Una delle grandi domande della fisica solare è perché l'attività del sole segue un ciclo regolare di 11 anni. Ricercatori dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), un istituto di ricerca tedesco indipendente, ora presenti nuove scoperte, indicando che le forze di marea di Venere, Terra e Giove influenzano il campo magnetico solare, governando così il ciclo solare. Il team di ricercatori presenta i risultati sulla rivista Fisica solare .

In linea di principio, non è insolito che l'attività magnetica di una stella come il sole subisca oscillazioni cicliche. Eppure i modelli passati non sono stati in grado di spiegare adeguatamente il ciclo molto regolare del sole. Il team di ricerca HZDR è ora riuscito a dimostrare che le forze di marea planetarie sul sole agiscono come un orologio esterno, e sono il fattore decisivo dietro il suo ritmo costante. Per ottenere questo risultato, gli scienziati hanno sistematicamente confrontato le osservazioni storiche dell'attività solare degli ultimi mille anni con le costellazioni planetarie, statisticamente dimostrando che i due fenomeni sono collegati. "C'è un livello di concordanza sorprendentemente alto:quello che vediamo è il completo parallelismo con i pianeti nel corso di 90 cicli, " ha detto Francesco Stefani, autore principale dello studio. "Tutto punta a un processo cronometrato."

Come con l'attrazione gravitazionale della Luna che causa le maree sulla Terra, i pianeti sono in grado di spostare il plasma caldo sulla superficie del sole. Le forze di marea sono più forti quando c'è il massimo allineamento Venere-Terra-Giove; una costellazione che si verifica ogni 11,07 anni. Ma l'effetto è troppo debole per perturbare significativamente il flusso all'interno del solare, ecco perché la coincidenza temporale è stata a lungo trascurata. Però, i ricercatori dell'HZDR hanno quindi trovato prove di un potenziale meccanismo indiretto che potrebbe essere in grado di influenzare il campo magnetico solare tramite le forze di marea:oscillazioni nell'instabilità di Tayler, un effetto fisico che, da una certa corrente, può modificare il comportamento di un liquido conduttivo o di un plasma. Basandosi su questo concetto, gli scienziati hanno sviluppato il loro primo modello nel 2016; da allora hanno avanzato questo modello nel loro nuovo studio per presentare uno scenario più realistico.

Piccolo innesco con un grande impatto:le maree sfruttano l'instabilità

Nel caldo plasma del sole, l'instabilità di Tayler perturba il flusso e il campo magnetico, stesso reagendo in modo molto sensibile a piccole forze. Una piccola spinta di energia è sufficiente perché le perturbazioni oscillino tra l'elicità destrorsa e sinistrorsa (la proiezione dello spin sulla direzione della quantità di moto). Lo slancio richiesto per questo può essere indotto dalle forze di marea planetarie ogni undici anni, determinando infine anche il ritmo con cui il campo magnetico inverte la polarità del sole.

"Quando ho letto per la prima volta di idee che collegano la dinamo solare ai pianeti, ero molto scettico, "Ha ricordato Stefani. "Ma quando abbiamo scoperto l'instabilità di Tayler guidata dalla corrente che subiva oscillazioni di elicità nelle nostre simulazioni al computer, Mi sono chiesto:cosa accadrebbe se il plasma venisse colpito da un piccolo, perturbazione simile a una marea? Il risultato è stato fenomenale. L'oscillazione è stata davvero eccitata ed è diventata sincronizzata con i tempi della perturbazione esterna".

Dinamo solare con un tocco in più

Nello scenario standard di una dinamo, la rotazione del sole e il complesso movimento del plasma solare creano un campo magnetico che cambia ciclicamente. Qui interagiscono due effetti:il plasma ruota più velocemente all'equatore solare che ai poli. Questo porta all'effetto omega:le linee del campo magnetico congelate nel plasma si estendono intorno al sole e convertono il campo magnetico in un campo allineato quasi parallelo all'equatore del sole. L'effetto alfa descrive un meccanismo che distorce le linee del campo magnetico, costringendo il campo magnetico in direzione nord-sud.

Cosa causa esattamente l'effetto alfa, però, è oggetto di controversia. Il modello di Stefani indica che l'instabilità di Tayler è in parte responsabile di questo. I ricercatori considerano lo scenario più plausibile quello in cui una classica dinamo solare si combina con le modulazioni eccitate dai pianeti. "Allora il sole sarebbe del tutto normale, stella più vecchia il cui ciclo dinamo, però, è sincronizzato dalle maree, " ha riassunto Stefani. "Il bello del nostro nuovo modello è che ora siamo in grado di spiegare facilmente effetti che prima erano difficili da modellare, come le "false" eliche, come osservato con le macchie solari, o il noto doppio picco nella curva di attività del sole."

Oltre a influenzare il ciclo di 11 anni, le forze di marea planetarie possono anche avere altri effetti sul sole. Per esempio, è anche ipotizzabile che modifichino la stratificazione del plasma nella regione di transizione tra la zona radiativa interna e la zona convettiva esterna del sole (la tachocline) in modo tale che il flusso magnetico possa essere condotto più facilmente. In quelle condizioni, anche l'ampiezza dei cicli di attività potrebbe essere modificata, come avveniva una volta con il minimo di Maunder, quando c'è stato un forte calo dell'attività solare per una fase più lunga.

A lungo termine, un modello più preciso della dinamo solare aiuterebbe gli scienziati a quantificare in modo più efficace processi rilevanti per il clima come la meteorologia spaziale, e forse anche per migliorare le previsioni climatiche un giorno. I nuovi calcoli del modello significano anche che, oltre alle forze di marea, potenzialmente altro, meccanismi finora trascurati dovrebbero essere integrati nella teoria della dinamo solare, meccanismi con forze deboli che possono tuttavia, come ora sanno i ricercatori, avere un impatto importante. Per poter indagare questa fondamentale domanda in laboratorio, pure, i ricercatori stanno attualmente allestendo un nuovo esperimento sui metalli liquidi all'HZDR.