In un paio di nuovi documenti, gli scienziati dipingono un quadro di come i cicli solari muoiono improvvisamente, potenzialmente causando tsunami di plasma a correre attraverso l'interno del Sole e innescare la nascita del prossimo ciclo di macchie solari solo poche settimane dopo.

Le nuove scoperte forniscono informazioni sulla misteriosa tempistica dei cicli delle macchie solari, che sono contrassegnati dall'aumento e dalla diminuzione dell'attività delle macchie solari sulla superficie solare. Mentre gli scienziati sanno da tempo che questi cicli durano circa 11 anni, prevedere quando un ciclo finisce e inizia il successivo è stato difficile da definire con precisione. La nuova ricerca potrebbe cambiarlo.

In uno degli studi, che si basa su quasi 140 anni di osservazioni solari dal suolo e dallo spazio, gli scienziati sono in grado di identificare eventi "terminator" che segnano chiaramente la fine di un ciclo di macchie solari. Con una comprensione di cosa cercare nella corsa a questi terminatori, gli autori prevedono che l'attuale ciclo solare (Ciclo Solare 24) terminerà nella prima metà del 2020, dando il via alla crescita del Ciclo Solare 25 poco dopo.

In un secondo studio, motivato dal primo, gli scienziati esplorano il meccanismo di come un evento terminatore potrebbe innescare l'inizio di un nuovo ciclo di macchie solari utilizzando un sofisticato modello di computer. Le simulazioni risultanti mostrano che gli "tsunami solari" potrebbero fornire la connessione e spiegare la transizione straordinariamente rapida del Sole da un ciclo all'altro.

Entrambi gli studi sono stati condotti dal Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR).

"L'evidenza dei terminatori è stata nascosta nella documentazione di osservazione per più di un secolo, ma fino ad ora, non sapevamo cosa stavamo cercando, " ha detto lo scienziato NCAR Scott McIntosh, che dirige l'Osservatorio d'alta quota del centro e ha lavorato su entrambi gli studi. "Combinando una così ampia varietà di osservazioni nel corso di così tanti anni, siamo stati in grado di mettere insieme questi eventi e fornire uno sguardo completamente nuovo su come l'interno del Sole guida il ciclo solare".

La ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation, che è lo sponsor di NCAR, Il programma Living with a Star della NASA, e il Centro di ricerca e sviluppo in rete congiunto indo-statunitense.

Bagliori di luce rivelano misteri

I cicli di macchie solari nascono dopo il minimo solare, un periodo in cui la faccia del Sole è tranquilla. Mentre il ciclo continua, emergono sempre più macchie solari, apparendo per la prima volta a circa 35 gradi di latitudine in entrambi gli emisferi e marciando lentamente verso l'equatore per un decennio prima di svanire di nuovo nel prossimo minimo solare. Il punto medio approssimativo di questa progressione è il massimo solare, quando le macchie solari sono più abbondanti.

Prevedere i tempi dell'evoluzione delle macchie solari è un importante obiettivo scientifico, in parte perché l'attività delle macchie solari è legata alle tempeste solari che possono disturbare l'alta atmosfera terrestre e influenzare i segnali GPS, reti elettriche, e altre tecnologie critiche. Ma tali previsioni si sono rivelate impegnative.

Per esempio, il Sole è attualmente in un minimo solare. Gli scienziati sanno che la relativa pace significa che l'attuale ciclo solare si sta concludendo, ma è stato difficile dire se il nuovo ciclo comincerà tra qualche mese o qualche anno. McIntosh e i suoi colleghi pensano che i loro studi possano fornire maggiore chiarezza, sia nella tempistica dei cicli sia in ciò che guida i cicli stessi.

I ricercatori hanno iniziato studiando il movimento dei punti luminosi coronali, effimeri sfarfallii di estrema luce ultravioletta nell'atmosfera solare. Osservando i punti luminosi, che si verificano anche nella relativa calma di un minimo solare, gli scienziati pensano di aver ottenuto una visione più completa del ciclo solare che se si fossero concentrati solo sull'attività delle macchie solari.

I punti luminosi appaiono prima a latitudini più elevate rispetto alle macchie solari (circa 55 gradi) e migrano verso l'equatore a circa 3 gradi di latitudine all'anno, raggiungere l'equatore dopo un paio di decenni. I percorsi tracciati dai punti luminosi si sovrappongono all'attività delle macchie solari alle medie latitudini (intorno ai 35 gradi) fino a raggiungere l'equatore e scomparire. Questa scomparsa, che i ricercatori chiamano un evento terminatore, è seguito poco dopo da una grande esplosione di attività di punti luminosi alle medie latitudini, segnando l'inizio del prossimo ciclo di macchie solari.

