Mentre sviluppiamo strumenti sempre più potenti per scrutare oltre il nostro sistema solare, impariamo di più sul mare apparentemente infinito di stelle lontane e sui loro curiosi calchi di pianeti orbitanti. Ma c'è solo una stella che possiamo raggiungere direttamente e osservare da vicino, ed è la nostra:il Sole.

Due missioni imminenti ci porteranno presto più vicini al Sole di quanto non siamo mai stati prima, fornendo la nostra migliore possibilità di scoprire le complessità dell'attività solare nel nostro sistema solare e far luce sulla natura stessa dello spazio e delle stelle in tutto l'universo.

Insieme, Il Parker Solar Probe della NASA e il Solar Orbiter dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea) potrebbero risolvere domande vecchie di decenni sul funzionamento interno della nostra stella più vicina. Il loro completo, lo studio ravvicinato del Sole ha importanti implicazioni sul modo in cui viviamo ed esploriamo:l'energia del Sole alimenta la vita sulla Terra, ma innesca anche eventi meteorologici spaziali che possono rappresentare un pericolo per la tecnologia da cui dipendiamo sempre di più. Tale tempo spaziale può interrompere le comunicazioni radio, influenzare i satelliti e il volo spaziale umano, e, nel peggiore dei casi, interferire con le reti elettriche. Una migliore comprensione dei processi fondamentali del Sole che guidano questi eventi potrebbe migliorare le previsioni su quando si verificheranno e su come i loro effetti potrebbero essere avvertiti sulla Terra.

"Il nostro obiettivo è capire come funziona il Sole e come influenza l'ambiente spaziale fino al punto di prevedibilità, " ha detto Chris St. Cyr, Scienziato del progetto Solar Orbiter presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Questa è davvero una scienza guidata dalla curiosità."

Il lancio di Parker Solar Probe è previsto per l'estate del 2018 e Solar Orbiter dovrebbe seguire nel 2020. Queste missioni sono state sviluppate in modo indipendente, ma i loro obiettivi scientifici coordinati non sono una coincidenza:Parker Solar Probe e Solar Orbiter sono compagni di squadra naturali.

Studiare la corona solare

Entrambe le missioni daranno un'occhiata più da vicino alla dinamica atmosfera esterna del Sole, chiamato corona. Dalla Terra, la corona è visibile solo durante le eclissi solari totali, quando la Luna blocca la luce più intensa del Sole e rivela la sottile atmosfera dell'atmosfera esterna, struttura bianco perla. Ma la corona non è così delicata come sembra durante un'eclissi solare totale:gran parte del comportamento della corona è imprevedibile e non ben compreso.

I gas carichi della corona sono guidati da una serie di leggi fisiche che raramente sono coinvolte nella nostra normale esperienza sulla Terra. Scoprire i dettagli di ciò che fa sì che le particelle cariche e i campi magnetici danzano e si attorciglino mentre lo fanno può aiutarci a comprendere due misteri eccezionali:cosa rende la corona molto più calda della superficie solare, e cosa spinge la continua effusione di materiale solare, il vento solare, a velocità così elevate.

Possiamo vedere quella corona da lontano, e persino misurare l'aspetto del vento solare mentre passa vicino alla Terra, ma è come misurare un fiume calmo miglia a valle di una cascata e cercare di capire la fonte della corrente. Solo di recente abbiamo avuto la tecnologia in grado di resistere al calore e alle radiazioni vicino al Sole, quindi per la prima volta, ci avviciniamo alla fonte.

"Parker Solar Probe e Solar Orbiter utilizzano diversi tipi di tecnologia, ma, come missioni, saranno complementari, "ha detto Eric Christian, uno scienziato ricercatore nella missione Parker Solar Probe presso la NASA Goddard. "Faranno foto della corona solare allo stesso tempo, e vedranno alcune delle stesse strutture:cosa sta succedendo ai poli del Sole e come appaiono quelle stesse strutture all'equatore".

Parker Solar Probe attraverserà un territorio completamente nuovo man mano che si avvicinerà al Sole rispetto a qualsiasi altra navicella spaziale prima, a meno di 3,8 milioni di miglia dalla superficie solare. Se la Terra fosse ridimensionata per sedersi a un'estremità di un campo da calcio, e il Sole dall'altra, la missione sarebbe arrivata sulla linea delle quattro yarde. L'attuale detentore del record, Helios B, una missione solare della fine degli anni '70, è arrivato solo sulla linea delle 29 yard.

