“In a nutshell” about Aurora –2b. Flares vs CME: scontro di Titani

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2° round

Riprende lo scontro epocale dei due pesi massimi:

>>> ad un angolo lui, “Flare”, gigante dal diretto veloce come la luce…

>>> all’altro lei, “CME”, colosso dall’attacco inesauribile… (Eruzione di Massa Coronale: per comodità visiva in entrambi i post in rosso)

Prerequisito:
se vi foste persi il primo match, correte a seguirlo fin dall’inizio, ma non prima di aver dato un’occhiata ai 2 post precedenti sul fenomeno della “Riconnessione Magnetica” e sul “Meteo o Tempo solare“, tutto sarà più facile dopo.

8 – diversa incidenza sulla Terra

FLARE
Le particelle energetiche prodotte, raramente raggiungono la Terra e quando lo fanno, il campo magnetico terrestre impedisce alla maggioranza di raggiungere la superficie.

Il piccolo numero di particelle di energia molto elevata che raggiunge la superficie non aumenta significativamente il livello di radiazione che sperimentiamo ogni giorno.

CME
I CME hanno maggiori probabilità di avere un effetto significativo sulle nostre attività rispetto ai Flares perché trasportano più materiale in un volume più ampio di spazio interplanetario, aumentando la probabilità che interagiscano con la Terra.

Gigantesca CME catturata dal satellite SOHO il 2 dicembre 2003. Il disco centrale nelle immagini coronografiche di solito è scuro e indica le dimensioni del Sole, mettendo in evidenza l’atmosfera, la Corona. In casi come questo possiamo vedere il disco reale. Credit: ESA/NASA/SOHO

FLARES o CME “particelle ionizzanti radioattive”
le particelle energetiche (ad alta velocità) di entrambi sarebbero comunque pericolose per un astronauta in missione sulla Luna o su Marte, che si trovasse con la sola protezione della tuta spaziale.

9 – chi causa l’aurora

FLARE
I protoni ad alta energia degradano le comunicazioni radio ad alta frequenza (blackout radio) sul lato soleggiato della Terra ed emissioni radio disturbano i segnali Gps e satellitari. Tuttavia non è il flare a causare l’aurora.

CME
Oltre a creare disturbi radio ed elettrici (blackout elettrici), è la CME a provocare la formazione delle famose Aurore interagendo con la magnetosfera e ionosfera terrestre.

Credits Maciej Winiarczykclicca per ingrandire, click to enlarge

FLARE – “radio-bursts” associati
L’emissione Radio del Sole è caratterizzata da rapidi “bursts”, lampi radio, emissioni di tipo non termico che durano qualche secondo fino a qualche giorno, strettamente connessi ai flares.

libro “Fisica Solare” Di Egidio Landi Degl’Innocenti

10 – effetti dinamici a distanza

FLARE
Da solo produce particelle ad alta energia vicino al Sole, alcune delle quali fuggono nello spazio interplanetario (e, se dirette verso la Terra, possono unirsi ad altre particelle ad alta energia prodotte dall’ondata di una cme): estensione spaziale fino a 30°.

fotogramma tratto dal video NASA sulle differenze tra Cme e Flaresclicca per ingrandire, click to enlarge

CME
Guida un’onda d’urto che può continuamente produrre particelle energetiche mentre si propaga attraverso lo spazio interplanetario, trascinata da un intenso campo magnetico.

rappresentazione artistica interazione onda-particelle

11 – onde d’urto

FLARE
La potenza esplosiva è tale da provocare onde d’urto su tutta la superficie e che attraversano l’atmosfera, e picchi nelle onde radio, che possono innescare eventuali altri brillamenti, in quanto destabilizzano strutture attigue.
(Tesi Filippo Sottocorona)

Attivato da una grande macchia solare il 6/09/2017, questo è stato il più intenso flare degli ultimi dieci anni, classe X9.3, ripresa in ultravioletto. Curiosità: i raggi con linee sbarrate sono aberrazioni negli strumenti causati dall’accecante esplosione del brillamento. Credit NASA/GSFC/SDOclicca per ingrandire, click to enlarge

