Primi risultati della sonda solare Parker: i segreti del vento solare

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La sonda Parker della Nasa, il veicolo che più di ogni altro si è avvicinato al Sole, è riuscita a intravedere le sorgenti del vento solare, il flusso di particelle cariche continuamente emesso dal Sole.  Analizzando i dati della missione, un gruppo di ricercatori ha realizzato quattro studi pubblicati sulla rivista Nature, rivelando i primi “segreti” del vento solare. “Sin dall’inizio abbiamo assistito a una nuova straordinaria astrofisica del plasma”, ha detto Stuart Bale, un fisico del plasma presso l’Università della California, Berkeley. “È stato spettacolare”. “Adesso possiamo osservare le strutture magnetiche della corona solare, che ci indicano come il vento solare emerga da piccoli buchi coronali”.

Alla distanza ravvicinata di 24 milioni di chilometri  anziché i 150 milioni che separano la Terra dal Sole  la sonda ha osservato che durante la propagazione del vento solare nello spazio, parte di esso subisce dei picchi di accelerazione. “Come delle grandi onde” dice Kasper, scienziato dell’University del Michigann, al cui interno la velocità raddoppia generando un flusso così intenso da riuscire a invertire la direzione dei campi magnetici.

Durante i suoi passaggi la sonda ha attraversato oltre 1.000 di queste ondate, la cui origine non è ancora stata compresa a fondo dagli scienziati. La Parker solar probe ha poi scoperto che il vento solare ruota attorno al Sole più velocemente del previsto: tra i 35 e i 50 chilometri al secondo, molti più di quanto si pensasse in precedenza. Questa scoperta potrebbe aiutare gli scienziati a prevedere con maggior precisione il tempo impiegato dai brillamenti solari a raggiungere la Terra. Suggerisce, inoltre, che il vento solare potrebbe disperdere l’energia del Sole più rapidamente di quanto si creda: se così fosse, gli astronomi dovrebbero rivedere le loro teorie sull’invecchiamento di tutte le altre stelle dell’Universo. – See more at:

L’immagine WISPR sulla sonda solare Parker della NASA ha catturato immagini del costante deflusso di materiale dal Sole durante il suo avvicinamento al Sole nell’aprile 2019.
Credito: NASA / NRL / APL

Le informazioni che Parker ha scoperto su come il Sole espelle costantemente materiale ed energia aiuterà gli scienziati a riscrivere i modelli che usano per comprendere e prevedere il tempo spaziale attorno al nostro pianeta e comprendere il processo attraverso il quale le stelle vengono create e si evolvono. Questa informazione sarà vitale per proteggere gli astronauti e la tecnologia nello spazio, una parte importante del programma Artemis della NASA , che invierà la prima donna e il prossimo uomo sulla Luna entro il 2024 e, infine, su Marte.

I quattro articoli, ora disponibili online sulla rivista Nature, descrivono le osservazioni sul Sole senza precedenti di Parker attraverso due voli ravvicinati da record. Rivelano nuove intuizioni sui processi che guidano il vento solare, il costante deflusso di gas caldo e ionizzato che fuoriesce dal Sole e riempie il sistema solare  e su come il vento solare si accoppia alla rotazione solare. Attraverso questi flybys, la missione ha anche esaminato la polvere dell’ambiente coronale e individuato eventi di accelerazione delle particelle così piccoli che non sono rilevabili dalla Terra, che si trova a quasi 26 milioni di km dal Sole. 

sonda Parker
il pannello superiore mostra uno schema di un’espulsione di massa coronale (CME), durante la quale uno scoppio di materiale con la stessa massa del lago Michigan viene espulso dal sole. Questi possono rappresentare una minaccia per gli astronauti e i satelliti spaziali, ma gli scienziati dell’ISʘIS hanno scoperto che minuscole particelle energetiche si precipitano davanti alla massa espulsa, fornendo un avvertimento anticipato della minaccia in arrivo.

