Potenti bagliori, viste mozzafiato attraverso i poli solari e un curioso "riccio" solare sono tra il bottino di immagini, filmati e dati spettacolari restituiti da Solar Orbiter dal suo primo approccio ravvicinato al sole. Sebbene l'analisi del nuovo set di dati sia appena iniziata, è già chiaro che la missione guidata dall'ESA sta fornendo le informazioni più straordinarie sul comportamento magnetico del sole e sul modo in cui questo modella il tempo spaziale.

L'avvicinamento più vicino al sole di Solar Orbiter, noto come perielio, è avvenuto il 26 marzo. La navicella si trovava all'interno dell'orbita di Mercurio, a circa un terzo della distanza dal Sole alla Terra, e il suo scudo termico stava raggiungendo circa 500°C. Ma ha dissipato quel calore con la sua tecnologia innovativa per mantenere il veicolo spaziale sicuro e funzionante.

Solar Orbiter trasporta dieci strumenti scientifici, nove sono guidati dagli Stati membri dell'ESA e uno dalla NASA, che lavorano tutti insieme in stretta collaborazione per fornire una visione senza precedenti di come "funziona" la nostra stella locale. Alcuni sono strumenti di telerilevamento che osservano il sole, mentre altri sono strumenti in situ che monitorano le condizioni intorno al veicolo spaziale, consentendo agli scienziati di "unire i punti" da ciò che vedono accadere al sole, a ciò che "sente" Solar Orbiter " nella sua posizione nel vento solare a milioni di chilometri di distanza.

Quando si tratta di perielio, chiaramente più il veicolo spaziale si avvicina al sole, più fini sono i dettagli che lo strumento di telerilevamento può vedere. E per fortuna, il veicolo spaziale ha anche assorbito diversi brillamenti solari e persino un'espulsione di massa coronale diretta dalla Terra, fornendo un assaggio delle previsioni meteorologiche spaziali in tempo reale, uno sforzo che sta diventando sempre più importante a causa della minaccia che il tempo spaziale pone. alla tecnologia e agli astronauti.

Vi presentiamo il riccio solare

"Le immagini sono davvero mozzafiato", afferma David Berghmans, Osservatorio reale del Belgio, e Principal Investigator (PI) dello strumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI), che acquisisce immagini ad alta risoluzione degli strati inferiori dell'atmosfera solare, noto come la corona solare. Questa regione è il luogo in cui si svolge la maggior parte dell'attività solare che determina il clima spaziale.

Il compito ora del team EUI è capire cosa stanno vedendo. Questo non è un compito facile perché Solar Orbiter sta rivelando così tanta attività sul sole su piccola scala. Dopo aver individuato una caratteristica o un evento che non possono riconoscere immediatamente, devono quindi scavare attraverso le osservazioni solari del passato di altre missioni spaziali per vedere se è stato visto qualcosa di simile in precedenza.

"Anche se Solar Obiter smettesse di acquisire dati domani, sarei impegnato per anni a cercare di capire tutte queste cose", afferma David Berghmans.

Una caratteristica particolarmente accattivante è stata vista durante questo perielio. Per ora è stato soprannominato "il riccio". Si estende per 25.000 chilometri attraverso il sole e ha una moltitudine di picchi di gas caldo e freddo che si estendono in tutte le direzioni.

Unire i punti

Il principale obiettivo scientifico di Solar Orbiter è esplorare la connessione tra il sole e l'eliosfera. L'eliosfera è la grande "bolla" dello spazio che si estende oltre i pianeti del nostro Sistema Solare. È pieno di particelle caricate elettricamente, la maggior parte delle quali sono state espulse dal sole per formare il vento solare. È il movimento di queste particelle e dei campi magnetici solari associati che creano il tempo spaziale.

Per tracciare gli effetti del sole sull'eliosfera, i risultati degli strumenti in situ, che registrano le particelle e i campi magnetici che attraversano la navicella spaziale, devono essere ricondotti a eventi sulla superficie visibile del sole o in prossimità di essa, che vengono registrati dagli strumenti di telerilevamento.

Questo non è un compito facile poiché l'ambiente magnetico attorno al sole è molto complesso, ma più il veicolo spaziale può avvicinarsi al sole, meno complicato è tracciare gli eventi delle particelle fino al sole lungo le "autostrade" delle linee del campo magnetico . Il primo perielio è stato un test chiave di questo, e i risultati finora sembrano molto promettenti.

Il 21 marzo, pochi giorni prima del perielio, una nuvola di particelle energetiche ha attraversato la navicella spaziale. È stato rilevato dal rilevatore di particelle energetiche (EPD). Significativamente, il più energico di loro è arrivato per primo, seguito da quelli di energie sempre più basse.

