Con i dati del suo passaggio più vicino del sole, la navicella spaziale ESA/NASA Solar Orbiter ha trovato indizi convincenti sull'origine dei tornanti magnetici e indica come il loro meccanismo di formazione fisica potrebbe aiutare ad accelerare il vento solare.

Solar Orbiter ha reso la prima osservazione di telerilevamento in assoluto coerente con un fenomeno magnetico chiamato ritorno solare:improvvise e grandi deviazioni del campo magnetico del vento solare. La nuova osservazione fornisce una visione completa della struttura, in questo caso confermando che ha un carattere a forma di S, come previsto. Inoltre, la prospettiva globale fornita dai dati di Solar Orbiter indica che questi campi magnetici in rapida evoluzione possono avere origine vicino alla superficie del sole.

Sebbene un certo numero di veicoli spaziali abbia già attraversato queste regioni sconcertanti, i dati in situ consentono solo una misurazione in un singolo punto e momento. Di conseguenza, la struttura e la forma del ritorno devono essere dedotte dalle proprietà del plasma e del campo magnetico misurate in un punto.

Quando la navicella spaziale tedesca-americana Helios 1 e 2 volò vicino al sole a metà degli anni '70, entrambe le sonde registrarono improvvise inversioni del campo magnetico solare. Queste misteriose inversioni erano sempre brusche e sempre temporanee, durando da pochi secondi a un certo numero di ore prima che il campo magnetico tornasse nella sua direzione originale.

Queste strutture magnetiche sono state anche sondate a distanze molto maggiori dal sole dalla navicella Ulisse alla fine degli anni '90. Invece di un terzo del raggio orbitale della Terra dal sole, dove le missioni Helios hanno fatto il loro passaggio più vicino, Ulisse ha operato principalmente oltre l'orbita terrestre.

Il loro numero è aumentato notevolmente con l'arrivo della sonda solare Parker della NASA nel 2018. Ciò indicava chiaramente che le improvvise inversioni del campo magnetico sono più numerose vicino al sole e ha portato a suggerire che fossero causate da pieghe a forma di S nel campo magnetico . Questo comportamento sconcertante valse al fenomeno il nome di tornanti. Sono state proposte numerose idee su come potrebbero formarsi.

Il 25 marzo 2022, Solar Orbiter era a solo un giorno di distanza da un passaggio ravvicinato del sole, che lo portava nell'orbita del pianeta Mercurio, e il suo strumento Metis stava raccogliendo dati. Metis blocca il bagliore luminoso della superficie del sole e scatta foto dell'atmosfera esterna del sole, nota come corona. Le particelle nella corona sono caricate elettricamente e seguono le linee del campo magnetico del sole nello spazio. Le stesse particelle caricate elettricamente sono chiamate plasma.

Intorno alle 20:39 UT, Metis ha registrato un'immagine della corona solare che mostrava una distorsione a forma di S nel plasma coronale. A Daniele Telloni, Istituto Nazionale di Astrofisica-Osservatorio Astrofisico di Torino, in Italia, sembrava sospettosamente un ritorno solare.

Confrontando l'immagine di Metis, che era stata scattata in luce visibile, con un'immagine simultanea scattata dallo strumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) di Solar Orbiter, ha visto che il candidato ritorno stava avvenendo sopra una regione attiva catalogata come AR 12972. Le regioni attive sono associati alle macchie solari e all'attività magnetica. Un'ulteriore analisi dei dati Metis ha mostrato che la velocità del plasma al di sopra di questa regione era molto lenta, come ci si aspetterebbe da una regione attiva che deve ancora rilasciare la sua energia immagazzinata.

Daniele ha subito pensato che assomigliasse a un meccanismo di generazione per i tornanti proposto dal Prof. Gary Zank, Università dell'Alabama a Huntsville, Stati Uniti. La teoria ha esaminato il modo in cui diverse regioni magnetiche vicino alla superficie del sole interagiscono tra loro.

Vicino al sole, e soprattutto al di sopra delle regioni attive, ci sono linee di campo magnetico aperte e chiuse. Le linee chiuse sono anelli di magnetismo che si inarcano nell'atmosfera solare prima di curvarsi e scomparire di nuovo nel sole. Molto poco plasma può fuoriuscire nello spazio al di sopra di queste linee di campo e quindi la velocità del vento solare tende ad essere lenta qui. Le linee di campo aperto sono il contrario, emanano dal sole e si collegano con il campo magnetico interplanetario del Sistema Solare. Sono autostrade magnetiche lungo le quali il plasma può fluire liberamente e dare origine al veloce vento solare.

