Evoluzione del dipolo solare e delle componenti multipolari dall'espansione del campo magnetico coronale del Wilcox Solar Observatory. Le linee tratteggiate rappresentano i terminatori; le linee tratteggiate rappresentano i pre-terminatori. La freccia rossa corrisponde alle tempeste di Halloween del 2003:si noti il calo del momento di dipolo (pannello superiore) senza paralleli in nessun altro ciclo. Credito:Robert J. Leamon et al, Frontiere in astronomia e scienze spaziali (2022). DOI:10.3389/fspas.2022.886670
Da quando gli esseri umani hanno potuto osservare per la prima volta le macchie solari circa 400 anni fa, le usiamo per cercare di definire il ciclo solare. Circa ogni 11 anni, l'attività solare, come le macchie solari e le eruzioni solari, va e viene, causando cambiamenti nei modelli meteorologici sulla Terra e, occasionalmente, minacciando le telecomunicazioni. Prevedere questi cambiamenti in modo affidabile potrebbe aiutare tutti, dagli agricoltori ai militari.
Tradizionalmente, gli scienziati hanno utilizzato il concetto di "minimo solare", quando l'attività solare è ridotta, per segnare l'inizio di ogni ciclo. Ma il quadro del "minimo solare" è in qualche modo arbitrario e impreciso, spiega Robert Leamon, ricercatore presso la Partnership for Heliophysics and Space Environment Research (PHaSER), una partnership dell'UMBC con la NASA.
Leamon ha condotto una nuova ricerca che mostra che un "orologio solare" basato sul campo magnetico del sole, piuttosto che sulla presenza o assenza di macchie solari, può descrivere e prevedere con precisione molti cambiamenti chiave durante il ciclo solare. Il nuovo framework offre un miglioramento significativo rispetto al metodo tradizionale delle macchie solari, perché può prevedere picchi di pericolosi brillamenti solari o variazioni delle tendenze meteorologiche con anni di anticipo.
Nello specifico, la nuova ricerca, pubblicata su Frontiers in Astronomy and Space Sciences , mostra che il ciclo solare opera come una sequenza distinta di eventi. Cambiamenti notevoli e talvolta bruschi si verificano ad ogni quinto di un ciclo. Questo è vero indipendentemente dalla durata esatta di un dato ciclo, che può variare da diversi mesi a un anno. In un cenno agli appassionati di musica, Leamon e colleghi lo chiamano un "cerchio di quinte".
Trovare i punti di riferimento
Il nuovo articolo di Leamon e colleghi Scott McIntosh, presso il National Center for Atmospheric Research (NCAR), e Alan Title, presso il Lockheed Martin Advanced Technology Center, si basa sul lavoro di Leamon, McIntosh e Daniel Marsh, sempre presso NCAR, pubblicato nel 2020. Quel documento ha dimostrato l'esistenza di un fenomeno del ciclo solare che il team di ricerca ha soprannominato "il terminatore".
Il campo magnetico del sole cambia direzione ad ogni ciclo solare, ma c'è una sovrapposizione tra cicli consecutivi. Il campo magnetico del sole è talvolta chiamato campo polare perché punta a uno dei poli del sole o all'altro. Un terminatore segna quando il campo polare del ciclo precedente è completamente scomparso dalla superficie del sole ed è subito seguito da un drammatico aumento dell'attività solare.
Il nuovo documento indica ulteriori punti di riferimento lungo il viaggio attraverso un ciclo solare completo da terminatore a terminatore. Questi punti di riferimento sono più chiari e coerenti rispetto all'utilizzo delle macchie solari come guida per la durata del ciclo. Ad esempio, "Il numero massimo di macchie solari non si allinea esattamente con l'inversione del campo polare, ma l'inversione del campo polare avviene esattamente a un quinto del ciclo che va da terminatore a terminatore", afferma Leamon.
A due quinti di ciclo, aree scure chiamate "buchi coronali polari" si riformano ai poli del sole. A tre quinti di ciclo, si verifica l'ultimo X-flare, una classe di brillamenti solari molto grandi e potenzialmente pericolosi. A quattro quinti, le macchie solari sono minime, ma questo punto di riferimento è meno coerente. E poi il sole passa attraverso un altro terminatore, dopo di che l'attività solare riprende rapidamente. Anche altri fenomeni, come le emissioni UV, si allineano bene sui quinti.
Sintomi e cause
Il team ha individuato modelli nei dati raccolti quotidianamente da due osservatori a terra. Il Dominion Radio Astrophysical Observatory di Penticton, in Canada, ha misurato il flusso radio solare, che funge da utile indicatore dell'attività solare, quotidianamente dal 1947. Il Wilcox Solar Observatory della Stanford University ha raccolto misurazioni giornaliere dei campi magnetici sulla superficie del sole dal 1975.
Una volta che il team ha notato i cambiamenti che si verificano esattamente a un quinto di un ciclo, ha chiesto:"Quante cose solari diverse possiamo guardare? E poi ci siamo resi conto che si sovrappongono tutte nello stesso insieme di quinte", dice Leamon. Diversi parametri cambiano in diversi punti del ciclo, ma "tutto è legato a questi cinque punti di riferimento".
Questa nuova teoria dell'orologio solare sposta l'attenzione dalle macchie solari agli spostamenti del campo magnetico. "È quasi come sintomi e cause", dice Lemon. Sebbene le macchie solari siano un sintomo importante, il campo magnetico è la causa alla base del ciclo solare.
I thread più lunghi
Questo cambiamento di struttura migliora la capacità dei ricercatori di prevedere gli eventi nel ciclo solare in modo più preciso e con maggiore anticipo, il che dà a persone come gli operatori satellitari il tempo di fare i preparativi necessari in base all'attività solare prevista. Una volta che gli osservatori rilevano un'inversione iniziale del campo polare, viene impostata la lunghezza precisa del primo quinto del ciclo. Ciò significa che il tempo delle altre quinte (e dei loro eventi associati) è una semplice questione di moltiplicazione.
Il nuovo quadro pone anche limiti più stretti al periodo all'interno del ciclo in cui sono previsti gravi razzi, che è un'informazione utile per le persone sulla Terra. Piuttosto che un passaggio graduale dall'attività minima a quella massima, il periodo dal terminatore a circa tre quinti di ciclo sembra essere il periodo di picco per i razzi, con un rapido calo dopo quel punto fino al successivo terminatore. Il ciclo attuale è iniziato dopo un terminatore nel dicembre 2021 e il nuovo quadro prevede che gli ultimi grandi razzi dovrebbero verificarsi a metà del 2027.
Leamon indica una citazione del fisico Richard Feynman per spiegare il valore di una teoria come questa, che tiene conto di molte variabili all'interno di un sistema:"La natura usa solo i fili più lunghi per tessere i suoi motivi, così che ogni piccolo pezzo del suo tessuto rivela l'organizzazione dell'intero arazzo", ha detto Feynman. La nuova teoria di Leamon e colleghi è un esempio di uno di questi lunghi fili:predire con precisione molti aspetti del ciclo solare con un unico e semplice parametro e rendere più facile per gli esseri umani essere pronti per i cambiamenti guidati dal sole. + Esplora ulteriormente