Da quel punto di vista, Le quattro suite di strumenti scientifici di Parker Solar Probe sono progettate per acquisire immagini del vento solare e studiare i campi magnetici, plasma e particelle energetiche, che chiariscono la vera anatomia dell'atmosfera esterna del Sole. Queste informazioni faranno luce sul cosiddetto problema del riscaldamento coronale. Questo si riferisce alla realtà controintuitiva che, mentre le temperature nella corona possono aumentare fino a pochi milioni di gradi Fahrenheit, la superficie solare sottostante, la fotosfera, si aggira intorno alle 10, 000 gradi. Per apprezzare appieno la stranezza di questa differenza di temperatura, immagina di allontanarti da un falò e sentire l'aria intorno a te diventare molto, molto più caldo.

Solar Orbiter arriverà entro 26 milioni di miglia dal Sole, il che lo collocherebbe entro la linea delle 27 yard su quel metaforico campo di calcio. Sarà in un'orbita molto inclinata che può fornire le nostre prime immagini dirette dei poli del Sole, parti del Sole che non comprendiamo ancora bene, e che potrebbe contenere la chiave per comprendere ciò che guida l'attività costante e le eruzioni della nostra stella.

Sia Parker Solar Probe che Solar Orbiter studieranno l'influenza più pervasiva del Sole sul sistema solare:il vento solare. Il Sole esala costantemente un flusso di gas magnetizzato che riempie il sistema solare interno, chiamato vento solare. Questo vento solare interagisce con i campi magnetici, atmosfere, o anche superfici di mondi in tutto il sistema solare. Sulla terra, questa interazione può innescare aurore e talvolta interrompere i sistemi di comunicazione e le reti elettriche.

I dati delle missioni precedenti hanno portato gli scienziati a credere che la corona contribuisca ai processi che accelerano le particelle, guidando le incredibili velocità del vento solare, che triplicano quando lascia il Sole e attraversa la corona. Proprio adesso, il vento solare percorre circa 92 milioni di miglia quando raggiunge il veicolo spaziale che lo misura:un sacco di tempo prima che questo flusso di gas carichi si mescolino con altre particelle che viaggiano nello spazio e perda alcune delle sue caratteristiche distintive. Parker Solar Probe catturerà il vento solare proprio mentre si forma e lascia la corona, inviando sulla Terra alcune delle misurazioni più incontaminate del vento solare mai registrate. La prospettiva di Solar Orbiter, che fornirà una buona occhiata ai poli del Sole, completerà lo studio di Parker Solar Probe sul vento solare, perché consente agli scienziati di vedere come varia la struttura e il comportamento del vento solare alle diverse latitudini.

Solar Orbiter utilizzerà anche la sua orbita unica per comprendere meglio i campi magnetici del Sole; alcune delle attività magnetiche più interessanti del Sole sono concentrate ai poli. Ma poiché la Terra orbita su un piano più o meno in linea con l'equatore solare, in genere non abbiamo una buona visuale dei poli da lontano. È un po' come cercare di vedere la vetta dell'Everest dalla base della montagna.

Questa visione dei poli farà anche molto per comprendere la natura complessiva del campo magnetico del Sole, che è vivace ed esteso, che si estende ben oltre l'orbita di Nettuno. Il campo magnetico del Sole è di così vasta portata in gran parte a causa del vento solare:mentre il vento solare si dirige verso l'esterno, porta con sé il campo magnetico del Sole, creando una vasta bolla, chiamata eliosfera. All'interno dell'eliosfera, il vento solare determina la natura stessa delle atmosfere planetarie. I confini dell'eliosfera sono modellati da come il Sole interagisce con lo spazio interstellare. Dal passaggio della Voyager 1 attraverso l'eliopausa nel 2012, sappiamo che questi confini proteggono drammaticamente il sistema solare interno dalla radiazione galattica in arrivo.

Non è ancora chiaro come esattamente il campo magnetico del Sole sia generato o strutturato nelle profondità del Sole, anche se sappiamo che intensi campi magnetici attorno ai poli determinano la variabilità del Sole, causando brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale. Solar Orbiter sorvolerà all'incirca la stessa regione dell'atmosfera solare per diversi giorni alla volta mentre gli scienziati osservano la tensione accumularsi e rilasciarsi attorno ai poli. Queste osservazioni possono portare a una migliore consapevolezza dei processi fisici che alla fine generano il campo magnetico del Sole.

Insieme, Parker Solar Probe e Solar Orbiter raffineranno la nostra conoscenza del Sole e dell'eliosfera. Lungo la strada, è probabile che queste missioni porranno ancora più domande di quante ne rispondano, un problema che gli scienziati attendono con impazienza.

"Ci sono domande che ci assillano da molto tempo, " ha detto Adam Szabo, scienziato di missione per Parker Solar Probe alla NASA Goddard. "Stiamo cercando di decifrare cosa succede vicino al Sole, e la soluzione ovvia è semplicemente andare lì. Non possiamo aspettare, non solo io, ma tutta la comunità».