CME
La CME si allarga progressivamente a ventaglio a mano a mano che si allontana dal Sole, creando onde d’urto dove impatta il più lento vento solare. Si producono così ondate di particelle ulteriormente accelerate a causa di shock collisionali, le quali, se dirette verso la Terra, finiscono per alimentare le tempeste di radiazione solare, quelle dei Flares. (M. Diodati)

La bolla di campo magnetico scagliata trascina con sé la massa di materia solare e sovrasta il campo magnetico di fondo del costante vento solare. Credits NASA STEREO

12 – classificazione

FLARES
Classificati in base all’energia emessa, nelle classi crescenti:
– A (graduata da 1 a 9)
– B (1-9) 10 volte più potente di A
– C (1-9) 10 volte più potente di B
– M (1-9) 10 volte più potente di C
– X 10 volte più potente di M (senza limite superiore)
L’attività solare solitamente è compresa tra A e C (effetto quasi nullo sulla Terra), mentre le classi superiori M ed X possono causare seri danni (vedi “Evento di Carrington” e di “Halloween”).

Immagine AIA SDO ritagliata del brillamento X1.0 in luce angstrom 131 dalle 17:57 UT del 25 ottobre 2014. Credit: NASA/SDOclicca per ingrandire, click to enlarge
Qui monitorati 5 flares di classe X nel 2014, molto affascinanti da seguire nella loro evoluzione. Credits NASA Goddard

CME
Più è potente l’eruzione che scaglia il plasma verso l’esterno, più è veloce tale materia solare che viaggia verso la Terra, nel caso che la Cme sia diretta verso di noi.
Le CME si classificano in base alla loro velocità:
– le più comuni (100-1.000 l’anno) < 500 km/sec
– relativamente comuni (10-100 l’anno) 500-1.000 km/sec
– occasionali 1.000-2.000 km/sec
– rare 2.000-3.000 km/sec
– rarissime >3.000 km/sec (il plasma raggiunge la Terra in 14 ore)
(M. Diodati)

tratto dal video della NASA sulle differenze tra Cme e Flaresclicca per ingrandire, click to enlarge
Eccezionale Cme del 2012, catturata dai diversi punti di vista dei vari satelliti per l’osservazione solare, SDO, STEREO, SOHO. La velotità di espulsione è di 1.448 km/secCredits NASA Goddard

12a – Sezione CME – “l’analogia dell’albero

Le CME viaggiano da 20 ad oltre 2.500 km/sec… circa il 50% delle CME lascia il Sole con velocità inferiori a quella di fuga: ciò significa che le CME non hanno bisogno di raggiungere la velocità di fuga per “prendere il volo“, quindi non si comportano come proiettili sparati da una pistola. Per sfuggire al Sole devono seguire altre vie…

“L’albero che ondeggia nel vento”: vedendolo, sembra che sia l’albero a muovere l’aria, mentre al contrario è l’aria che si muove trascinando con sé i rami. Lo stesso accade con la CME e il campo magnetico: è il campo magnetico che si muove (vento), trascinando con sé la massa di particelle (rami e foglie).
(Libro “Viaggio al centro del Sole” di Lucei Green)

13 – manifestazioni da Guinness dei Primati

FLARES
Nei flares più violenti si può osservare il “Solemoto” (Sunquake), analogo degli Tsunami sulla Terra, propagazione di onde eliosismiche sulla superficie. (Tesi Filippo Sottocorona)

sempre l’eccezionale flare del 6/09/2017, classe X9.3. Curiosità: come spiegato poco fa, la brillante linea verticale e i raggi con linee sbarrate sono aberrazioni negli strumenti causati dall’accecante esplosione del brillamento. Credit NASA/GSFC/SDOclicca per ingrandire, click to enlarge

