, dell'Osservatorio Reale del Belgio e Responsabile Scientifico (PI) della fotocamera dell'estremo ultravioletto (Extreme Ultraviolet Imager, EUI), che acquisisce immagini in alta risoluzione degli strati più bassi dell'atmosfera del Sole, noti come corona solare. È in questa regione che avviene la maggior parte dell'attività che influenza il meteo spaziale.

Ora il compito del team di EUI consiste nel comprendere le osservazioni effettuate - e non si tratta di un'impresa facile, perché, su una scala ridotta, Solar Orbiter sta rivelando moltissima attività solare. Quando notano una caratteristica o un evento che non sono in grado di riconoscere immediatamente, i membri del team devono riesaminare le precedenti osservazioni solari di altre missioni spaziali al fine di verificare se mai prima d'ora è stato osservato qualcosa di simile.

"Anche se domani Solar Orbiter smettesse di acquisire dati, sarei occupato per anni a cercare di analizzare tutte queste informazioni", spiega David Berghmans.

Una caratteristica particolarmente affascinante è stata osservata durante il perielio. Per ora, è stata soprannominata "il porcospino".

Connessione Sole-Eliosfera e Meteo Spaziale

Il principale obiettivo scientifico di Solar Orbiter è l'esplorazione della connessione tra il Sole e l'eliosfera. L'eliosfera è la grande "bolla" di spazio che si estende oltre i pianeti del nostro Sistema Solare. È piena di particelle dotate di carica elettrica, la maggior parte delle quali è stata espulsa dal Sole e forma il vento solare. È il movimento di queste particelle, con i campi magnetici solari associati, che crea il meteo spaziale.

Per tracciare gli effetti del Sole sull'eliosfera, i risultati degli strumenti in situ, che registrano le particelle e i campi magnetici che passano attraverso la navicella spaziale, devono essere ricondotti ad eventi sulla superficie visibile del Sole o vicino a essa, registrati dagli strumenti di telerilevamento.

Non si tratta di un compito facile, dal momento che l'ambiente magnetico attorno al Sole è molto complesso, ma più la navicella spaziale riesce ad avvicinarsi al Sole, meno complessa diventa l'attribuzione di eventi di particelle al Sole lungo le "autostrade" delle linee del campo magnetico.

Il 21 marzo, qualche giorno prima del perielio, una nuvola di particelle cariche ha investito la navicella spaziale, rilevata dal rilevatore di particelle energetiche (Energetic Particle Detector, EPD). È importante notare che le particelle più energetiche sono giunte per prime, seguite da quelle con energie sempre più ridotte.

"Ciò suggerisce che le particelle non si generano nelle vicinanze della navicella spaziale", chiarisce Javier Rodríguez-Pacheco dell'Università di Alcalà, Spagna, e Responsabile Scientifico di EPD. Sono state invece prodotte nell'atmosfera solare, più vicino alla superficie del Sole. Viaggiando nello spazio, le particelle più veloci si sono lasciate alle spalle quelle più lente, come i podisti in una competizione.

Lo stesso giorno, l'esperimento relativo alle onde radio e al plasma (Radio and Plasma Waves, RPW) ha visto arrivare le particelle, rilevando la caratteristica scansione forte delle radiofrequenze prodotta quando le particelle accelerate, principalmente elettroni, si muovono a spirale verso l'esterno, lungo le linee del campo magnetico del Sole. RPW ha quindi rilevato oscillazioni note come onde di Langmuir.

"Si tratta di un segnale che gli elettroni carichi hanno raggiunto la navicella spaziale", spiega Milan Maksimovic, LESIA, dell'Osservatorio di Parigi, Francia, e Responsabile Scientifico di RPW.

Degli strumenti di telerilevamento, sia EUI sia lo spettrometro/telescopio a raggi X (X-ray Spectrometer/Telescope, STIX) hanno osservato eventi sul Sole che potrebbero essere stati responsabili dell'emissione delle particelle. Sebbene le particelle che si muovono verso lo spazio siano quelle rilevate da EPD e RPW, è importante ricordare che altre particelle possono spostarsi verso il basso rispetto all'evento, raggiungendo i livelli inferiori dell'atmosfera solare. È qui che entra in gioco STIX.

Mentre EUI osserva la luce ultravioletta rilasciata dal sito di brillamento nell'atmosfera del Sole, STIX osserva i raggi X prodotti quando gli elettroni accelerati dal brillamento interagiscono con i nuclei degli atomi nei livelli inferiori dell'atmosfera solare.

Ora è compito del team indagare l'esatta modalità di collegamento di tutte queste osservazioni.

Ad aggiungere un'ulteriore complicazione è il magnetometro (MAG), che non ha registrato alcun evento contemporaneo significativo. Tuttavia, non si tratta di un fenomeno insolito. L'eruzione iniziale di particelle, nota come espulsione di massa coronale (Coronal Mass Ejection, CME), crea un forte campo magnetico che MAG può registrare facilmente, ma le particelle cariche di energia dell'evento viaggiano molto più velocemente rispetto alla CME e possono riempire rapidamente grandi volumi di spazio ed essere quindi rilevate da Solar Orbiter.

"Tuttavia, se la CME non colpisce la navicella spaziale, MAG non osserverà alcuna firma", chiarisce Tim Horbury, Imperial College, Regno Unito, e Responsabile Scientifico di MAG.

