“In a nutshell” about Sun – 2b.Macchie solari: cosa c’è sotto?

Meteo del Sole – nuvole, uragani, piogge, fulmini

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Sono solo “macchie” o nascondono ben altro?
Le macchie solari nascondono un meccanismo ben più gigantesco.
Esse sono in realtà le “sezioni” di un tubo di flusso magnetico emergente in fotosfera dalle zone sottostanti.

Quindi macchie solari e “tubi di flusso” sono le due facce della stessa medaglia.

Seguite la sequenza dal basso, 1, 2 e 3

Wow, notizia bomba!!
Vediamo però, in breve, di capire che succede.
Per farlo mi aiutano ancora una volta alcune utilissime e bellissime slide del seminario sulle Dinamo Solari tenuto da Franco Alladio, Direttore della Ricerca presso ENEA Frascati.

Il Sole rappresenta una meteorologia di filamenti di plasma magnetizzati e rotanti.

Come abbiamo visto nel post sul Plasma, i plasmi conducono corrente elettrica anche meglio dei metalli e producono quindi facilmente campi magnetici propri.

Inoltre se si muovono in modo macroscopico (come fluido conduttore nel Sole), il moto crea nuovo campo magnetico ed il campo magnetico a sua volta influenza il moto.

Visto che la rotazione solare avviene in modo differenziato, cioè più velocemente all’equatore (25 giorni) e più lentamente ai poli (34 giorni), ciò provoca uno stiramento delle linee di forza del campo magnetico, con il risultato che si forma il famoso “gomitolo magnetico”.

1. Il Sole è una sfera di plasma rotante

Kevin Gill ha realizzato un’animazione in time-lapse della rotazione del Sole a gennaio 2014 (il Sole impiega poco meno di un mese terrestre per compiere un intero giro su se stesso); per farlo ha utilizzato le immagini del Solar Dynamics Observatory, il telescopio spaziale della NASA lanciato a inizio 2010 per studiare il Sole.

L’immagine grande a sinistra mostra come appare nell’ultravioletto UV la cromosfera.
Delle sei immagini sulla destra, la prima, quella in alto a sinistra, mostra invece il Sole che noi possiamo vedere, la fotosfera nello spettro visibile.
Le altre 5 immagini in movimento mostrano la stella in altre frequenze dello spettro.
E’ affascinante seguire in contemporanea tutte e 7 le rotazioni, cogliendo particolari che altrimenti non sarebbero visibili, come le macchie nella fotosfera e i buchi coronali.

2. Le sfere di plasma rotanti e magnetizzate tendono a produrre filamenti

i “filamenti” – attenzione qui non intesi come “protuberanze” – sono quelle aggraziate linee che vedete innalzarsi e disegnare curve, archi, spennellate precise, i cosiddetti “Anelli Coronali”: li vedete, magnifici, nell’immagine, anelli come spire di molle giganti che si espandono verso la Corona del Sole

3. I filamenti magnetizzati

(quindi ognuno di quegli anelli che vediamo), i famosi “tubi di flusso” a cui abbiamo accennato, contengono al loro interno campo magnetico e corrente elettrica (nell’immagine, in basso, modelli più realistici di filamenti magnetizzati)

4. Il comportamento delle linee di campo magnetico,

in presenza di corrente, assomiglia alle “molle” (con cui tutti almeno una volta abbiamo giocato)

Se non si spezzano oscillano, e poi che succede ad una parte delle spire?

  • se “troppo avvolte” (quindi troppo compresse, troppo “cariche”), possono sfuggire via di traverso
  • se invece “poco avvolte” (quindi molli e poco cariche) si srotolano
In questo caso, ogni anello coronale
corrisponde ad una molla come questa

Le linee di campo magnetico si “vedono” sul Sole perché il plasma fluisce lungo di esse con facilità, facendo praticamente da tracciante

5. Le macchie solari appaiono in coppia di polarità magnetica opposta (+ e -)

come se un magnete a ferro di cavallo fosse presente sotto la superficie del Sole, uscita positiva ed ingresso negativo (la corrente positiva esce bucando la fotosfera e il flusso negativo si re-immerge verso le profondità).

Nell’immagine seguente, a sinistra due momenti diversi del ciclo solare (ciclo 22 – agosto 1989 e ciclo 23 – giugno 2000), in giallo e blu le polarità opposte del campo magnetico. I campi delle Macchie Solari possono avere l’intensità di alcune migliaia di Gauss.

