Dal Sole dipende la vita sulla terra e per questo il suo studio è così importante. Oggi comprendere fenomeni come il vento solare non è solo affascinante, ma è anche fondamentale per migliorare le previsioni meteorologiche spaziali in un mondo sempre più dipendente dalle infrastrutture tecnologiche.
A occhio nudo il Sole sembra immobile, un disco che ogni giorno sorge e tramonta uguale a sé stesso. In realtà, è un corpo celeste turbolento, composto di gas permeato da campi magnetici che si deformano, si spezzano e si ricompongono senza sosta. La sua atmosfera, la corona solare, è un ambiente fragile e al tempo stesso potentissimo: raggiunge milioni di gradi, genera esplosioni improvvise e lancia nello spazio getti di plasma che si propagano per milioni di chilometri.
Tra i fenomeni più affascinanti che riguardano il Sole c’è il vento solare, un flusso di particelle che non si arresta mai e che investe costantemente la Terra e gli altri pianeti. Non è un vento uniforme: esiste una componente lenta, una rapida e un’altra, detta Alfvénica, che porta con sé onde magnetiche. A queste componenti relativamente stabili del vento si aggiungono poi improvvise e gigantesche eruzioni di massa coronale, che vengono lanciate in tutte le direzioni. Da decenni i fisici del Sole cercano di capire come nascano: una domanda cruciale, perché queste onde trasportano energia e condizionano l’intero equilibrio del Sistema solare.
Inoltre, il vento solare non è solo un fenomeno fisico: è un vero e proprio filo conduttore che lega la nostra stella al resto dell’eliosfera, la gigantesca bolla magnetica che avvolge tutti i pianeti. Ogni variazione del vento si ripercuote nello spazio interplanetario, modulando l’arrivo dei raggi cosmici e influenzando persino il clima spaziale che avvolge la Terra. Capire la sua origine significa dunque comprendere meglio il “respiro” del Sole e i suoi effetti sull’ambiente che rendono possibile la vita sul nostro pianeta.
Alla pagina precedete, la sonda Parker Solar Probe. Nella sua missione per “toccare il Sole” è diventata la prima sonda spaziale a sorvolare la corona, l’atmosfera superiore dell’unica stella che possiamo studiare da vicino. Crediti: Nasa
UN PO’ DI STORIA
Il concetto di vento solare è relativamente recente. Negli anni Cinquanta l’astrofisico Eugene Parker suggerì che la corona, troppo calda per rimanere confinata, fosse costretta a espandersi nello spazio. La sua intuizione fu accolta con scetticismo, ma le prime sonde interplanetarie – come Mariner 2 negli anni Sessanta – dimostrarono che aveva ragione: lo spazio interplanetario è permeato da un flusso costante di particelle solari.
Con il tempo si scoprì che questo vento non è uniforme. Nei decenni successivi, missioni come Ulysses e più recentemente la Parker Solar Probe − la sonda Nasa lanciata nel 2018 che come e più di Solar Orbiter si avvicina al Sole, fino a entrare quasi nella corona solare − hanno misurato raffiche irregolari, veri e propri colpi di frusta magnetici, soprannominati switchbacks. Da dove provengono? È qui che entra in gioco lo studio dei processi magnetici alla base del Sole.
Il problema è che osservare direttamente questi fenomeni non è facile: la corona è luminosa ma evanescente, e solo con strumenti capaci di occultare il bagliore del disco solare si possono distinguere i dettagli più fini. Per questo lo studio del vento solare ha richiesto decenni di sviluppo tecnologico, culminati con le missioni attuali che combinano osservazioni in remoto e misure dirette del plasma.
La sonda Mariner 2 è stata la prima a esplorare lo spazio interplanetario con successo. In questa immagine, le operazioni di preparazione al decollo. Crediti: Nasa/Jet Propulsion Laboratory
L’OCCHIO DI METIS
Per rispondere a queste domande, nel 2020 l’Agenzia Spaziale Europea, con la collaborazione della Nasa, ha lanciato la sonda Solar Orbiter. La sua traiettoria è particolare: si avvicina molto al Sole e già a partire da quest’anno si sta progressivamente inclinando rispetto al piano dell’eclittica per osservare anche i poli della nostra stella, regioni ancora misteriose.
