Le macchie solari possono essere viste su questa immagine della radiazione solare. Ogni macchia solare dura da pochi giorni a qualche mese, e il numero totale raggiunge un picco ogni 11 anni. Le macchie più scure accompagnano macchie bianche luminose, chiamate facole, che aumentano la radiazione solare complessiva. Credito:NASA/Goddard/SORCE
Per 400 anni le persone hanno seguito le macchie solari, le macchie scure che appaiono per settimane alla volta sulla superficie del sole. Hanno osservato, ma non sono stati in grado di spiegare perché il numero di macchie raggiunge un picco ogni 11 anni.
Uno studio dell'Università di Washington pubblicato questo mese sulla rivista Fisica dei Plasmi propone un modello del movimento del plasma che spiegherebbe il ciclo di 11 anni delle macchie solari e molte altre proprietà precedentemente misteriose del sole.
"Il nostro modello è completamente diverso da una normale immagine del sole, " ha detto il primo autore Thomas Jarboe, un professore UW di aeronautica e astronautica. "Penso davvero che siamo le prime persone a dirti la natura e la fonte dei fenomeni magnetici solari:come funziona il sole."
Gli autori hanno creato un modello basato sul loro precedente lavoro con la ricerca sull'energia da fusione. Il modello mostra che uno strato sottile sotto la superficie del sole è la chiave per molte delle caratteristiche che vediamo dalla Terra, come macchie solari, inversioni magnetiche e flusso solare, ed è supportato da confronti con osservazioni del sole.
"I dati osservativi sono fondamentali per confermare la nostra immagine di come funziona il sole, " disse Jarbo.
Nel nuovo modello, un sottile strato di flusso magnetico e plasma, o elettroni fluttuanti, si muove a velocità diverse su diverse parti del sole. La differenza di velocità tra i flussi crea torsioni di magnetismo, nota come elicità magnetica, che sono simili a ciò che accade in alcuni concetti di reattore a fusione.
Il cosiddetto "diagramma a farfalla" mostra che l'attività delle macchie solari inizia più lontano dall'equatore solare e si sposta gradualmente verso il centro. Il ciclo si ripete ogni 11 anni. Credito:Hathaway 2019/solarcyclescience.com
"Ogni 11 anni, il sole fa crescere questo strato finché non è troppo grande per essere stabile, e poi se ne va, " disse Jarboe. La sua partenza espone lo strato inferiore di plasma che si muove nella direzione opposta con un campo magnetico capovolto.
Quando i circuiti in entrambi gli emisferi si muovono alla stessa velocità, compaiono più macchie solari. Quando i circuiti hanno velocità diverse, c'è meno attività di macchie solari. quella mancata corrispondenza, Jarboe dice, potrebbe essere successo durante i decenni di poca attività delle macchie solari noti come "minimo di Maunder".
"Se i due emisferi ruotano a velocità diverse, allora le macchie solari vicino all'equatore non combaciano, e tutto morirà, " disse Jarbo.
"Gli scienziati pensavano che una macchia solare fosse generata al 30% della profondità del sole, e poi è venuto su in una corda ritorta di plasma che salta fuori, " disse Jarboe. Invece, il suo modello mostra che le macchie solari sono nei "supergranuli" che si formano all'interno del sottile, strato sottosuperficiale di plasma che lo studio calcola avere uno spessore di circa 100-300 miglia (150-450 chilometri), o una frazione dei 430 del sole, raggio di 000 miglia.
"La macchia solare è una cosa incredibile. Non c'è niente lì, e poi all'improvviso, lo vedi in un lampo, " disse Jarbo.
Nel modello presentato nel nuovo articolo la linea rossa mostra il flusso di elettroni, o plasma, e la linea gialla mostra la superficie del sole. La X racchiusa da un cerchio mostra il campo magnetico, con il campo elettromagnetico più alto vicino all'equatore solare. Con il passare del tempo il campo elettromagnetico si consuma in superficie e lo strato esterno di rosso si disperde nello spazio esterno, esponendo lo strato interno che scorre nella direzione opposta. Credito:Jarboe et al./ Fisica dei Plasmi
La precedente ricerca del gruppo si è concentrata sui reattori a fusione, che utilizzano temperature molto elevate simili a quelle interne al sole per separare i nuclei di idrogeno dai loro elettroni. Sia nel sole che nei reattori a fusione i nuclei di due atomi di idrogeno si fondono insieme, rilasciando enormi quantità di energia.
Il tipo di reattore su cui Jarboe si è concentrato, uno sferomaco, contiene il plasma di elettroni all'interno di una sfera che lo induce ad auto-organizzarsi in determinati schemi. Quando Jarboe cominciò a considerare il sole, ha visto somiglianze, e ha creato un modello per ciò che potrebbe accadere nel corpo celeste.
"Per 100 anni le persone hanno fatto ricerche su questo, " ha detto Jarboe. "Molte delle caratteristiche che stiamo vedendo sono al di sotto della risoluzione dei modelli, quindi possiamo trovarli solo nei calcoli."
Altre proprietà spiegate dalla teoria, Egli ha detto, includere il flusso all'interno del sole, l'azione di torsione che porta alle macchie solari e la struttura magnetica totale del sole. Il documento rischia di provocare un'intensa discussione, disse Jarboe.
"La mia speranza è che gli scienziati guardino i loro dati sotto una nuova luce, e i ricercatori che hanno lavorato tutta la vita per raccogliere quei dati avranno un nuovo strumento per capire cosa significa tutto questo, " Egli ha detto.
