Se hai apprezzato la spettacolare aurora boreale di quest’estate, devi ringraziare la corona del Sole. La corona è lo strato esterno del Sole ed è la fonte della maggior parte delle condizioni meteorologiche spaziali, incluse le aurore. L’aurora boreale è uno spettacolo luminoso benigno, ma non tutte le condizioni meteorologiche spaziali producono display innocui; alcune possono risultare pericolose e distruttive.
Nel tentativo di comprendere il meteo spaziale e la corona solare, la National Science Foundation ha puntato il telescopio solare più potente al mondo, il Daniel K. Inouye Solar Telescope, verso la corona per mappare i suoi campi magnetici.

Il meteo spaziale influisce sulla magnetosfera, sull’ionosfera, sulla termosfera e sull’esosfera della Terra. Comprende eruzioni solari, espulsioni di massa coronale (CME) e vento solare. Le eruzioni solari sono forti esplosioni di energia elettromagnetica in grado di danneggiare i satelliti e interrompere le comunicazioni radio, frequentemente associate alle macchie solari. Le CME sono espulsioni di plasma dalla corona che si scontrano con la magnetosfera, causando tempeste geomagnetiche e aurore e, se sufficientemente potenti, disturbano le reti elettriche. Il vento solare è un flusso costante di particelle cariche che si dirige dalla corona solare e provoca aurore. Poiché il vento solare non si interrompe mai, può anche modificare l’orbita dei satelliti.
La corona solare è composta di plasma e, sebbene sia piuttosto debole, è molto calda.
Questa immagine mostra gli strati del Sole con colori falsi per maggiore chiarezza. Le prominenze solari sono precursori delle CME, anche se non tutte le prominenze sfuggono alla corona per diventare CME. Credito immagine: By Kelvinsong – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23371669
Gli scienziati conoscono il grande ruolo che la corona solare ha nelle condizioni meteorologiche spaziali, ma non comprendono come i campi magnetici del Sole lo influenzino. Tuttavia, il Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) ha mappato con successo il campo magnetico della corona per la prima volta. Comprendere il campo magnetico è fondamentale per comprendere e prevedere il meteo spaziale.
I risultati sono presentati in un nuovo articolo intitolato “Mapping the Sun’s coronal magnetic field using the Zeeman effect.” Pubblicato nella rivista Science Advances, il principale autore è Thomas Schad, un astronomo associato presso l’Osservatorio Solare Nazionale, l’organizzazione che gestisce il DKIST.
“Questa scoperta promette di migliorare significativamente la nostra comprensione dell’atmosfera solare e della sua influenza sul nostro sistema solare.”
Thomas Schad ha lavorato con il DKIST per diversi anni. In un articolo del 2023, Schad e i suoi coautori hanno spiegato che “La possibilità di misurare i campi magnetici coronalici tramite la polarizzazione circolare indotta dall’effetto Zeeman è stata un obiettivo generazionale per comprendere l’atmosfera esterna del Sole.”
Il telescopio solare Daniel K. Inouye della National Science Foundation (NSF) è un telescopio solare di quattro metri situato sull’isola di Maui, Hawai’i. È il telescopio solare più grande del mondo. Credito immagine: National Solar Observatory.
Per fare ciò, il DKIST si basa su uno dei suoi strumenti principali, il Cryogenic Near-Infrared Spectropolarimeter (cryo-NIRSP). Il Cryo-NIRSP è particolarmente adatto per osservazioni polarimetriche della corona solare. Nel 2023, Schad e i suoi coautori hanno spiegato che “Uno degli obiettivi principali del Cryo-NIRSP è misurare in modo routinario e sensibile le intensità, velocità, densità e campi magnetici coronali con una risoluzione temporale, spaziale e polarimetrica senza precedenti.”
L’effetto Zeeman consente al DKIST di misurare i campi osservando la divisione delle linee spettrali. Le linee spettrali sono simili a “impronte digitali” e derivano dall’assorbimento o dall’emissione di luce da parte di atomi o molecole specifici. In presenza di un campo magnetico statico, le linee spettrali si dividono. La divisione fornisce ai ricercatori informazioni sulle proprietà magnetiche del Sole.