“Questi primi dati di Parker rivelano la nostra stella, il Sole, in modi nuovi e sorprendenti”, ha affermato Thomas Zurbuchen, amministratore associato per la scienza presso la sede della NASA a Washington. “Osservare il Sole da vicino piuttosto che da una distanza molto maggiore ci sta dando una visione senza precedenti di importanti fenomeni solari e di come questi ci influenzano sulla Terra e ci fornisce nuove intuizioni rilevanti per la comprensione delle stelle attive attraverso le galassie. ” 

Tra i risultati ci sono nuove comprensioni di come si comporta il costante deflusso del vento solare da parte del sole. Visto vicino alla Terra, il plasma del vento solare sembra essere un flusso relativamente uniforme – uno che può interagire con il campo magnetico naturale del nostro pianeta e causare effetti meteorologici spaziali che interferiscono con la tecnologia. Invece di quel flusso, vicino al Sole, le osservazioni di Parker rivelano un sistema dinamico e altamente strutturato, simile a quello di un estuario che funge da zona di transizione mentre un fiume scorre nell’oceano. Per la prima volta, gli scienziati sono in grado di studiare il vento solare dalla sua fonte, la corona del Sole, simile a come si potrebbe osservare il flusso che funge da sorgente di un fiume. Ciò fornisce una prospettiva molto diversa rispetto allo studio del vento solare qualora il suo flusso impatti sulla Terra.

sonda solare Parker
Le particelle cariche che fluiscono intorno e lontano dal Sole possono interrompere le reti radio sulla Terra. Credito: NASA / SDO / AIA / S. Wiessinger

Interruzioni: Un tipo di evento in particolare ha attirato l’attenzione delle squadre scientifiche: capovolge nella direzione del campo magnetico, che fuoriesce dal Sole, incorporato nel vento solare e rilevato dallo strumento FIELDS. Queste inversioni – soprannominate “interruzioni” – sembrano essere un fenomeno molto comune nel flusso del vento solare all’interno dell’orbita di Mercurio e durano da pochi secondi a diversi minuti. 

Durante una commutazione, il campo magnetico si sposta indietro su se stesso fino a quando non viene puntato quasi direttamente al Sole. Questi cambiamenti, insieme ad altre osservazioni del vento solare, possono fornire indizi precoci su quali meccanismi riscaldano e accelerano il vento solare. Tali informazioni non solo aiutano a cambiare la nostra comprensione di ciò che provoca il vento solare e il tempo spaziale che colpisce la Terra, ma ci aiutano anche a capire un processo fondamentale di come funzionano le stelle e di come rilasciano energia magnetica nel loro ambiente.

Vento Solare: In una pubblicazione separata, basata sulle misurazioni dello strumento Alphas and Protons (SWEAP) degli elettroni eolici solari, i ricercatori hanno trovato indizi sorprendenti su come la rotazione del sole influenzi il deflusso del vento solare. Vicino alla Terra, il vento solare scorre oltre il nostro pianeta come se inizialmente viaggiasse su linee quasi diritte – o “radialmente”, come raggi su una ruota di bicicletta, fuori dal Sole in tutte le direzioni. Ma il Sole ruota mentre rilascia il vento solare e prima che si liberi, il vento solare dovrebbe avere una spinta in sincronia con la rotazione del Sole.

Mentre Parker si avventurava a una distanza di circa 26 milioni di km dal Sole, i ricercatori hanno ottenuto le loro prime osservazioni su questo effetto. Qui, l’estensione di questo movimento laterale era molto più forte di quanto previsto, ma si è trasformato rapidamente a flusso radiale più rapidamente di quanto previsto, verso l’esterno, che aiuta a mascherare gli effetti a una distanza maggiore. Questa enorme atmosfera estesa del Sole influenza la rotazione della stella. Comprendere questa transizione nel vento solare è la chiave per aiutarci a capire come la rotazione del Sole rallenta nel tempo, con implicazioni per i cicli di vita della nostra stella, il suo passato sicuramente violento, così come altre stelle e la formazione di dischi protoplanetari, densi dischi di gas e polvere che circondano le giovani stelle.

