È uno dei misteri più grandi e più longevi che circondano, letteralmente, il nostro sole, perché la sua atmosfera esterna è più calda della sua superficie infuocata?

I ricercatori dell'Università del Michigan credono di avere la risposta, e spero di dimostrarlo con l'aiuto del Parker Solar Probe della NASA. In circa due anni, la sonda sarà la prima imbarcazione artificiale ad entrare nella zona che circonda il sole dove il riscaldamento sembra fondamentalmente diverso da quanto visto in precedenza nello spazio. Ciò consentirà loro di testare la loro teoria secondo cui il riscaldamento è dovuto a piccole onde magnetiche che viaggiano avanti e indietro all'interno della zona.

Risolvere l'enigma consentirebbe agli scienziati di comprendere e prevedere meglio il tempo solare, che può rappresentare una seria minaccia per la rete elettrica terrestre. E il primo passo è determinare dove inizia e dove finisce il riscaldamento dell'atmosfera esterna del sole, un enigma senza carenza di teorie.

Una volta all'interno di questa zona, Parker Solar Probe aiuterà a determinare cosa sta causando il riscaldamento misurando direttamente i campi magnetici e le particelle presenti.

"Qualunque sia la fisica dietro questo surriscaldamento, è un puzzle che ci fissa negli occhi da 500 anni, "ha detto Justin Kasper, un professore di scienze climatiche e spaziali e un investigatore principale per la missione Parker. "Tra solo due anni Parker Solar Probe rivelerà finalmente la risposta".

La teoria dell'UM è esposta in un documento, Il forte riscaldamento ionico preferenziale è limitato all'interno della superficie solare di Alfven, pubblicato il 4 giugno su The Lettere per riviste astrofisiche .

In questa "zona di riscaldamento preferenziale" al di sopra della superficie del sole, le temperature salgono complessivamente. Ancora più bizzarro, i singoli elementi vengono riscaldati a temperature diverse, o preferenzialmente. Alcuni ioni più pesanti vengono surriscaldati fino a diventare dieci volte più caldi dell'idrogeno che è ovunque in quest'area, più caldo del nucleo del sole.

Temperature così elevate fanno gonfiare l'atmosfera solare fino a molte volte il diametro del sole e sono la ragione per cui vediamo la corona estesa durante le eclissi solari. In tal senso, Kasper dice, il mistero del riscaldamento coronale è stato visibile agli astronomi per più di mezzo millennio, anche se le alte temperature si sono apprezzate solo nel secolo scorso.

Questa stessa zona presenta "onde Alfvén" idromagnetiche che si muovono avanti e indietro tra il suo bordo più esterno e la superficie del sole. Al bordo più esterno, chiamato il punto Alfvén, il vento solare si muove più veloce della velocità di Alfvén, e le onde non possono più tornare al sole.

"Quando sei al di sotto del punto Alfvén, sei in questa zuppa di onde, " disse Kasper. "Le particelle cariche vengono deviate e accelerate da onde provenienti da tutte le direzioni."

Nel tentativo di stimare quanto lontano dalla superficie del sole si ferma questo riscaldamento preferenziale, Il team di UM ha esaminato decenni di osservazioni del vento solare da parte della navicella spaziale Wind della NASA. Hanno osservato quanta parte dell'aumento della temperatura dell'elio vicino al sole è stata dilavata dalle collisioni tra ioni nel vento solare mentre viaggiavano verso la Terra. Osservare il decadimento della temperatura dell'elio ha permesso loro di misurare la distanza dal bordo esterno della zona.

"Prendiamo tutti i dati e li trattiamo come un cronometro per capire quanto tempo è trascorso da quando il vento si è surriscaldato, " disse Kasper. "Poiché so quanto velocemente si sta muovendo quel vento, Posso convertire le informazioni a distanza."

Questi calcoli mettono il bordo esterno della zona di surriscaldamento a circa 10-50 raggi solari dalla superficie. Era impossibile essere più definitivi poiché alcuni valori potevano essere solo indovinati.

Inizialmente, Kasper non ha pensato di confrontare la sua stima della posizione della zona con il punto Alfvén, ma voleva sapere se c'era una posizione fisicamente significativa nello spazio che produceva il confine esterno. Dopo aver letto che il punto di Alfvén e altre superfici sono state osservate espandersi e contrarsi con l'attività solare, lui e il co-autore Kristopher Klein, un ex postdoc UM e nuova facoltà presso l'Università dell'Arizona, hanno rielaborato la loro analisi considerando i cambiamenti di anno in anno piuttosto che considerare l'intera missione Wind.

"Con mio grande stupore, il confine esterno della zona di riscaldamento preferenziale e il punto di Alfvén si sono mossi di pari passo in modo totalmente prevedibile nonostante fossero calcoli completamente indipendenti, " ha detto Kasper. "Li inganni, e stanno facendo la stessa identica cosa nel tempo."

Quindi il punto Alfvén segna il bordo esterno della zona di riscaldamento? E cosa cambia esattamente sotto il punto di Alfvén che surriscalda gli ioni pesanti? Dovremmo saperlo nei prossimi due anni. La Parker Solar Probe è decollata nell'agosto 2018 e ha avuto il suo primo appuntamento con il sole nel novembre 2018, avvicinandosi già al sole più di qualsiasi altro oggetto creato dall'uomo.

Negli anni a venire, Parker si avvicinerà ancora di più a ogni passaggio finché la sonda non scenderà al di sotto del punto Alfvén. Nel loro articolo Kasper e Klein prevedono che dovrebbe entrare nella zona di riscaldamento preferenziale nel 2021 poiché il confine si espande con l'aumento dell'attività solare. . Quindi la NASA avrà informazioni direttamente dalla fonte per rispondere a tutti i tipi di domande di vecchia data.

"Con Parker Solar Probe saremo in grado di determinare definitivamente attraverso misurazioni locali quali processi portano all'accelerazione del vento solare e al riscaldamento preferenziale di determinati elementi, " ha detto Klein. "Le previsioni in questo articolo suggeriscono che questi processi stanno operando al di sotto della superficie di Alfvén, una regione vicina al Sole che nessun veicolo spaziale ha visitato, il che significa che questi processi di riscaldamento preferenziale non sono mai stati misurati direttamente prima d'ora."

Kasper è il principale investigatore dell'indagine SWEAP (Solar Wind Electrons Alpha and Protons) sulla sonda solare Parker. I sensori di SWEAP raccolgono il vento solare e le particelle coronali durante ogni incontro per misurare la velocità, temperatura, e densità e gettare luce sul mistero del riscaldamento.

Il documento è intitolato, "Il forte riscaldamento ionico preferenziale è limitato all'interno della superficie solare di Alfven".