Tra i suoi strumenti c’è Metis, un coronografo ideato, costruito e gestito da un consorzio con una forte partecipazione italiana (Asi, Inaf, partner industriali, università). Un coronografo è un telescopio che in pratica produce al suo interno un’eclisse artificiale: oscura il disco solare con un occultatore e consente di osservare la luce più debole della corona. Rispetto ad altri coronografi, Metis è speciale perché lavora contemporaneamente nella luce visibile e nell’ultravioletto, producendo con cadenze elevatissime immagini ad alta risoluzione, arrivando a ottenere fino a un’immagine al secondo. È un po’ come avere la possibilità di guardare al rallentatore e con una lente d’ingrandimento gli eventi più rapidi e spettacolari dell’atmosfera solare.
Solar Orbiter è anche una missione internazionale di grande respiro: coinvolge decine di istituti di ricerca e università in Europa e negli Stati Uniti. L’Italia ha un ruolo di primo piano, avendo guidato la realizzazione di Metis: ne gestisce le operazioni e ne pianifica le osservazioni. Questo significa che i dati raccolti sono non solo un patrimonio globale, ma anche un successo della nostra comunità scientifica.
L’EVENTO DEL 12 OTTOBRE 2022
Il 12 ottobre 2022, durante un passaggio ravvicinato, Metis ha catturato un fenomeno eccezionale. Tutto è iniziato con l’eruzione di una protuberanza vicina al polo nord solare, una nube di plasma che si estendeva per decine di migliaia di chilometri sopra il bordo solare, trattenuta da arcate magnetiche. All’improvviso la struttura è collassata, liberando energia e producendo un getto simile a una piccola espulsione di massa coronale.
Fin qui nulla di sorprendente: eventi simili sono comuni nella corona. Ma le ore successive hanno regalato una novità assoluta. Nelle immagini di Metis sono comparsi sottili filamenti di plasma disposti a spirale, che si propagavano verso l’esterno fino a tre raggi solari di distanza, cioè oltre due milioni di chilometri. Ancora più sorprendente, questo moto elicoidale è durato più di tre ore, molto più a lungo delle tipiche eruzioni coronali.
Per avere un termine di paragone, tre raggi solari equivalgono a più di duecento volte il diametro della Terra: la spirale osservata era dunque una struttura colossale, che si estendeva nello spazio con un ordine geometrico inatteso. Vederla svilupparsi e persistere per ore è stato come osservare dal vivo la firma di un processo fisico teorizzato da tempo ma mai documentato su scala così vasta.
Immagine in luce visibile ottenuta dal coronografo Metis durante il passaggio al perielio della sonda Solar Orbiter. Il riquadro giallo ritrae la struttura elicoidale oggetto dello studio. Crediti: Metis ed Eui (Solar Orbiter/Esa), Inaf/V. Andretta
UNA DANZA INVISIBILE
Per capire cosa è stato osservato dal punto di vista fisico bisogna introdurre il concetto di riconnessione magnetica, ovvero il meccanismo con cui linee di campo magnetico di orientamento opposto si spezzano e si ricombinano. È un processo capace di accelerare particelle, generare onde e lanciare plasma nello spazio.
Nel caso osservato da Metis, linee di campo chiuse, che intrappolavano la protuberanza, si sono riconnesse con linee aperte dirette verso l’esterno. Così hanno trasferito al plasma non solo energia ma anche torsione: da ciò la spirale osservata. È un fenomeno noto come riconnessione per scambio, già ipotizzato in teoria e nelle simulazioni numeriche ma mai visto così chiaramente su larga scala. Un aspetto affascinante è che la riconnessione magnetica non è un processo esclusivo del Sole: la troviamo in molte situazioni astrofisiche, dalle magnetosfere planetarie alle regioni di formazione stellare. Studiare questi eventi nella nostra stella significa quindi avere una chiave per interpretare fenomeni simili in tutto l’universo.
DAL COMPUTER AL CIELO
Proprio le simulazioni numeriche hanno giocato un ruolo importante. Modelli magnetoidrodinamici ad alta risoluzione avevano previsto che, in seguito a riconnessioni di questo tipo, si sarebbero formati vortici di plasma e onde di tipo Alfvén. Confrontando le immagini reali di Metis con quelle sintetiche prodotte dai modelli, la somiglianza è risultata impressionante: le stesse eliche, la stessa evoluzione temporale, la stessa propagazione verso l’esterno. Si è trattato di una conferma preziosa, capace di collegare per la prima volta teoria e osservazione.
