Per la prima volta nella storia, un’astronave ha toccato il Sole. La sonda solare Parker della NASA ha ora volato attraverso l’atmosfera superiore del Sole – la corona – e lì ha campionato particelle e campi magnetici. 

Il nuovo traguardo segna un passo importante per Parker Solar Probe e un passo da gigante per la scienza solare. Proprio come l’atterraggio sulla Luna ha permesso agli scienziati di capire come si è formata, toccare la stessa sostanza di cui è fatto il Sole aiuterà gli scienziati a scoprire informazioni critiche sulla nostra stella più vicina e sulla sua influenza sul sistema solare. 

“Il Parker Solar Probe “toccare il sole” è un momento monumentale per la scienza solare e un’impresa davvero notevole”, ha affermato Thomas Zurbuchen, amministratore associato della direzione della missione scientifica presso la sede della NASA a Washington. “Non solo questa pietra miliare ci fornisce informazioni più approfondite sull’evoluzione del nostro Sole e sui suoi impatti sul nostro sistema solare, ma tutto ciò che apprendiamo sulla nostra stella ci insegna anche di più sulle stelle nel resto dell’universo”.

Mentre gira più vicino alla superficie solare, Parker sta facendo nuove scoperte che altri veicoli spaziali erano troppo lontani per vedere, compreso dall’interno del vento solare, il flusso di particelle dal Sole che può influenzarci sulla Terra. Nel 2019, Parker ha scoperto che le strutture magnetiche a zig-zag nel vento solare, chiamate tornanti, sono abbondanti vicino al Sole. Ma come e dove si formano è rimasto un mistero. Da allora, dimezzando la distanza dal Sole, Parker Solar Probe è ora passato abbastanza vicino da identificare un luogo da cui hanno origine: la superficie solare.

Il primo passaggio attraverso la corona – e la promessa di ulteriori sorvoli in arrivo – continuerà a fornire dati su fenomeni impossibili da studiare da lontano.

“Volando così vicino al Sole, Parker Solar Probe ora rileva condizioni nello strato dominato magneticamente dell’atmosfera solare – la corona – che non abbiamo mai potuto prima”, ha affermato Nour Raouafi, scienziato del progetto Parker presso il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory di Alloro, Maryland. “Vediamo prove di essere nella corona nei dati del campo magnetico, nei dati del vento solare e visivamente nelle immagini. Possiamo effettivamente vedere l’astronave volare attraverso strutture coronali che possono essere osservate durante un’eclissi solare totale”.

Più vicino che mai 

Parker Solar Probe è stato lanciato nel 2018 per esplorare i misteri del Sole viaggiando più vicino ad esso rispetto a qualsiasi altra navicella spaziale. Tre anni dopo il lancio e decenni dopo il primo concepimento, Parker è finalmente arrivato.

A differenza della Terra, il Sole non ha una superficie solida. Ma ha un’atmosfera surriscaldata, fatta di materiale solare legato al Sole dalla gravità e dalle forze magnetiche. Quando il calore e la pressione in aumento spingono quel materiale lontano dal Sole, raggiunge un punto in cui la gravità e i campi magnetici sono troppo deboli per contenerlo.

Quel punto, noto come superficie critica di Alfvén, segna la fine dell’atmosfera solare e l’inizio del vento solare. Il materiale solare con l’energia per attraversare quel confine diventa il vento solare, che trascina con sé il campo magnetico del Sole mentre corre attraverso il sistema solare, verso la Terra e oltre. È importante sottolineare che, oltre la superficie critica di Alfvén, il vento solare si muove così velocemente che le onde all’interno del vento non possono mai viaggiare abbastanza velocemente da tornare al Sole, interrompendo la loro connessione. 

Fino ad ora, i ricercatori non erano sicuri di dove si trovasse esattamente la superficie critica di Alfvén. Sulla base di immagini remote della corona, le stime l’avevano collocata tra 10 e 20 raggi solari dalla superficie del Sole, da 4,3 a 8,6 milioni di miglia. La traiettoria a spirale di Parker lo porta lentamente più vicino al Sole e durante gli ultimi passaggi, il veicolo spaziale è stato costantemente al di sotto dei 20 raggi solari (91 percento della distanza della Terra dal Sole), mettendolo in grado di attraversare il confine – se le stime fossero corretta.