CME
Quando alla fine la CME raggiunge la Terra, può estendersi su un volume di spazio enorme (estensione angolare fino a 180°), al cui confronto la Terra risulta come un granello di polvere. Poi la massa di plasma solare magnetizzato penetra nel campo magnetico terrestre interagendo con la Ionosfera e dando inizio ad una tempesta geomagnetica. (M. Diodati)

fotogramma tratto dal video NASA sulle differenze tra Cme e Flares

14 – che tipi di tempeste provocano

*per i disturbi in dettaglio uscirà apposito post

FLARE = Tempeste di Radiazione Solare
Livelli elevati di radiazioni quando aumenta il n° di particelle energetiche, i protoni ad alta energia accelerati dai Flares, che provocano disturbi ai satelliti e nelle comunicazioni radio, e possibile rischio per gli astronauti in orbita e i voli ad alta quota a latitudini polari.

EVA attività extraveicolare alla ISS (Base Spaziale Internazionale) – Extravehicolar crew member, gli astronauti sono anche detti “Spacewalker” e l’uscita “passeggiata spaziale”, credits NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

CME = Tempeste Geomagnetiche
Grosse particelle di plasma dei CME + flussi di particelle (vento solare) ad alta velocità dei Flares provocano disturbi solitamente gestibili e magnifiche Aurore. Rare ma significative tempeste provocano interruzioni e disturbi pesanti.

Correlazione macchievento solare-cme-ciclo solare
Le macchie solari non sono direttamente coinvolte nei due fenomeni vento solare e CME, ma servono solo a mostrare il livello relativo di attività solare che è correlato alla produzione di Aurora. Vento agitato e più CME significano attività solare intensa e quindi aumento macchie solari in superficie.

15 – influenza sull’eliosfera circostante

FLARE
Crea spettacolari “protuberanze” solari ed emette fasci di “vento solare” molto energetico che causa radiazione pericolosa (i malcapitati protoni che si trovano in quella zona al momento dell’esplosione e vengono accelerati diventando protoni ad alta energia).

fotogramma tratto dal video NASA sulle differenze tra Cme e Flares

CME
Col tempo queste CME creano una vasta “patina” mutevole di frammenti di nuvole e macchie di campo magnetico di milioni di km di diametro (occupando contemporaneamente orbite di più pianeti), che scorre fino oltre Plutone raggiungendo il limite della Eliopausa, in un grande schema a girandola.

È la rotazione differenziale del Sole (più veloce all’equatore rispetto che ai poli) a provocare ingarbugliamento e turbolenza nelle masse di plasma e campo magnetico. Nella rappresentazione distanze e dimensioni non sono in scala ma si ha un’idea dei pianeti interni e di Giove rispetto alla girandola.

15a – Sezione Campo magnetico – “schema a girandola”

La traiettoria delle particelle solari è influenzata dalla rotazione del Sole. Poiché la nostra stella è una sfera di plasma rotante, la traiettoria segue una spirale di Archimede o di Parker (il nome del suo scopritore), proprio come succede con quegli irrigatori che ruotano e l’acqua che “resta indietro”.

Le linee del campo magnetico sono allineate con queste traiettorie e quindi seguono anche loro la spirale: la Terra in particolare è quindi connessa con una zona precisa sulla superficie solare. (Luca di Fino, blog Background Noise)

Chiaramente, in base alle diverse velocità del materiale plasmatico (le particelle del vento solare “lento” e di quello “veloce” comprese le particelle ad alta energia) la traiettoria conseguentemente si modifica.

FINE DELL’INCONTRO – VITTORIA PARIMERITO !

Flares e CME sono fenomeni che vengono monitorati e studiati con costanza, e non sono ancora del tutto compresi, ma abbiamo a nostra disposizione una squadra di strumenti straordinari, tra telescopi terrestri, satelliti e sonde per l’osservazione solare.

