Gli scienziati hanno fatto un passo avanti nell'identificazione delle misteriose origini del vento solare "lento", utilizzando i dati raccolti durante il primo viaggio ravvicinato della navicella spaziale Solar Orbiter verso il sole.
Il vento solare, che può viaggiare a centinaia di chilometri al secondo, affascina gli scienziati da anni e una nuova ricerca pubblicata su Nature Astronomy , sta finalmente facendo luce su come si forma.
Il vento solare descrive il flusso continuo di particelle di plasma cariche dal sole nello spazio, con un vento che viaggia a oltre 500 km al secondo noto come "veloce" e a meno di 500 km al secondo descritto come "lento".
Quando questo vento colpisce l'atmosfera terrestre può provocare la straordinaria aurora che conosciamo come l'aurora boreale. Ma quando vengono rilasciate quantità maggiori di plasma, sotto forma di espulsione di massa coronale, può anche essere pericoloso, causando danni significativi ai satelliti e ai sistemi di comunicazione.
Nonostante decenni di osservazioni, le fonti e i meccanismi che rilasciano, accelerano e trasportano il plasma del vento solare lontano dal sole e nel nostro sistema solare non sono ben compresi, in particolare il vento solare lento.
Nel 2020, l’Agenzia spaziale europea (ESA), con il supporto della NASA, ha lanciato la missione Solar Orbiter. Oltre a catturare le immagini del sole più vicine e dettagliate mai scattate, uno degli obiettivi principali della missione è misurare e collegare il vento solare alla sua area di origine sulla superficie del sole.
Descritto come "il laboratorio scientifico più complesso mai inviato sul Sole", a bordo del Solar Orbiter ci sono dieci diversi strumenti scientifici, alcuni in situ per raccogliere e analizzare campioni del vento solare mentre passa sulla navicella spaziale, e altri strumenti di telerilevamento. strumenti progettati per catturare immagini di alta qualità dell'attività sulla superficie del sole.
Combinando dati fotografici e strumentali, gli scienziati sono stati per la prima volta in grado di identificare più chiaramente dove ha origine il lento vento solare. Ciò li ha aiutati a stabilire come riesce a lasciare il sole e iniziare il suo viaggio nell'eliosfera, la bolla gigante attorno al sole e ai suoi pianeti che protegge il nostro sistema solare dalle radiazioni interstellari.
Il dottor Steph Yardley della Northumbria University, Newcastle upon Tyne, ha guidato la ricerca e spiega:"La variabilità dei flussi di vento solare misurati in situ su un veicolo spaziale vicino al sole ci fornisce molte informazioni sulle loro fonti, e sebbene studi precedenti hanno rintracciato le origini del vento solare, questo è stato fatto molto più vicino alla Terra, momento in cui questa variabilità è persa.
"Poiché Solar Orbiter viaggia così vicino al sole, possiamo catturare la complessa natura del vento solare per ottenere un quadro molto più chiaro delle sue origini e di come questa complessità sia guidata dai cambiamenti nelle diverse regioni di origine."
Si ritiene che la differenza tra la velocità del vento solare veloce e quello lento sia dovuta alle diverse aree della corona solare, lo strato più esterno della sua atmosfera, da cui hanno origine.
La corona aperta si riferisce a regioni in cui le linee del campo magnetico si ancorano al sole solo a un'estremità e si estendono nello spazio dall'altra, creando un'autostrada per la fuga del materiale solare nello spazio. Queste aree sono più fresche e si ritiene che siano la fonte del veloce vento solare.
Nel frattempo, la corona chiusa si riferisce alle regioni del sole in cui le linee del campo magnetico sono chiuse, nel senso che sono collegate alla superficie solare su entrambe le estremità. Questi possono essere visti come grandi anelli luminosi che si formano su regioni magneticamente attive.
Occasionalmente questi circuiti magnetici chiusi si rompono, fornendo una breve opportunità al materiale solare di fuoriuscire, allo stesso modo in cui avviene attraverso le linee del campo magnetico aperto, prima di riconnettersi e formare nuovamente un circuito chiuso. Ciò avviene generalmente nelle aree in cui la corona aperta e quella chiusa si incontrano.
Uno degli obiettivi di Solar Orbiter è testare la teoria secondo cui il vento solare lento ha origine dalla corona chiusa ed è in grado di fuggire nello spazio attraverso questo processo di rottura e riconnessione delle linee del campo magnetico.
Un modo in cui il team scientifico è riuscito a testare questa teoria è stato misurando la "composizione" o la composizione dei flussi di vento solare.