Il 28 aprile 2021, durante il suo ottavo sorvolo del Sole, Parker Solar Probe ha incontrato le condizioni magnetiche e particellari specifiche a 18,8 raggi solari (circa 8,1 milioni di miglia) sopra la superficie solare che hanno detto agli scienziati di aver attraversato la superficie critica di Alfvén per il prima volta e infine è entrato nell’atmosfera solare.

“Ci aspettavamo che, prima o poi, avremmo incontrato la corona per almeno un breve periodo di tempo”, ha affermato Justin Kasper, autore principale di un nuovo articolo sulla pietra miliare pubblicato su Physical Review Letters e vice chief technology officer presso BWX Technologies, Inc. e professore dell’Università del Michigan. “Ma è molto eccitante che l’abbiamo già raggiunto”.

Nell’occhio del ciclone 

Durante il sorvolo, Parker Solar Probe è entrata e uscita dalla corona diverse volte. Ciò è dimostrato da ciò che alcuni avevano previsto: che la superficie critica di Alfvén non ha la forma di una palla liscia. Piuttosto, ha punte e valli che increspano la superficie. Scoprire dove queste sporgenze si allineano con l’attività solare proveniente dalla superficie può aiutare gli scienziati a capire come gli eventi sul Sole influenzano l’atmosfera e il vento solare.

Ad un certo punto, quando Parker Solar Probe è sceso a poco meno di 15 raggi solari (circa 6,5 ​​milioni di miglia) dalla superficie del Sole, ha attraversato una caratteristica della corona chiamata pseudostreamer. Gli pseudostreamer sono strutture massicce che si elevano sopra la superficie del Sole e possono essere viste dalla Terra durante le eclissi solari.

Passare attraverso lo pseudostreamer era come volare nell’occhio di un ciclone. All’interno dello pseudostreamer, le condizioni si sono calmate, le particelle hanno rallentato e il numero di tornanti è diminuito: un cambiamento drammatico rispetto all’intensa raffica di particelle che l’astronave di solito incontra nel vento solare. 

Per la prima volta, la navicella spaziale si è trovata in una regione in cui i campi magnetici erano abbastanza forti da dominare il movimento delle particelle. Queste condizioni erano la prova definitiva che la navicella spaziale aveva superato la superficie critica di Alfvén ed era entrata nell’atmosfera solare dove i campi magnetici modellano il movimento di ogni cosa nella regione.

Il primo passaggio attraverso la corona, durato solo poche ore, è uno dei tanti previsti per la missione. Parker continuerà ad avvicinarsi a spirale verso il Sole, arrivando alla fine fino a 8,86 raggi solari (3,83 milioni di miglia) dalla superficie. I prossimi sorvoli, il prossimo dei quali avverrà nel gennaio 2022, probabilmente porteranno di nuovo Parker Solar Probe attraverso la corona.

“Sono entusiasta di vedere cosa trova Parker mentre passa ripetutamente attraverso la corona negli anni a venire”, ha affermato Nicola Fox, direttore della divisione per la divisione di eliofisica presso la sede della NASA. “L’opportunità di nuove scoperte è illimitata.”

La dimensione della corona è anche determinata dall’attività solare. Con l’ aumento del ciclo di attività di 11 anni del Sole, il ciclo solare , il bordo esterno della corona si espanderà, dando a Parker Solar Probe una maggiore possibilità di rimanere all’interno della corona per periodi di tempo più lunghi.

“È una regione davvero importante in cui entrare perché pensiamo che tutti i tipi di fisica possano potenzialmente attivarsi”, ha detto Kasper. “E ora stiamo entrando in quella regione e speriamo di iniziare a vedere alcuni di questi fisici e comportamenti”.  

Studiare il vento solare

Anche prima dei primi viaggi attraverso la corona, stava già emergendo una fisica sorprendente. In recenti incontri solari, Parker Solar Probe ha raccolto dati che individuano l’origine delle strutture a forma di zig-zag nel vento solare, chiamate tornanti. I dati hanno mostrato che un punto in cui hanno origine i tornanti si trova sulla superficie visibile del Sole: la fotosfera. 

Quando raggiunge la Terra, a 93 milioni di miglia di distanza, il vento solare è un implacabile vento contrario di particelle e campi magnetici. Ma mentre sfugge al Sole, il vento solare è strutturato e irregolare. A metà degli anni ’90, la missione Ulysses della NASA-Agenzia spaziale europea ha sorvolato i poli del Sole e ha scoperto una manciata di bizzarre pieghe a forma di S nelle linee del campo magnetico del vento solare, che deviavano le particelle cariche su un percorso a zig-zag mentre scappavano il Sole. Per decenni, gli scienziati hanno pensato che questi occasionali tornanti fossero stranezze confinate alle regioni polari del Sole.  