6. Quelle che noi vediamo come “macchie solari” sono in realtà le zone da cui fuoriescono e si immergono nuovamente “tubi di flusso e di corrente”

con linee di forza avvitate ad elica (quindi strutture percorse da intense correnti elettriche) che provengono dalle profondità della “zona convettiva”.

“Cappio” magnetico

Quindi le macchie sono in realtà le sezioni di tubi di flusso che provengono dall’inferno sottostante, fuoriescono espandendosi come palloni aerostatici e poi si immergono di nuovo nelle profondità.

7. Ricordate quali sono gli strati del Sole?

  • Zona radiativa sopra il nucleo
  • Tacoclìna (Tachocline), sottile strato intermedio
  • Zona convettiva sopra e poi
  • fotosfera (e cromosfera che però non si vede perché la fotosfera è molto più luminosa) a confine con – l’atmosfera che è la Corona

Tutto parte dalla Tacoclìna (Tachocline), che oltre ad ospitare la discontinuità di rotazione del plasma (cioè sopra di essa avviene la rotazione differenziale – all’equatore più veloce che ai poli, e in superficie trascina ciò che è di sotto – mentre sotto la rotazione rigida del cuore-nucleo), può esser vista come un vero e proprio

“oceano” di campo magnetico

8. nella Tacoclìna si verifica un accumulo di campo magnetico

A causa dell’intenso calore proveniente dalla zona radiativa sottostante:

  • le linee di campo magnetico si destabilizzano
  • quindi “tubi di flusso” si distaccano, il loro campo magnetico li fa espandere e la loro materia si rarefà
  • i tubi galleggiano nel plasma circostante e per la spinta di Archimede risalgono come palloni aerostatici verso la fotosfera

A questo punto, se sono “molle” sufficientemente avvolte (cioè se contengono al loro interno abbastanza corrente elettrica), raggiungono la fotosfera e la forano con le 2 polarità magnetiche delle Macchie.

Le nostre famose Macchie solari non sono altro che le sezioni di questi “tubi di flusso” in cui fluiscono correnti elettriche e campi magnetici intensissimi; essi bucano la fotosfera innalzandosi verso la Corona e mostrandosi a noi come “anelli coronali” grazie al plasma che vi scorre come acqua lungo il percorso di un fiume.

A volte gli anelli tornano di sotto, altre volte invece, per un fenomeno conosciuto come “Riconnessione magnetica”, si spezzano distaccandosi e si ricollegano nella Corona…

…il plasma riesce così a staccarsi dalle linee magnetiche (dando poi luogo a fenomeni esplosivi spettacolari come brillamenti-flares oppure Emissioni Coronali di Massa – EMC)


9 . Considerando quindi la Tacoclìna (Tachocline) come un “oceano”

da tale oceano si alzano come
“nuvole” filamenti magnetizzati di plasma che ruotano al loro interno come “uragani”; quando l’uragano non è abbastanza avvolto (le molle – quindi se la corrente elettrica che contiene non è sufficiente) si disfa lasciando
“ri-piovere” il suo campo magnetico sulla Tacoclìna

Nella bella immagine riepilogativa di questo processo complesso, tratta dal seminario di Franco Alladio, come vedete la pioggia di plasma del campo magnetico si verifica sia sopra la fotosfera, visibile al telescopio, sia sotto nelle profondità della zona convettiva.

In questo scenario, i fulmini sono poi rappresentati dai brillamenti o flares.

Per concludere il breve viaggio, ma farci restare “coi piedi per terra”, ricordatevi però le reali dimensioni di ciò di cui abbiamo parlato…

Per voi in regalo questo bel video breve di MediaInaf, dove vediamo proprio il filmato della sonda della Nasa SDO che segue a luglio 2012 un brillamento ed espulsione di massa coronale che in seguito ha dato vita alla “pioggia coronale” con il plasma che si raffredda e ricade sulla superficie.

Spettacolo in luce Ultravioletta che mostra il plasma a 50.000 K.
Ogni secondo del filmato in time-lapse richiede circa 6 minuti in tempo reale, quindi l’intera sequenza di “pioggia” dura all’incirca 10 ore!!!

Spero vi abbia affascinato l’argomento.
Arrivederci a presto con il prossimo appuntamento “In a nutshell” (in breve).
Ecco i link agli altri post della serie:
“In a nutshell” about Sun – 0.Vento solare: da dove si origina?
“In a nutshell” about Sun – 1.Vento solare:: 6 affascinanti influenze
“In a nutshell” about Sun – 2a.Macchie solari – identikit
“In a nutshell” about Sun – 2c.Ciclo del Sole: Vento solare e Raggi cosmici, Amici o Nemici?

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