Daniele e Gary hanno dimostrato che i tornanti si verificano quando c'è un'interazione tra una regione di linee di campo aperto e una regione di linee di campo chiuse. Man mano che le linee di campo si affollano, possono riconnettersi in configurazioni più stabili. Un po' come far schioccare una frusta, questo rilascia energia e crea un disturbo a forma di S che viaggia nello spazio, che un veicolo spaziale di passaggio registrerebbe come un ritorno.

Secondo Gary Zank, che ha proposto una delle teorie sull'origine dei tornanti, "La prima immagine di Metis che Daniele ha mostrato mi ha suggerito quasi subito le vignette che avevamo disegnato sviluppando il modello matematico per un tornante. Naturalmente, il la prima immagine era solo un'istantanea e abbiamo dovuto moderare il nostro entusiasmo fino a quando non abbiamo utilizzato l'eccellente copertura Metis per estrarre informazioni temporali ed eseguire un'analisi spettrale più dettagliata delle immagini stesse. I risultati si sono rivelati assolutamente spettacolari."

Insieme a un team di altri ricercatori, hanno costruito un modello computerizzato del comportamento e hanno scoperto che i loro risultati avevano una sorprendente somiglianza con l'immagine di Metis, soprattutto dopo aver incluso i calcoli su come la struttura si sarebbe allungata durante la sua propagazione verso l'esterno attraverso la corona solare. .

"Direi che questa prima immagine di un ritorno magnetico nella corona solare ha rivelato il mistero della loro origine", afferma Daniele, i cui risultati sono pubblicati in un articolo su The Astrophysical Journal Letters .

Nella comprensione dei tornanti, i fisici solari potrebbero anche fare un passo avanti verso la comprensione dei dettagli di come il vento solare viene accelerato e riscaldato lontano dal sole. Questo perché quando i veicoli spaziali volano attraverso i tornanti, spesso registrano un'accelerazione localizzata del vento solare.

"Il passo successivo è cercare di collegare statisticamente i tornanti osservati in situ con le loro regioni di origine sul sole", afferma Daniele. In altre parole, far volare un veicolo spaziale attraverso l'inversione magnetica ed essere in grado di vedere cosa è successo sulla superficie solare. Questo è esattamente il tipo di scienza del collegamento per cui è stato progettato Solar Orbiter, ma non significa necessariamente che Solar Orbiter debba attraversare il tornante. Potrebbe essere un'altra navicella spaziale, come la Parker Solar Probe. Finché i dati in situ e i dati di telerilevamento sono simultanei, Daniele può eseguire la correlazione.

"Questo è esattamente il tipo di risultato che speravamo con Solar Orbiter", afferma Daniel Müller, Project Scientist dell'ESA per Solar Orbiter. "Con ogni orbita, otteniamo più dati dalla nostra suite di dieci strumenti. Sulla base di risultati come questo, perfezioneremo le osservazioni pianificate per il prossimo incontro solare di Solar Orbiter per capire il modo in cui il sole si collega al più ampio campo magnetico ambiente del Sistema Solare. Questo è stato il primo passaggio ravvicinato di Solar Orbiter verso il sole, quindi ci aspettiamo molti altri risultati entusiasmanti in arrivo."

Il prossimo passaggio ravvicinato del Sole da parte di Solar Orbiter, sempre all'interno dell'orbita di Mercurio a una distanza di 0,29 volte la distanza Terra-sole, avrà luogo il 13 ottobre. All'inizio di questo mese, il 4 settembre, Solar Orbiter ha effettuato un sorvolo di assistenza gravitazionale su Venere per regolare la sua orbita attorno al sole; i successivi sorvoli di Venere inizieranno ad aumentare l'inclinazione dell'orbita del veicolo spaziale per accedere alle regioni del sole a latitudine più elevata, più polari.

Una vista ravvicinata dei dati di Solar Orbiter Metis trasformati in un filmato mostra l'evoluzione del ritorno. La sequenza rappresenta circa 33 minuti di dati acquisiti il ​​25 marzo 2022. La struttura luminosa si forma mentre si propaga dal sole. Quando raggiunge il suo pieno sviluppo si ripiega su se stesso e acquisisce la forma a S distorta caratteristica di un ritorno magnetico. La struttura si espande ad una velocità di 80 km/s ma l'intera struttura non si muove a questa velocità. Invece, si allunga e si distorce. Questa è la prima volta che un ritorno magnetico è mai stato osservato a distanza. Tutti gli altri rilevamenti sono avvenuti quando i veicoli spaziali hanno volato attraverso queste regioni magnetiche disturbate. + Esplora ulteriormente

Le immagini del sole di Solar Orbiter sono drammatiche come speravi