Nel 2019, a 34 raggi solari dal Sole, Parker ha scoperto che i tornanti non erano rari, ma comuni nel vento solare . Questo rinnovato interesse per le funzionalità e ha sollevato nuove domande: da dove venivano? Sono stati forgiati sulla superficie del Sole o modellati da qualche processo che attorciglia i campi magnetici nell’atmosfera solare?

Le nuove scoperte, in corso di stampa presso l’Astrophysical Journal, confermano finalmente che un punto di origine è vicino alla superficie solare. 

Gli indizi sono arrivati ​​mentre Parker orbitava più vicino al Sole durante il suo sesto sorvolo, a meno di 25 raggi solari. I dati hanno mostrato che i tornanti si verificano a chiazze e hanno una percentuale maggiore di elio – noto per provenire dalla fotosfera – rispetto ad altri elementi. Le origini dei tornanti si sono ulteriormente ristrette quando gli scienziati hanno trovato i cerotti allineati con imbuti magnetici che emergono dalla fotosfera tra le strutture delle cellule di convezione chiamate supergranuli .

Oltre ad essere il luogo di nascita dei tornanti, gli scienziati pensano che gli imbuti magnetici potrebbero essere il luogo in cui ha origine un componente del vento solare. Il vento solare è disponibile in due diverse varietà, veloce e lento, e gli imbuti potrebbero essere il punto da cui provengono alcune particelle del vento solare veloce. 

“La struttura delle regioni con tornanti corrisponde a una piccola struttura a imbuto magnetico alla base della corona”, ha affermato Stuart Bale, professore all’Università della California, Berkeley, e autore principale del nuovo documento sui tornanti. “Questo è ciò che ci aspettiamo da alcune teorie e questo individua una fonte per il vento solare stesso”.

Capire dove e come emergono i componenti del vento solare veloce, e se sono collegati ai tornanti, potrebbe aiutare gli scienziati a rispondere a un mistero solare di vecchia data : come la corona viene riscaldata a milioni di gradi, molto più calda della superficie solare sottostante.

Mentre le nuove scoperte individuano dove vengono fatti i tornanti, gli scienziati non possono ancora confermare come si sono formati. Una teoria suggerisce che potrebbero essere creati da onde di plasma che rotolano attraverso la regione come le onde dell’oceano. Un altro sostiene che siano costituiti da un processo esplosivo noto come riconnessione magnetica, che si pensa avvenga ai confini in cui gli imbuti magnetici si uniscono.

“Il mio istinto è che, mentre andiamo più in profondità nella missione e ci avviciniamo sempre di più al Sole, impareremo di più su come gli imbuti magnetici sono collegati ai tornanti”, ha detto Bale. “E si spera che risolvano la domanda su quale processo li rende”.

Ora che i ricercatori sanno cosa cercare, i passaggi più ravvicinati di Parker potrebbero rivelare ancora più indizi sui tornanti e altri fenomeni solari. I dati a venire consentiranno agli scienziati di dare uno sguardo a una regione che è fondamentale per il surriscaldamento della corona e per spingere il vento solare a velocità supersoniche. Tali misurazioni dalla corona saranno fondamentali per comprendere e prevedere eventi meteorologici spaziali estremi che possono interrompere le telecomunicazioni e danneggiare i satelliti intorno alla Terra.

“È davvero entusiasmante vedere le nostre tecnologie avanzate riuscire a portare Parker Solar Probe più vicino al Sole di quanto non siamo mai stati, e essere in grado di restituire una scienza così straordinaria”, ha affermato Joseph Smith, dirigente del programma Parker presso la sede della NASA. “Non vediamo l’ora di vedere cos’altro scoprirà la missione mentre si avventura ancora più vicino nei prossimi anni”.

Parker Solar Probe fa parte del programma Living with a Star della NASA per esplorare gli aspetti del sistema Sole-Terra che influenzano direttamente la vita e la società. Il programma Living with a Star è gestito dal Goddard Space Flight Center dell’agenzia a Greenbelt, nel Maryland, per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. Il laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University di Laurel, nel Maryland, gestisce la missione Parker Solar Probe per la NASA e ha progettato, costruito e gestito il veicolo spaziale.

*Fonte: Nasa