Questo dialogo tra simulazioni e osservazioni è la vera forza della ricerca moderna: i modelli numerici permettono di esplorare scenari impossibili da riprodurre in laboratorio, mentre gli strumenti spaziali forniscono i dati che li validano. È un circolo virtuoso in cui teoria e realtà si rincorrono, affinando di volta in volta la nostra comprensione dei processi fisici.
IMPLICAZIONI SULLA TERRA
Potrebbe sembrare un dettaglio lontano dalle nostre vite quotidiane, e invece ha implicazioni dirette. Il vento solare interagisce con la magnetosfera terrestre, comprimendola e innescando tempeste geomagnetiche che possono disturbare satelliti artificiali, reti elettriche e sistemi di comunicazione. Capire l’origine del vento e le sue caratteristiche è essenziale per migliorare le previsioni di space weather, un campo sempre più strategico in una società che dipende da tecnologie vulnerabili alle condizioni del campo magnetico terrestre. Negli ultimi decenni e col progredire della dipendenza da infrastrutture spaziali, questa vulnerabilità è sempre più evidente.
Non va dimenticato che fenomeni di questo tipo possono avere anche conseguenze economiche e sociali. Nel 1989, per esempio, una tempesta geomagnetica provocò un blackout di nove ore in Québec, lasciando milioni di persone senza elettricità. Oggi, con la dipendenza crescente da satelliti per comunicazioni, navigazione e osservazione della Terra, comprendere e prevedere il comportamento del Sole è una necessità sempre più urgente.
L’evento del 12 ottobre è stato un banco di prova perfetto: ha mostrato che i grandi vortici osservati da Metis sono probabilmente la versione “macro” di processi che avvengono continuamente su piccola scala. Milioni di minuscoli getti e microvortici, invisibili ai nostri strumenti, alimentano ogni giorno il vento solare, mantenendolo costante.
DOMANDE APERTE
Il lavoro pubblicato su The Astrophysical Journal “Metis Observations of Alfvénic Outflows Driven by Interchange Reconnection in a Pseudostreamer” non chiude la questione: la apre. Abbiamo visto come nasce un flusso elicoidale, ma restano molte domande. Quanti se ne verificano? Quanto contribuiscono al vento totale? E come si collegano agli switchbacks osservati nel vento solare?
La sinergia tra Solar Orbiter e Parker Solar Probe sarà cruciale: una guarda da lontano, l’altra misura sul posto. Insieme ci permetteranno di collegare cause ed effetti, dal Sole alla Terra.
In prospettiva, anche le prossime missioni spaziali avranno un ruolo fondamentale. Strumenti sempre più sofisticati ci permetteranno di osservare la corona solare con maggiore risoluzione e di seguire l’evoluzione dei campi magnetici quasi in tempo reale. È una sfida tecnologica e scientifica, ma anche culturale: conoscere il Sole significa conoscere la nostra stella madre, quella da cui dipende la vita sul pianeta.
UN LABORATORIO NATURALE
Ma non è solo per ragioni pratiche che vale la pena studiare il Sole: in fondo, il Sole è il più grande laboratorio naturale a nostra disposizione. Studiare i suoi vortici magnetici non significa solo capire meglio la nostra stella ma anche acquisire strumenti per leggere fenomeni analoghi in altre stelle e persino in galassie lontane. Ogni nuova scoperta ci ricorda che la fisica che governa il cosmo è la stessa che agisce a pochi minuti luce da noi.
Il messaggio finale è che quello che fin dall’origine dell’umanità è apparso come un disco tranquillo, affidabile e prevedibile, continua a rivelarsi un universo di dinamiche complesse, intrecci e torsioni invisibili che danno vita al vento che ci accompagna ogni giorno, silenzioso ma incessante, nel nostro viaggio intorno al Sole. I vortici elicoidali scoperti da Metis ci dicono che il Sole parla un linguaggio fatto di magnetismo e plasma, lo stesso che caratterizza l’universo intero. E imparare a decifrarlo è uno dei compiti più affascinanti dell’astrofisica contemporanea.