La combinazione degli ioni pesanti contenuti nel materiale solare differisce a seconda della sua provenienza; la corona più calda e chiusa rispetto alla corona più fredda e aperta.
Utilizzando gli strumenti a bordo del Solar Orbiter, il team è stato in grado di analizzare l'attività che si svolge sulla superficie del sole e quindi abbinarla ai flussi di vento solare raccolti dalla navicella spaziale.
Utilizzando le immagini della superficie del sole catturate da Solar Orbiter sono stati in grado di individuare che i flussi di vento lento provenivano da un'area in cui la corona aperta e quella chiusa si incontravano, dimostrando la teoria secondo cui il vento lento è in grado di sfuggire dalle linee chiuse del campo magnetico attraverso il processo di rottura e riconnessione.
Come spiega il dottor Yardley, del gruppo di ricerca di fisica solare e spaziale della Northumbria University, "La composizione variabile del vento solare misurata a Solar Orbiter era coerente con il cambiamento nella composizione delle sorgenti nella corona.
"I cambiamenti nella composizione degli ioni pesanti insieme agli elettroni forniscono una forte prova che non solo la variabilità è guidata dalle diverse regioni sorgente, ma è anche dovuta ai processi di riconnessione che si verificano tra i circuiti chiusi e aperti nella corona."
La missione ESA Solar Orbiter è una collaborazione internazionale, con scienziati e istituzioni di tutto il mondo che lavorano insieme, apportando competenze e attrezzature specialistiche.
Daniel Müller, scienziato di progetto dell'ESA per Solar Orbiter, ha dichiarato:"Fin dall'inizio, uno degli obiettivi centrali della missione Solar Orbiter è stato quello di collegare gli eventi dinamici sul Sole al loro impatto sulla bolla di plasma circostante dell'eliosfera.
"Per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo combinare le osservazioni remote del sole con le misurazioni in situ del vento solare mentre scorre davanti alla navicella spaziale. Sono immensamente orgoglioso dell'intero team per aver effettuato con successo queste misurazioni complesse.
“Questo risultato conferma che Solar Orbiter è in grado di stabilire solide connessioni tra il vento solare e le sue regioni sorgenti sulla superficie solare. Questo era un obiettivo chiave della missione e ci apre la strada per studiare l’origine del vento solare con un dettaglio senza precedenti. "
Tra gli strumenti a bordo del Solar Orbiter c'è l'Heavy Ion Sensor (HIS), sviluppato in parte da ricercatori e ingegneri del Laboratorio di ricerca di fisica spaziale dell'Università del Michigan nel dipartimento di Scienze e ingegneria climatica e spaziale. Il sensore è stato progettato per misurare gli ioni pesanti nel vento solare, che possono essere utilizzati per determinare da dove proviene il vento solare.
"Ogni regione del sole può avere una combinazione unica di ioni pesanti, che determina la composizione chimica di un flusso di vento solare.
"Poiché la composizione chimica del vento solare rimane costante mentre viaggia verso il sistema solare, possiamo usare questi ioni come un'impronta digitale per determinare l'origine di uno specifico flusso di vento solare nella parte inferiore dell'atmosfera solare." ha affermato Susan Lepri, professoressa di scienze climatiche e spaziali e di ingegneria presso l'Università del Michigan e vice ricercatrice principale del sensore di ioni pesanti.
Gli elettroni nel vento solare vengono misurati da un sistema di analisi degli elettroni (EAS), sviluppato dal Mullard Space Science Laboratory dell'UCL, di cui il dottor Yardley è membro onorario.
Il professor Christopher Owen, dell'UCL, ha dichiarato:"I team degli strumenti hanno trascorso più di un decennio a progettare, costruire e preparare i loro sensori per il lancio, oltre a pianificare il modo migliore per gestirli in modo coordinato. Quindi è molto gratificante vedere ora i dati vengono messi insieme per rivelare quali regioni del sole guidano il lento vento solare e la sua variabilità."
Il sensore Proton-Alfa (PAS), che misura la velocità del vento, è stato progettato e sviluppato dall'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie dell'Università Paul Sabatier a Tolosa, in Francia.
Insieme, questi strumenti costituiscono la suite di sensori Solar Wind Analyser a bordo del Solar Orbiter, di cui il professor Owen dell'UCL è il ricercatore principale.
Parlando dei futuri piani di ricerca, il dottor Yardley ha detto:"Finora abbiamo analizzato i dati di Solar Orbiter in questo modo solo per questo particolare intervallo. Sarà molto interessante osservare altri casi utilizzando Solar Orbiter e fare anche un confronto con set di dati provenienti da altre missioni ravvicinate come la Parker Solar Probe della NASA."