"Questo suggerisce che le particelle non vengono prodotte vicino al veicolo spaziale", afferma Javier Rodríguez-Pacheco, dell'Università di Alcalá, in Spagna, e PI dell'EPD. Invece, sono stati prodotti nell'atmosfera solare, più vicino alla superficie del sole. Mentre attraversano lo spazio, le particelle più veloci hanno preceduto quelle più lente, come i corridori in uno sprint.

Lo stesso giorno, l'esperimento Radio and Plasma Waves (RPW) li ha visti arrivare, captando la forte ondata caratteristica delle radiofrequenze prodotta quando le particelle accelerate, per lo più elettroni, si muovono a spirale verso l'esterno lungo le linee del campo magnetico del sole. RPW ha quindi rilevato oscillazioni note come onde di Langmuir. "Questi sono un segno che gli elettroni energetici sono arrivati ​​​​alla navicella spaziale", afferma Milan Maksimovic, LESIA, Observatoire de Paris, Francia e RPW PI.

Tra gli strumenti di telerilevamento, sia l'EUI che lo spettrometro/telescopio a raggi X (STIX) hanno visto eventi sul sole che potrebbero essere stati responsabili del rilascio delle particelle. Mentre le particelle che fluiscono verso l'esterno nello spazio sono quelle rilevate da EPD e RPW, è importante ricordare che altre particelle possono viaggiare verso il basso dall'evento, colpendo i livelli più bassi dell'atmosfera solare. È qui che entra in gioco STIX.

Mentre EUI vede la luce ultravioletta rilasciata dal sito del bagliore nell'atmosfera solare, STIX vede i raggi X prodotti quando gli elettroni accelerati dal bagliore interagiscono con i nuclei atomici nei livelli inferiori dell'atmosfera solare.

Il modo esatto in cui queste osservazioni sono tutte collegate è ora una questione che le squadre devono indagare. C'è qualche indicazione dalla composizione delle particelle rilevate dall'EPD che sono state probabilmente accelerate da uno shock coronale in un evento più graduale piuttosto che impulsivamente da un bagliore.

"Potrebbe essere presente più siti di accelerazione", afferma Samuel Krucker, FHNW, Svizzera e PI per STIX.

L'aggiunta di un'altra svolta a questa situazione è che lo strumento Magnetometro (MAG) non ha registrato nulla di sostanziale in quel momento. Tuttavia, questo non è insolito. L'eruzione iniziale di particelle, nota come Coronal Mass Ejection (CME), trasporta un forte campo magnetico che il MAG può facilmente registrare, ma le particelle energetiche dell'evento viaggiano molto più velocemente del CME e possono riempire rapidamente grandi volumi di spazio, e quindi essere rilevato da Solar Orbiter. "Ma se il CME manca il veicolo spaziale, allora MAG non vedrà una firma", afferma Tim Horbury, Imperial College, Regno Unito, e MAG PI.

Quando si tratta del campo magnetico, tutto inizia sulla superficie visibile del sole, nota come fotosfera. È qui che il campo magnetico generato internamente irrompe nello spazio. Per sapere che aspetto ha, Solar Orbiter utilizza lo strumento Polarimetric and Heliosismic Imager (PHI). Questo può vedere la polarità magnetica nord e sud sulla fotosfera, così come l'increspatura della superficie del sole a causa delle onde sismiche che viaggiano attraverso il suo interno.

"Forniamo le misurazioni del campo magnetico sulla superficie del sole. Questo campo si espande, entra nella corona e fondamentalmente guida tutta la scintilla e l'azione che vedi lassù", afferma Sami Solanki, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen , Germania e PI per PHI.

Un altro strumento, lo Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE), registra la composizione della corona. Queste "mappe dell'abbondanza" possono essere confrontate con il contenuto del vento solare visto dallo strumento Solar Wind Analyzer (SWA).

"Questo seguirà l'evoluzione della composizione del vento solare dal sole alla navicella spaziale e questo ci parla dei meccanismi responsabili dell'accelerazione del vento solare", afferma SPICE PI Frédéric Auchère, Institut d'Astrophysique Spatiale, Francia .

Previsione meteo spaziale

Combinando i dati di tutti gli strumenti, il team scientifico sarà in grado di raccontare la storia dell'attività solare dalla superficie del sole, fino a Solar Orbiter e oltre. E questa conoscenza è esattamente ciò che aprirà la strada a un futuro sistema progettato per prevedere le condizioni meteorologiche spaziali sulla Terra in tempo reale. In vista del perielio, Solar Orbiter ha anche avuto un assaggio di come potrebbe funzionare un tale sistema.

