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L'attività solare

Assieme alla Luna, il Sole è stato senza dubbio l’oggetto celeste più osservato dall’uomo fin dagli albori della civiltà. L’osservazione del Sole permetteva all’uomo di dare uno schema logico al fluire del tempo e di dominarlo prevedendo i fenomeni meteorologici ed evitando, quando ciò era possibile, di subirli. Naturalmente le prime osservazioni del Sole riguardavano i suoi movimenti nel cielo, ritenuti reali. La mancanza della sensazione del moto della Terra ha convinto l’uomo dell’immobilità della medesima e della concretezza dei moti dei corpi celesti, Sole compreso.

Siamo abituati a vederlo attraversare i nostri cieli ogni giorno, instancabile ed immutabile. In realtà, anche con un piccolo telescopio e con gli appositi filtri, è possibile notare sulla superficie solare delle variazioni di colore, delle "macchie nere" che appaiono e scompaiono nel nulla cambiando spesso forma. Se inoltre tenessimo traccia negli anni dell'andamento di queste macchie,  si scoprirebbe che esse variano di numero e dimensioni seguendo un ciclo di 11 anni circa. Sappiamo in pratica che ogni 11 anni attraversiamo un "picco" nel quale sono presenti molte di queste macchie solari, per poi sparire durante il periodo intermedio di quiete. Ma cosa sono queste zone più scure sulla superficie del nostro Sole?  Per capirlo dobbiamo prima di tutto avere una idea di come il Sole sia composto. Si tratta essenzialmente di una enorme palla di gas, che comprimendosi a causa della forte gravità, innesca potenti reazioni di fusione nucleare. In breve possiamo dire che i gas presenti sul Sole si trasformano in plasma, ovvero si "caricano di energia" ionizzandosi. Il plasma è un particolare stato della materia che la rende sensibile ai campi magnetici. Se per assurdo avvicinate una calamita ad una sferetta di plasma, questa reagirà spostandosi oppure avvicinandosi, in base alla sua carica elettrica. Ora dovete immaginare che il Sole si comporta come un magnete molto irregolare: sulla sua superficie possiamo trovare punti che hanno una carica positiva, altri che hanno una carica negativa ma comunque in continua variazione. Questi campi magnetici tendono a creare degli "anelli" chiudendosi su se stessi, e questo crea dei movimenti di plasma che si sposta sulla superficie solare. In casi molto particolari avviene che questi anelli "isolano" parte della superficie del Sole, la quale si raffredda e di conseguenza diventa nera, prendendo a tutti gli effetti le sembianze di una macchia. Spesso sopra di essa si forma un anello magnetico: essendo questo sistema molto instabile e variabile nel tempo, talvolta questi anelli si "aprono" lasciando esplodere verso l'esterno tutta la potenza del Sole. Questi fenomeni sono detti brillamenti solari, in inglese Solar Flare, e possono essere anche letali per gli esseri viventi sulla Terra, infatti hanno un'energia equivalente a varie decine di milioni di bombe atomiche.

I brillamenti solari vengono classificati principalmente in brillamenti di classe A,B,C,M,X. a seconda della loro luminosità nei raggi X vicino alla Terra, misurata in Watt/m².

Ogni classe è dieci volte più potente di quella precedente, con X (la più grande) pari a 1012 W/m², ed inoltre è divisa linearmente da 1 a 9, quindi un brillamento X2 è quattro volte più potente di uno M5. L'attività solare si trova normalmente compresa tra le classi A e C. I brillamenti C hanno pochi effetti sulla Terra, mentre i più potenti M e X possono causare danni.

Classe X: sono le emissioni piu potenti che sulla terra possono causare disturbi intensi alle trasmissioni radio, cellulari, e trasporto dati su lunghe distanze.

Classe M: brillamenti di media intensità, possono influenzare le regioni polari terrestri con aurore boreali e creare brevi e non intensi disturbi alle comunicazioni radio.

Classe C: piccole emissioni con poche ed irrilevanti conseguenze sulla terra (come A e B).

Tutta la nostra tecnologia è basata sull'elettronica o comunque sull'elettricità, ed i brillamenti solari, rilasciando grandi quantità di energia nello spazio, potrebbero investire la terra con un quantitativo tale di energia da sovraccaricare le nostre linee elettriche o disturbare le comunicazioni via radio come cellulari o sistemi di navigazione. Possiamo citare a questo riguardo il famosissimo Evento Carrington: fu la più grande tempesta geomagnetica o solare mai registrata. Avvenne il primo settembre 1859 e deve il suo nome a Richard Carrington, un astronomo inglese grazie ai suoi studi sulle macchie solari. L'evento produsse i suoi effetti su tutta la Terra dal 28 agosto al 2 settembre provocando notevoli disturbi all'allora recente tecnologia del telegrafo, causando l'interruzione delle linee telegrafiche per 14 ore e produsse un'aurora boreale visibile anche a latitudini inusuali (es. Roma, Giamaica, Hawaii e Cuba).