sonda solare Parker
Durante le prime due orbite della sonda solare Parker, ISʘIS ha rilevato molti piccoli eventi energetici di particelle, esplosioni solari durante le quali il tasso di particelle che fuoriesce dal sole è aumentato rapidamente. Su ISʘIS, lo strumento Epi-Lo misura particelle in decine di migliaia di elettronvolt, mentre Epi-Hi misura particelle con milioni o centinaia di milioni di elettronvolt. (Per riferimento, l’elettricità nella tua casa è di 120 volt.) Qui, i dati provenienti dalle orbite 1 (a sinistra) e 2 (a destra) mostrano i tassi di conteggio delle particelle ISʘIS sovrapposti come strisce di colore lungo la linea nera che rappresenta la traiettoria della sonda solare Parker . I tassi di energia più bassi (“Lo”) sono visibili all’interno della pista, mentre i tassi di energia più elevati (“Ciao”) corrono all’esterno della pista. Sia la larghezza che il colore corrispondono alle velocità misurate,
Credito: NASA / Princeton / APL

Polveri nel vento: Parker ha anche osservato le prime prove dirette di polvere che inizia a diradarsi a circa 10 milioni di km dal Sole, un effetto che è stato teorizzato per quasi un secolo, ma fino ad ora è stato impossibile misurare. Queste osservazioni sono state fatte usando lo strumento Wideer Field Imager per sonda solare (WISPR) di Parker, a una distanza di circa 6 milioni di km dal Sole. Gli scienziati hanno a lungo sospettato che vicino al Sole, questa polvere sarebbe stata riscaldata a temperature molto elevate, trasformandola in un gas e creando una regione priva di polvere attorno alla stella. Al ritmo osservato di diradamento, gli scienziati si aspettano di vedere una zona veramente priva di polvere a una distanza di circa 3-4 milioni di km dal Sole, che il veicolo spaziale potrebbe osservare già nel settembre 2020, durante il suo sesto sorvolo.

sonda solare Parker
il pannello inferiore mostra uno spettrogramma delle serie temporali ISʘIS dei flussi di protoni da EPI-Lo (in alto) e le misurazioni del campo magnetico (in basso) durante un CME osservato. Le particelle energetiche hanno preceduto il CME, raggiungendo la sonda solare Parker quasi un giorno prima della massa espulsa.
Credito: NASA / Princeton / APL

Particelle energetiche: Infine, gli strumenti di particelle energetiche di Parker Integrated Science Investigation of the Sun (ISʘIS) hanno misurato numerosi eventi inediti così piccoli che tutte le loro tracce vengono perse prima che raggiungano la Terra. Questi strumenti hanno anche misurato un raro tipo di esplosione di particelle con un rapporto particolarmente elevato di elementi più pesanti, suggerendo che entrambi i tipi di eventi potrebbero essere più comuni di quanto gli scienziati pensassero in precedenza. Gli eventi di particelle energetiche solari sono importanti, poiché possono sorgere improvvisamente e portare a condizioni meteorologiche spaziali vicino alla Terra che possono essere potenzialmente dannose per gli astronauti. Svelare le fonti, l’accelerazione e il trasporto di particelle energetiche solari ci aiuterà a proteggere meglio gli esseri umani nello spazio in futuro.

“Il sole è l’unica stella che possiamo esaminare da vicino”, ha detto Nicola Fox, direttore della divisione eliophysics presso la sede della NASA. “Ottenere dati alla fonte già sta rivoluzionando la nostra comprensione della nostra stella e delle stelle in tutto l’universo. Il nostro piccolo veicolo spaziale sta combattendo in condizioni brutali per inviare a casa sorprendenti ed emozionanti rivelazioni. “

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Bale, SD et al. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-019-1818-7 (2019).
  2. Sun-bombing spacecraft uncovers secrets of the solar wind – Nature 576 , 15-16 (2019) doi: 10.1038 / d41586-019-03684-0
  3. Howard, R. A. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-019-1807-x (2019).

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