Il veicolo spaziale stava volando a monte della Terra. Questa prospettiva unica significava che stava monitorando le condizioni del vento solare che avrebbe colpito la Terra diverse ore dopo. Poiché la navicella era in contatto diretto con la Terra, con i suoi segnali che viaggiavano alla velocità della luce, i dati sono arrivati ​​a terra in pochi minuti, pronti per l'analisi. Per fortuna, in questo periodo sono state rilevate diverse espulsioni di massa coronale (CME), alcune di esse si dirigevano direttamente verso la Terra.

Il 10 marzo, un CME ha travolto il veicolo spaziale. Utilizzando i dati del MAG, il team è stato in grado di prevedere quando avrebbe successivamente colpito la Terra. L'annuncio di questa notizia sui social media ha consentito agli osservatori del cielo di essere pronti per l'aurora, che è arrivata puntualmente circa 18 ore dopo all'ora prevista.

Questa esperienza ha dato a Solar Orbiter un assaggio di com'è prevedere le condizioni meteorologiche spaziali sulla Terra in tempo reale. Tale impegno sta diventando sempre più importante a causa della minaccia che il clima spaziale rappresenta per la tecnologia e gli astronauti.

L'ESA sta attualmente pianificando una missione chiamata ESA Vigil che sarà di stanza su un lato del sole, guardando nella regione dello spazio che porta alla Terra. Il suo compito sarà quello di immaginare le ECM che viaggiano attraverso questa regione, in particolare quelle che si dirigono verso il nostro pianeta. Durante il perielio stesso, Solar Orbiter è stato posizionato in modo che i suoi strumenti Metis e SoloHI potessero fornire esattamente questo tipo di immagini e dati.

Metis fotografa la corona da 1,7–3 raggi solari. Cancellando il disco luminoso del sole, vede la corona più debole. "Fornisce gli stessi dettagli delle osservazioni dell'eclissi totale a terra, ma invece di pochi minuti, Metis può osservare continuamente", afferma Marco Romoli, Università di Firenze, Italia, e PI per Metis.

SoloHI registra immagini fatte di luce solare diffusa dagli elettroni nel vento solare. Un particolare bagliore, il 31 marzo, è entrato nella classe X, i bagliori solari più energetici conosciuti. Finora, i dati non sono stati analizzati perché gran parte di essi rimane sul veicolo spaziale in attesa di essere scaricato. Ora che Solar Orbiter è più lontano dalla Terra, la velocità di trasferimento dei dati è rallentata e i ricercatori devono essere pazienti, ma sono più che pronti per iniziare l'analisi quando arriverà.

"Siamo sempre interessati ai grandi eventi perché producono le risposte più grandi e la fisica più interessante perché guardi agli estremi", afferma Robin Colaninno, US Naval Research Laboratory, Washington DC e SoloHI PI.

Prossimamente

Non c'è dubbio che le squadre di strumenti ora hanno il loro lavoro interrotto. Il perielio è stato un enorme successo e ha generato una vasta qualità di dati straordinari. Ed è solo un assaggio di ciò che verrà. La navicella spaziale sta già correndo attraverso lo spazio per allinearsi al suo prossimo, e leggermente più vicino, passaggio del perielio il 13 ottobre a 0,29 volte la distanza Terra-sole. Prima di allora, il 4 settembre, effettuerà il suo terzo sorvolo di Venere.

Solar Orbiter ha già scattato le prime foto delle regioni polari del sole in gran parte inesplorate, ma molto altro deve ancora venire.

Il 18 febbraio 2025 Solar Orbiter incontrerà Venere per la quarta volta. Questo è aumentare l'inclinazione dell'orbita del veicolo spaziale a circa 17 gradi. Il quinto sorvolo di Venere il 24 dicembre 2026 lo aumenterà ulteriormente a 24 gradi e segnerà l'inizio della missione "ad alta latitudine".

In questa fase, Solar Orbiter vedrà le regioni polari del sole più direttamente che mai. Tali osservazioni in linea di vista sono fondamentali per districare il complesso ambiente magnetico ai poli, che a sua volta potrebbe contenere il segreto del ciclo di 11 anni di attività crescente e calante del sole.

"Siamo così entusiasti della qualità dei dati del nostro primo perielio", afferma Daniel Müller, Project Scientist dell'ESA per Solar Orbiter. "È quasi difficile credere che questo sia solo l'inizio della missione. Saremo davvero molto impegnati". + Esplora ulteriormente

Solar Orbiter attraversa la linea Terra-sole mentre si dirige verso il sole