Nel nuovo studio che identifica gli eventi terminator, pubblicato sulla rivista Fisica solare , gli scienziati confermano le osservazioni del punto luminoso con una serie di altre osservazioni da una varietà di strutture di osservazione di veicoli spaziali e terrestri risalenti a oltre 13 cicli solari.

"Siamo stati in grado di identificare questi terminatori esaminando i dati di un'intera gamma di misure diverse dell'attività solare:campi magnetici, irradiazione spettrale, flusso radio:oltre ai punti luminosi, ", ha detto lo scienziato dell'Università del Maryland Bob Leamon, un coautore del documento che è anche ricercatore presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "I risultati dimostrano che è davvero necessario essere in grado di fare un passo indietro e utilizzare tutti i dati disponibili per apprezzare come funzionano le cose, non solo un veicolo spaziale o un'osservazione o un modello".

Connessioni tsunami

McIntosh e il suo team hanno identificato che i punti luminosi coronali consentono loro di "vedere" meglio lo svolgersi del ciclo solare. Ma perché il ciclo delle macchie solari inizia a crescere alle medie latitudini poche settimane dopo il terminatore?

Il documento sugli tsunami solari, guidato dallo scienziato NCAR Mausumi Dikpati e pubblicato in Rapporti scientifici , esplora i possibili meccanismi alla base delle osservazioni. Suggerisce che i punti luminosi coronali siano indicatori del movimento dei "campi magnetici toroidali, " che avvolgono il Sole come elastici che si estendono in direzione est-ovest e migrano lentamente verso l'equatore negli stessi due decenni.

Quando questi campi magnetici toroidali risalgono in superficie, creano macchie solari insieme ai punti luminosi che già producevano. Mentre viaggiano, fungono anche da dighe magnetiche, intrappolando il plasma dietro di loro. Quando i campi magnetici toroidali degli emisferi nord e sud del Sole si toccano al centro, le loro cariche avversarie provocano il loro reciproco annientamento, rilasciando il fluido represso dietro di loro in uno tsunami. Questo fluido si precipita in avanti, si scontra, e poi si increspa all'indietro, viaggiando verso i poli ad una velocità di circa 300 metri al secondo.

Quando lo tsunami solare raggiunge le medie latitudini del Sole, incontra i campi magnetici toroidali del ciclo successivo, che stanno già marciando verso l'equatore (questa progressione è segnata dal percorso dei punti luminosi coronali) ma viaggiando più in profondità all'interno del Sole. Lo tsunami alimenta quei campi magnetici, sollevandoli verso la superficie e producendo la notevole ondata di punti luminosi - e accompagnando l'attività delle macchie solari - che segna l'inizio del nuovo ciclo di macchie solari.

"Abbiamo osservato il ciclo delle macchie solari per centinaia di anni, ma è stato un mistero quale meccanismo potesse trasportare un segnale dall'equatore, dove finisce il ciclo, alle medie latitudini del Sole, dove inizia il prossimo ciclo, in così poco tempo, " disse Dikpati.

Come un corpo, la ricerca fornisce un nuovo modo di pensare al funzionamento dell'interno solare che sfida alcuni dei pensieri convenzionali sui processi sul Sole. Che la ricerca sia sulla strada giusta o meno, e possa migliorare le nostre capacità predittive, presto avrà il suo primo test.

Esistono numerosi strumenti ideali per osservare l'inevitabile fine dell'attuale ciclo solare e l'inizio del successivo, secondo gli autori. Questi includono la sonda solare Parker, lanciato lo scorso agosto, la navicella spaziale STEREO-A, l'Osservatorio sulla dinamica solare, il telescopio solare Daniel K. Inouye, e altri beni.

"Nel prossimo anno, dovremmo avere un'opportunità unica di osservare ampiamente un evento terminatore mentre si svolge e poi di assistere al lancio del ciclo 25 delle macchie solari, " McIntosh ha detto. "Crediamo che i risultati, soprattutto se il terminatore arriva quando previsto, potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell'interno solare e dei processi che creano le macchie solari e modellano il ciclo delle macchie solari".