Il fattore più vulnerabile, dice la NASA, sono i trasformatori. Non si possono riparare ma solo sostituire. Il processo sarebbe penosamente lento, perchè verrebbero paralizzate anche le fabbriche che li producono.

Un nuovo progetto della NASA chiamato "Solar Shield" potrebbe contribuire a proteggere le linee elettriche da questi eventi. "Solar Shield è un sistema nuovo e sperimentale che tramite previsioni di andamento solare, permette di mettere in sicurezza le linee prima della tempesta magnetica", spiega il leader del progetto Antti Pulkkinen "Possiamo grazie a queste previsioni sapere quali trasformatori stanno per essere colpiti da un evento di questo tipo e quindi spegnerli per salvaguardarne l'integrità". Ciò che crea questi danni viene definita all'americana "GIC" - abbreviazione di Corrente Geomagneticamente Indotta. Quando una CME, ovvero Emissione di Massa Coronale (cioè quando il sole espelle miliardi di tonnellate di particelle ad alta energia dalla sua superficie) colpisce il campo magnetico terrestre, l'impatto destabilizza il campo magnetico stesso e lo fa vibrare. Queste vibrazioni magnetiche inducono correnti ovunque, dagli strati superiori dell'atmosfera terrestre fino al suolo sotto i nostri piedi. Le più potenti correnti geomagneticamente indotte possono sovraccaricare i circuiti, distruggendoli. Questo è effettivamente accaduto nel Quebec il 13 marzo 1989, quando una tempesta geomagnetica di piccola intensità rispetto all'Evento di Carrington ha causato un blackout nell'intera provincia per oltre nove ore. La tempesta ha danneggiato trasformatori in Quebec, New Jersey, e in Gran Bretagna, causando più di 200 anomalie di alimentazione attraverso gli Stati Uniti dalla costa orientale a Nord-Ovest del Pacifico. 

Osservatori del Sole

Telescopio Spaziale SOHO

Il Solar and Heliospheric Observatory (spesso abbreviato in SOHO) è un telescopio spaziale lanciato alla fine del 1995 per studiare il Sole. È un progetto congiunto dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e della NASA.

La sonda SOHO è stata costruita in Europa da un team guidato dal primo appaltatore Matra Marconi Space (ora EADS Astrium) sotto la gestione dell'ESA. I dodici strumenti a bordo di SOHO sono stati forniti da scienziati europei e americani.  La NASA si è incaricata del lancio ed è ora responsabile delle operazioni di controllo missione. Grandi antenne radio in tutto il mondo che fanno parte del NASA Deep Space Network sono usati per ricevere i dati dei rilevamenti ed inviare quelli di comando. Il controllo della missione ha sede nel Goddard Space Flight Center del Maryland.

SOHO studia contemporaneamente molti aspetti del Sole, dalla struttura e dalla dinamica del suo interno fino al vento solare. Una grande attenzione è stata poi riservata al tentativo di risolvere il più grande problema della fisica solare, che riguarda la temperatura della corona, lo strato più esterno dell'atmosfera. Questa ha infatti una temperatura di oltre 1 milione di kelvin, contro i meno di 6000 della superficie sottostante.

SOHO si muove attorno al Sole al passo con la Terra,  all'altezza del Primo Punto Lagrangiano (L1), cioè dove la gravità combinata della Terra e del Sole mentiene SOHO in orbita perfettamente lungo la linea Terra-Sole. Il punto L1 è a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra (circa quattro volte la distanza della Luna), in direzione del Sole. SOHO gode di una vista ininterrotta della nostra stella: tutti gli osservatori solari precedenti hanno orbitato attorno alla Terra ed in questo modo perdevano la visibilità nel momento in cui il nostro pianeta copriva il sole. 

Ecco alcune tra le più interessanti foto scattate dalla sonda:

Durante le operazioni, la sonda trasmette un continuo flusso di dati a 200 Kbit/s, contenente fotografie e misure, attraverso la rete di ricevitori a terra appartenenti al Deep Space Network della NASA.
I dati inviati da SOHO sono utilizzati per predire flare solari, in modo da proteggere i satelliti terrestri e le reti elettriche dall'intenso vento solare.