Per quanto riguarda il campo magnetico, tutto ha inizio sulla superficie visibile del Sole, nota come fotosfera. È da qui che il campo magnetico generato internamente si espande nello spazio. Per conoscerne l'aspetto, Solar Orbiter è dotato di una fotocamera polarimetrica ed eliosismica (Polarimetric and Helioseismic Imager, PHI). Tale strumento è in grado di osservare la polarità magnetica nord e sud sulla fotosfera, oltre all'increspatura della superficie del Sole causata da onde sismiche che viaggiano al suo interno.

"Forniamo le misurazioni del campo magnetico alla superficie del Sole. Un altro strumento, SPICE, la fotocamera spettrale dell'ambiente coronale (Spectral Imaging of the Coronal Environment), registra la composizione della corona. Combinando i dati di tutti gli strumenti, il team scientifico sarà in grado di chiarire l'evoluzione dell'attività solare dalla superficie del Sole a Solar Orbiter e oltre. Ed è proprio questa conoscenza che aprirà la strada a un futuro sistema progettato per prevedere le condizioni meteorologiche spaziali sulla Terra in tempo reale.

Previsioni Meteo Spaziale e Missione ESA Vigil

Nel periodo precedente al perielio, Solar Orbiter ha anche avuto un assaggio di come potrebbe funzionare un sistema di questo tipo. La navicella spaziale volava sopravvento rispetto alla Terra. Questo punto di vista unico consentiva alla sonda di monitorare le condizioni del vento solare che avrebbe colpito la Terra diverse ore dopo. Dato che la navicella spaziale era in contatto diretto con la Terra, con i segnali che viaggiano alla velocità della luce i dati sono arrivati a terra in pochi minuti, pronti per l'analisi.

Fortuna ha voluto che siano state rilevate diverse espulsioni di massa coronale (CME) in questo periodo: alcune di queste puntavano direttamente verso la Terra.

Il 10 marzo, una CME ha investito la navicella spaziale. Utilizzando i dati di MAG, il team è riuscito a prevedere quando la CME avrebbe successivamente colpito la Terra. L'annuncio di questa notizia sui social media ha consentito agli appassionati di osservazioni del cielo di prepararsi all'aurora, che è arrivata puntualmente circa 18 ore più tardi, all'orario previsto.

Quest'esperienza ha offerto a Solar Orbiter un assaggio di cosa significhi prevedere in tempo reale le condizioni meteorologiche spaziali sulla Terra.

L'ESA sta attualmente pianificando una missione chiamata ESA Vigil che sarà stazionata su un lato del Sole, rivolta verso la regione dello spazio che porta verso la Terra. Il suo compito sarà l'acquisizione di immagini delle CME che attraversano questa regione, specialmente quelle dirette verso il nostro pianeta.

Durante il perielio, Solar Orbiter è stato posizionato in modo che gli strumenti Metis e SoloHI potessero fornire proprio questo tipo di immagini e dati.

Metis scatta immagini della corona tra 1,7 e 3,0 raggi solari. Oscurando il disco luminoso del Sole, analizza la corona più debole.

"Fornisce gli stessi dettagli delle osservazioni da terra delle eclissi totali, ma anziché per pochi minuti, Metis è in grado di osservare continuamente", afferma Marco Romoli dell'Università di Firenze, in Italia, e Responsabile Scientifico di Metis.

SoloHI registra immagini composte da luce solare, diffusa dagli elettroni nel vento solare. Un brillamento in particolare, il 31 marzo, ha raggiunto la classe X, quella dei brillamenti solari più energetici noti. I dati non sono ancora stati analizzati perché ne rimangono troppi sulla navicella spaziale in attesa di essere scaricati.

Il Futuro di Solar Orbiter

Non c'è alcun dubbio che i team responsabili degli strumenti abbiano ora un bel da fare. Il perielio è stato un grandissimo successo e ha generato una enorme quantità di dati straordinari. E questo è solo un assaggio di quello che ci attende. La navicella spaziale è già in viaggio per allinearsi per il prossimo passaggio sul perielio, leggermente più vicino rispetto al precedente, il 13 ottobre a 0,29 volte la distanza Terra-Sole. Prima di allora, il 4 settembre, effettuerà il suo terzo sorvolo ravvicinato di Venere.

Solar Orbiter ha già scattato le prime immagini delle regioni polari largamente inesplorate del Sole, ma c'è ancora molto da scoprire.

Il 18 febbraio 2025, Solar Orbiter incontrerà Venere per la quarta volta. Ciò aumenterà l'inclinazione dell'orbita del veicolo spaziale fino a circa 17 gradi. Il quinto sorvolo di Venere, il 24 dicembre 2026, incrementerà ulteriormente l'inclinazione fino a 24 gradi e segnerà l'inizio della missione ad "alta altitudine".

In questa fase, Solar Orbiter vedrà le regioni polari del Sole più direttamente che mai prima. Tali osservazioni con visuale diretta sono fondamentali per districare il complesso ambiente magnetico ai poli e questo potrebbe svelare il segreto del ciclo di attività crescente e calante di 11 anni del Sole.

"Siamo entusiasti della qualità dei dati del nostro primo perielio" dichiara Daniel Müller, Scienziato di Progetto dell'ESA per Solar Orbiter, "è difficile credere che questo sia solo l'inizio della missione. Ci terrà davvero molto occupati".

Tabella dei Perieli di Solar Orbiter

Data	Distanza (UA)
15 giugno 2020	0.52
10 febbraio 2021	0.49
12 settembre 2021	0.59
26 marzo 2022	0.32
13 ottobre 2022 (previsto)	0.29

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