La superficie visibile del sole, o la fotosfera, è intorno alle 6, 000°C. Ma a poche migliaia di chilometri sopra di esso, una piccola distanza se consideriamo le dimensioni del sole, l'atmosfera solare, chiamato anche corona, è centinaia di volte più caldo, raggiungendo un milione di gradi Celsius o più.

Questo picco di temperatura, nonostante la maggiore distanza dalla principale fonte di energia solare, è stato osservato nella maggior parte delle stelle, e rappresenta un puzzle fondamentale su cui gli astrofisici hanno rimuginato per decenni.

Nel 1942, lo scienziato svedese Hannes Alfvén ha proposto una spiegazione. Ha teorizzato che le onde magnetizzate di plasma potrebbero trasportare enormi quantità di energia lungo il campo magnetico del sole dal suo interno alla corona, aggirando la fotosfera prima di esplodere con il calore nell'atmosfera superiore del sole.

La teoria era stata provvisoriamente accettata, ma avevamo ancora bisogno di prove, sotto forma di osservazione empirica, che queste onde esistessero. Il nostro recente studio ha finalmente raggiunto questo, convalidando la teoria di 80 anni di Alfvén e portandoci un passo più vicino allo sfruttamento di questo fenomeno ad alta energia qui sulla Terra.

Domande scottanti

Il problema del riscaldamento coronale è stato stabilito dalla fine degli anni '30, quando lo spettroscopista svedese Bengt Edlén e l'astrofisico tedesco Walter Grotrian osservarono per la prima volta fenomeni nella corona solare che potevano essere presenti solo se la sua temperatura era di qualche milione di gradi centigradi.

Questo rappresenta temperature fino a 1, 000 volte più caldo della fotosfera sottostante, che è la superficie del sole che possiamo vedere dalla Terra. La stima del calore della fotosfera è sempre stata relativamente semplice:basta misurare la luce che ci arriva dal sole, e confrontalo con modelli di spettro che prevedono la temperatura della sorgente di luce.

In molti decenni di studio, la temperatura della fotosfera è stata costantemente stimata intorno a 6, 000°C. La scoperta di Edlén e Grotrian che la corona del sole è molto più calda della fotosfera, nonostante sia più lontana dal centro del sole, la sua ultima fonte di energia, ha portato a molti grattacapi nella comunità scientifica.

Gli scienziati hanno esaminato le proprietà del sole per spiegare questa disparità. Il sole è composto quasi interamente da plasma, che è un gas altamente ionizzato che trasporta una carica elettrica. Il movimento di questo plasma nella zona di convezione, la parte superiore dell'interno solare, produce enormi correnti elettriche e forti campi magnetici.

Questi campi vengono poi trascinati dall'interno del sole per convezione, e gorgogliano sulla sua superficie visibile sotto forma di macchie solari scure, che sono gruppi di campi magnetici che possono formare una varietà di strutture magnetiche nell'atmosfera solare.

È qui che entra in gioco la teoria di Alfvén. Ha ragionato che all'interno del plasma magnetizzato del sole qualsiasi movimento di massa di particelle caricate elettricamente disturberebbe il campo magnetico, creando onde che possono trasportare enormi quantità di energia lungo vaste distanze, dalla superficie del sole alla sua atmosfera superiore. Il calore viaggia lungo i cosiddetti tubi di flusso magnetico solare prima di esplodere nella corona, producendo la sua alta temperatura.

Queste onde di plasma magnetico sono ora chiamate onde di Alfvén, e la loro parte nello spiegare il riscaldamento coronale ha portato Alfvén a ricevere il premio Nobel per la fisica nel 1970.

Osservando le onde di Alfvén

Ma restava il problema di osservare effettivamente queste onde. Stanno accadendo così tante cose sulla superficie del sole e nella sua atmosfera, da fenomeni molte volte più grandi della Terra a piccoli cambiamenti al di sotto della risoluzione della nostra strumentazione, che la prova osservativa diretta delle onde di Alfvén nella fotosfera non è stata ottenuta prima.

Ma i recenti progressi nella strumentazione hanno aperto una nuova finestra attraverso la quale possiamo esaminare la fisica solare. Uno di questi strumenti è lo spettropolarimetro interferometrico bidimensionale (IBIS) per la spettroscopia di imaging, installato presso il Dunn Solar Telescope nello stato americano del New Mexico. Questo strumento ci ha permesso di effettuare osservazioni e misurazioni del sole molto più dettagliate.

In combinazione con buone condizioni di visione, simulazioni al computer avanzate, e gli sforzi di un team internazionale di scienziati di sette istituti di ricerca, abbiamo usato l'IBIS per confermare finalmente, per la prima volta, l'esistenza delle onde di Alfvén nei tubi di flusso magnetico solare.

Nuova fonte di energia

La scoperta diretta delle onde di Alfvén nella fotosfera solare è un passo importante verso lo sfruttamento del loro alto potenziale energetico qui sulla Terra. Potrebbero aiutarci nella ricerca sulla fusione nucleare, ad esempio, che è il processo che avviene all'interno del sole che coinvolge piccole quantità di materia che vengono convertite in enormi quantità di energia. Le nostre attuali centrali nucleari utilizzano la fissione nucleare, che i critici sostengono produca pericolose scorie nucleari, specialmente nel caso di disastri tra cui quello avvenuto a Fukushima nel 2011.

Creare energia pulita replicando la fusione nucleare del sole sulla Terra rimane una sfida enorme, perché avremmo ancora bisogno di generare rapidamente 100 milioni di gradi Celsius affinché si verifichi la fusione. Le onde di Alfvén potrebbero essere un modo per farlo. La nostra crescente conoscenza del sole mostra che è certamente possibile, nelle giuste condizioni.

Ci aspettiamo anche altre rivelazioni solari presto, grazie al nuovo, missioni e strumenti innovativi. Il satellite Solar Orbiter dell'Agenzia spaziale europea è ora in orbita intorno al sole, fornire immagini e prendere misurazioni delle regioni polari inesplorate della stella. Terrestre, lo svelamento di novità, si prevede inoltre che i telescopi solari ad alte prestazioni miglioreranno le nostre osservazioni del sole dalla Terra.

Con molti segreti del sole ancora da scoprire, comprese le proprietà del campo magnetico solare, questo è un momento entusiasmante per gli studi solari. La nostra rilevazione delle onde di Alfvén è solo un contributo a un campo più ampio che sta cercando di svelare i restanti misteri del sole per applicazioni pratiche sulla Terra.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.