Una inaspettata perdita di contatto con la sonda SOHO è avvenuta il 25 giugno 1998. Fortunatamente, la missione è stata completamente recuperata in una delle operazioni di soccorso più drammatiche nello spazio, mentre la normale operatività della navetta riprende circa a metà novembre dello stesso anno. Dopo il recupero della navetta avvenuto con successo, mantenendo tutti i 12 strumenti funzionanti, successivamente andarono fuori uso tutti e tre i giroscopi, fondamentali per mantenere la stabilità della navicella. Venne impiegato allora un nuovo software di controllo "gyroless" che viene installato nel febbriaio 1999, permettendo alla SOHO di tornare alla normale attività scientifica, diventando la prima sonda spaziale a 3 assi stabilizzati operante senza giroscopi!

Nel 2003 l'ESA ha comunicato il danneggiamento di uno dei motori deposti al puntamento dell'antenna ad alto guadagno della sonda. Questo danneggiamento poteva produrre una perdita di comunicazioni di 2/3 settimane ogni tre mesi. I tecnici ESA e del DSN utilizzando l'antenna a basso guadagno e le due più grandi stazioni riceventi a terra (di 34 e 70 metri) sono riusciti a mantenere comunicazioni continuative con la sonda con solo una leggera riduzione della larghezza di banda durante le settimane incriminate.

SOHO ha scoperto oltre 2000 comete confermate, oltre ad altre ancora da confermare.

Telescopio Spaziale SDO

Il Solar Dynamics Observatory (SDO) è un telescopio spaziale che è stato lanciato l'11 febbraio 2010 per studiare il Sole. È un progetto della NASA.

La missione dovrebbe durare cinque anni e tre mesi, ma non se ne esclude un prolungamento ad almeno dieci anni. Alcuni considerano il Solar Dynamic Observatory come il successore del Solar and Heliospheric Observatory (SOHO).

Il compito principale è di scrutare la nostra stella per riuscire a capire meglio come la sua attività influenzi la vita sul nostro pianeta.

SDO invierà i dati scientifici (banda Ka) tramite le sue antenne maggiori e i dati tecnici (banda S) tramite le due antenne onnidirezionali. La stazione a terra consiste di due antenne radio da 18 metri posizionate a White Sands, nel Nuovo Messico. Le antenne verranno costruite specificatamente per questa missione. SDO genererà circa 1,5 terabyte di dati al giorno.

SDO orbiterà a 36.000 km in un'orbita geosincrona a 102° di latitudine ovest e un'inclinazione di 28,5°. e quindi in alcuni periodi dell'anno il nostro pianeta (visto da SDO) occulta il Sole.

Il Telescopio Spaziale ha iniziato a inviare le prime spettacolari immagini del sole e sul sito web della NASA sono stati pubblicati alcuni scatti che, per la loro qualità e innovazione, forniranno agli scienziati una nuova chiave di lettura sui processi dinamici della stella.

Alcune delle immagini dalla sonda mostrano nei dettagli flussi di materiale espulsi verso l’esterno che appaiono lontani dalle macchie solari. Altri mostrano inquadrature ravvicinate dell’attività sulla superficie del sole.

La sonda ha anche realizzato la prima misurazione ad alta risoluzione dei brillamenti solari in una vasta gamma di lunghezze d’onda dell’estremo ultravioletto.

Ecco alcune immagini:

“Queste immagini iniziali – ha dichiarato Richard Fisher, direttore della Divisione di Eliofisica della NASA - mostrano un sole dinamico che non avevo mai visto in oltre 40 anni di ricerca solare. L’SDO cambierà la nostra comprensione del sole e dei suoi processi, che influenzano la nostra vita e la nostra società. Questa missione avrà un enorme impatto sulla scienza, simile agli effetti che il telescopio spaziale Hubble ha avuto sull’astrofisica moderna”.

Nelle immagini i diversi colori indicano le temperature più o meno alte, che vanno dai circa 60mila gradi del rosso a più di un milione di gradi delle tonalità verde e blu.

Resta comunque il fatto che, nonostante le decine di satelliti inviato fino ad oggi, troppi misteri devono essere ancora risolti. Per far si che ciò avvenga è necessario un ulteriore salto in avanti verso tecnologie che ci permetteranno di osservare il Sole sempre da più vicino. L’Esa europea ha in cantiere la sonda Solar Orbiter che lancerà nel 2015 e che rimarrà in orbita a una distanza di 30 milioni di chilometri dall’astro, cioè all’interno dell’orbita di Mercurio. La Nasa sta invece rielaborando il progetto di Giuseppe Colombo il quale, quando negli anni '70 era al Jet Propulsion Laboratory della Nasa a Pasadena, propose di inviare un sonda kamikaze che precipitasse sulla stella in modo tale da poter indagare fino all’ultimo secondo di funzionamento e da vicinanze eccezionali altrimenti inaccessibili.

Bibliografia

L'attuale comportamento del Sole e gli effetti sul nostro Pianeta sono discussi negli articoli presenti nella sezione L'Attività Solare.