Gli astronomi hanno tentato di studiare l’effetto Zeeman e la divisione delle linee spettrali in passato, ma le osservazioni mancavano di dettaglio e regolarità. Il DKIST ha cambiato questa situazione.
Il problema nell’osservare la corona del Sole è la sua debolezza rispetto al resto del Sole. La corona è circa un milione di volte più debole del disco solare, e la corona era visibile solo durante un’eclissi solare. Il DKIST utilizza la coronografia per creare eclissi artificiali, portando la corona in vista. Questo consente al telescopio di vedere i segnali polarizzati estremamente deboli, che sono un sorprendente miliardo di volte più deboli del disco.
“Il successo del Inouye nella mappatura dei campi magnetici coronali del Sole è una testimonianza del design innovativo e delle capacità di questo osservatorio all’avanguardia”, ha affermato Schad. “Questa scoperta promette di migliorare significativamente la nostra comprensione dell’atmosfera solare e della sua influenza sul nostro sistema solare.”
Questa figura illustra alcuni dei risultati della ricerca. Il pannello superiore è un’immagine composita dell’Solar Dynamics Observatory e della sua Atmospheric Imaging Assembly, mentre il pannello inferiore proviene dal DKIST. Le linee nere tratteggiate mostrano i raggi solari. Insieme, le immagini mostrano che l’ampiezza della polarizzazione aumenta all’interno delle strutture coronale dense sopra la superficie della corona. ?B sta per Bohr magneton, un modo per esprimere la forza di un campo magnetico in unità. DN/s sta per Data Numbers per secondo, un modo per misurare i cambiamenti nell’attività solare nel tempo. Credito immagine: Schad et al. 2024.
Le Espulsioni di Massa Coronalica rappresentano il tipo più pericoloso di meteo spaziale. La magnetosfera terrestre ha un effetto protettivo, ma le CME possono colpirla e sopraffarla, creando una tempesta geomagnetica. La tempesta geomagnetica più potente di cui abbiamo conoscenza è il Carrington Event del 1859. All’epoca, il telegrafo negli USA era nuovo, e la tempesta disabilitò alcune delle sue parti. Causò anche incendi e ferì alcune persone.
Nella nostra era moderna dei satelliti, una tempesta così potente potrebbe essere devastante. Se riusciamo a prevederle, possiamo rinforzare i nostri satelliti e le reti elettriche e minimizzare gli effetti. Comprendendo come funzionano i campi magnetici coronali del Sole, gli scienziati sperano di prevedere quando una potente CME si avvicina a noi.
“Proprio come le mappe dettagliate della superficie e dell’atmosfera terrestre hanno consentito previsioni meteorologiche più accurate, questa mappa straordinariamente completa dei campi magnetici nella corona solare ci aiuterà a prevedere meglio le tempeste solari e le condizioni meteorologiche spaziali,” ha detto la dottoressa Carrie Black, direttore del programma NSF per l’NSO. “Le forze invisibili ma fenomenalmente potenti catturate in questa mappa porteranno la fisica solare nel prossimo secolo e oltre.”
Le linee sovrapposte in questa figura della ricerca mostrano la direzione della polarizzazione lineare nella corona del Sole. La scala a destra mostra la percentuale delle ampiezze polarizzate delle linee magnetiche. Credito immagine: Schad et al. 2024.
“Ricostruire la distribuzione 3D del plasma coronale e le sue tensioni magneticè rimane essenziale per comprendere l’energia coronale,” spiegano gli autori della ricerca. “Queste prime mappe riportate dell’effetto Zeeman coronale, rese possibili dal DKIST, rivelano l’enorme quantità di informazioni che i diagnostici polarimetrici forniscono per la corona solare, in particolare per il suo motore principale: il campo magnetico.”
Questi risultati vanno oltre il Sole e il meteo spaziale locale. Questa conoscenza dettagliata contribuirà a costruire la nostra comprensione delle stelle in generale.
“Mappare la forza del campo magnetico nella corona è un’importante scoperta scientifica, non solo per la ricerca solare, ma per l’astronomia in generale,” ha affermato il direttore dell’NSO Christoph Keller. “Questo è l’inizio di una nuova era in cui comprenderemo come i campi magnetici delle stelle influenzano i pianeti, qui nel nostro sistema solare e nei migliaia di sistemi esoplanetari di cui ora siamo a conoscenza.”