Scienziati Scoprono delle Nuove Strutture sul Sole

Nell'autunno del 2011, l'astrofisico solare Neil Sheeley, del Naval Research Laboratory, Washington, ha fatto quello che fa sempre: analizzava le immagini del Sole raccolte giornalmente dal Solar Dynamics Observatory, della NASA. Ma questo giorno particolare ha visto qualcosa che non aveva mai notato prima: una pattern di celle con dei centri luminosi e confini scuri, che avvenivano nella corona solare. Queste celle somigliavano al pattern che avviene a volte sulla superficie del Sole, e che somiglia alle bolle nell'acqua bollente, ma era sorprendete vedere questo pattern nell'atmosfera del Sole, nella Corona, che normalmente è dominata da buchi coronali e protuberanze di plasma.

Così Sheeley ha discusso le immagini con Harry Warren, suo collega del Naval Research Laboratory, e insieme sono partiti per imparare di più sulle celle. La loro ricerca includeva osservazioni da una flotta di navicella della NASA, chiamato insieme: Heliophsyics System Observatory, che ha fornito viste separate e da diverse angolazioni, dello stesso fenomeno. Hanno descritto le proprietà di queste strutture solari nuove che sono state battezzate "celle coronali", in una ricerca uscita il 20 Marzo 2012 sul "The Astrophysical Journal".

Le celle coronali avvengono nella aree tra i buchi della corona, cioè aree più fredde e meno dense della corona, viste come scure nelle immagini, ed i canali a filamento, che segnano i confini tra le varie sezioni di campi magnetici che puntano in alto e campi magnetici che puntano in basso. Riuscire a comprendere come queste celle evolvono può aiutarci a trovare indizi riguardo ai campi magnetici che cambiano vicino ai confini dei buchi coronali e come influiscono l'emissione di materiale solare che chiamiamo "vento solare".

"Pensiamo che le celle coronali siano simili a delle fiamme dirette verso di noi, come delle candele su una torta di compleanno." ha spiegato Sheeley. "Quando le vediamo di lato, sembrano fiamme, quando invece le vediamo da sopra sembrano delle celle. E abbiamo avuto un ottimo modo per dimostrare che questo è il caso perché abbiamo sonde che possono guardare al Sole sia da sopra che dai fianchi, nello stesso istante. Abbiamo dati dal Solar Dynamics Observatory, per il sopra, e dalle sonde STEREO A e STEREO B per i lati."

Quando le celle sono state scoperte, nell'autunno del 2011, l'SDO e le due sonde STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory), avevano tutte prospettive molto diverse del Sole. Così, man mano che proseguiva la rotazione solare lunga 27 giorni, le celle coronali venivano portate in giro sulla superficie del Sole, e sono apparse per la prima volta nei dati della sonda STEREO B, poi nei dati della SDO per poi finire nei dati della STEREO A e infine di nuovo nei dati STEREO B. Inoltre, quando uno degli osservatori osservava le celle dall'alto, un'altro le osservava dal lato.

I ricercatori hanno poi montato tutto e usato delle sequenze in time-lapse, dai vari satelliti, per tracciare il movimento delle celle intorno al Sole. Quando un'osservatorio guardava in giù su di loro, si vedeva chiaramente un pattern a celle, come quello inizialmente notato da Sheeley. Ma quando la stessa regione veniva vista obliquamente, si vedevano pennacchi. Messe insieme, queste immagini rivelano la natura 3D delle celle, come colonne di materiale solare che si estendono via dall'atmosfera del Sole, come giganteschi pilastri di gas.

Per avere un'idea migliore di come sono queste strutture, il team si è rivolto anche ad altri strumenti a bordo degli osservatori spaziali. Le immagini originali erano ottenute con lo strumento AIA (Atmospheric Imaging Assembly) a bordo del SDO, che scatta immagini convenzionali del Sole. Un'altro strumento a bordo del SDO è però il HMI (Helioseismic and Magnetic Imager) che ottiene mappe magnetiche del Sole. Gli scienziati hanno quindi sovrapposto le immagini convenzionali delle celle alle immagini del campo magnetico, ottenute dal HMI, per determinare la posizione delle celle coronali relativamente alle complesse reti di campi magnetici sulla superficie del Sole.