Crediti ESA

Solo per citarne alcuni:
– SOHO, “Solar Heliospheric Observatory
– STEREO, “Solar Terrestrial Relations Observatory
– SDO, “Solar Dynamics Observatory
– “Parker Solar Probe
Dkist, Daniel Ken Inouye Solar Telescope, nuovo telescopio terrestre collocato a oltre 3.000 metri di quota in cima al vulcano Haleakala a Maui, nelle isole Hawaii, che proprio in questo periodo fornisce le prime immagini a definizione ancora più alta grazie ai 4 metri di diametro del suo specchio primario, rispetto al metro e mezzo di quelli esistenti.

immagine ripresa a 789 nanometri (nm), la più alta definizione mai ottenuta finora. Articolo di Stefano Parisini, per Inaf. Crediti: Nso/Aura/Nsfclicca per ingrandire, click to enlarge

Termino il post riproponendo la bella infografica NASA sulla situazione generale del “Meteo o Tempo Spaziale“, dove ritroviamo tutto il quadro generale.

credits NOAA clicca per ingrandire, click to enlarge

È stato un bellissimo viaggio, appassionante e divertente, spero che abbia appassionato e divertito anche voi come è stato per me! Vi aspetto alla prossima puntata e vi saluto con un bellissimo potente sorriso “smile”, come solo la nostra bellissima stella sa fare.

Per non perderti i post di questa serie:
– “In a nutshell” about Aurora – 0. Il sole
“In a nutshell” about Aurora – 1. Riconnessione Magnetica

“In a nutshell” about Aurora – 2a. Flares vs Cme: scontro di Titani
“In a nutshell” about Aurora – 3a. Campo magnetico terrestre
“In a nutshell” about Aurora – 3b. Fasce di Van Allen
“In a nutshell” about Aurora – 3c. Cometa, toroidi e particelle
“In a nutshell” about Aurora – 3d. radiazioni
“In a nutshell” about Aurora–3e. radiazioni a confronto
“In a nutshell” about Aurora – 3f. radiazioni e ISS
“In a nutshell” about Aurora -4. Cuspidi polari
“In a nutshell” about Aurora -5. Generatore aurorale
“In a nutshell” about Aurora -6. Altitudine e forme
“In a nutshell” about Aurora – 7a. Colori, l’origine

“In a nutshell” about Aurora -7b. Colori, la magia
“In a nutshell” about Aurora -8. luminosità, movimento e calore
“In a nutshell” about Aurora -9. Curiosità
“In a nutshell” about Aurora -10. Suoni
In a nutshell” about Aurora -11. Emozioni e considerazioni
“In a nutshell” about Aurora -12a. Tempeste solari
“In a nutshell” about Aurora -12b. Disturbi e danni da Flare
“In a nutshell” about Aurora -12c. Disturbi e danni da Cme
“In a nutshell” about Aurora -12d. Simulazione SuperTempesta solare OGGI
“In Nutshell” about Aurora -13a. Ambiente spaziale interplanetario

Link utili:
flares video e foto 2014 Nasa-Goddard Media Studios
“Spazio Tempo Luce Energia” Blog di Michele Diodati
Solar and Heliospheric Observatory SOHO
Solar Dynamics Observatory SDO
Solar Terrestrial Relations Observatory STEREO
Daniel Ken Inouye Solar Telescope Dkist, articolo di Stefano Parisini per Inaf
– tempeste solari sulla Terra, NOAA
– Blog “Spazio Tempo Luce Energia” di Michele Diodati
– Tesi di Laurea in Fisica di Filippo Sottocorona: “Energetica di Sorgenti Solari dello Space Weather
particelle SEP, articolo del BlogBackground Noisedel docente di Fisica Luca di Fino
Istituto Nazionale AstroFisica INAF (grazie per la generosa e gentile concessione di articoli)
Osservatorio Astronomico “G.V. Schiapparelli”, Il Sole, a cura di Fabrizio Toia
National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA sito informativo
– NASA: rubrica “Chiedi allo scienziato Spaziale”, Sten Odenwald NASA (Astronomo)
– pagina NASA “Welcome to the Solar Flare Theory”, Gordon Holman, Divisione Scientifica Eliofisica

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