Prima di tutto, i fasci del campo magnetico sono tutti concentrati all'interno delle celle. Questa rappresenta una chiara distinzione tra le celle coronali ed un'altro ben conosciuto fenomeno chiamato della super-granulosità. La supergranulazione è una particolare struttura della superficie del Sole. Fu scoperta negli anni cinquanta da A.B. Hart attraverso misure dello spostamento Doppler che mostravano la presenza di flussi orizzontali sulla fotosfera. La supergranulazione appare anche come un pattern a forma di celle sulla superficie del Sole, ed i bordi ben delineati sono creati dal movimento laterale del materiale solare, nelle zone tra un buco coronale ed i canali a filamento nelle vicinanze. Le celle si formano in aree dominate da campi magnetici che puntano in una sola direzione, o su o giù. Inoltre, i campi del vicino buco coronale, sono "aperti", cioè si estendono nello spazio senza ritornare sul Sole. Dall'altra parte, le linee nelle celle creano come degli anelli sopra i canali a filamenti e si riconnettono, tornando sul Sole.

La natura di queste strutture magnetiche, aperte o chiuse, hanno portato ad un'altra grande scoperta scientifica. In alcuni filmati infatti, un grande anello di materiale solare, chiamato "filamento", ha eruttato dal canale a filamento adiacente. Le celle coronali, con le linee del campo magnetico chiuso, sono sparite e sono state sostituite da un grande e scuro buco coronale, e le sue linee aperte associate.

"A volte, le celle sparivano per sempre, e altre volte, riapparivano esattamente come prima" ha spiegato Sheeley. "Quindi questo significa che dobbiamo capire cosa soffia su queste candele della nostra torta, e cosa le sta riaccendendo. E' possibile che questa struttura coronale a celle è la stessa struttura che esiste anche dentro i buchi coronali, ma sono visibili per noi soltanto quando i campi magnetici sono chiusi e non sono più visibili quando i campi magnetici diventano aperti."

Sappiamo da diverso tempo che i pennacchi isolati avvengono ad intermittenza all'interno di buchi coronali quando regioni attive molto piccole esplodono li. Presumibilmente, queste eruzioni ci forniscono degli sguardi verso le strutture coronali discrete, simili alle strutture meglio visibili adiacenti ai buchi. Quando una porzione dei buchi si chiude, la struttura a candele si accende improvvisamente grazie all'apparizione delle celle.

Oltre ai dati dell'osservatorio SDO e delle sonde STEREO, il team ha usato anche dati storici da parte del SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), progetto congiunto tra NASA ed ESA, che ha fornito osservazioni continue dai tempi dell'ultimo momento di minima solare, nel 1996. Non hanno trovato alcune celle coronali nel 1996 o negli anni intorno al più recente periodo di minima, tra il 2008 ed il 2009, ma hanno trovato tante celle negli anni del periodo di massima, intorno al 2000. Il recente aumento nell'attività delle macchie solari, insieme alle migliori osservazioni da parte di STEREO ed SDO, potrebbe spiegare il motivo per cui le celle sono state scoperte solo nel 2011.

In base ai dati raccolti, gli scienziati hanno anche costruito immagini Doppler, cioè immagini che mostrano quanto velocemente e in che direzione si sposta il materiale solare rispetto all'osservatore, delle celle coronali, usando l'EIS (Extreme-Ultraviolet Imaging Spectrometer) a bordo della sonda spaziale Hinode, della JAXA (Giappone). Queste immagini hanno mostrato che i centri delle celle si muovono verso l'alto più velocemente rispetto ai confini. Questi ulteriori dati hanno permesso un'ancor migliore comprensione della loro formazione ed evoluzione.

"Una delle cose migliori del SDO è il modo in cui le osservazioni possono essere combinate con altri strumenti" ha spiegato Dean Pesnell, scienziato NASA, membro del team dietro l'SDO. "Combinando dati provenienti dal SDO, STEREO, SOHO e Hinode, ci ha permesso di vedere il cielo in modi che con uno strumento solo sarebbe impossibile svelare."

La scoperta delle celle coronali ha già aumentato molto la nostra conoscenza della struttura magnetica della corona solare. In futuroperò ulteriori studi dell'evoluzione delle celle coronali potrà permettere di migliorare ancor di più la nostra comprensione dei cambiamenti magnetici nelle zone di confine dei buchi coronali, e come influiscono sul vento solar e quindi anche sul meteo spaziale sulla Terra.

http://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/solar-plumes.html

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