Cosa c’è di sbagliato nel Sole?

Posted on giugno 23, 2010

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Le macchie solari vanno e vengono, ma recentemente per lo più se ne sono andate. Per secoli, gli astronomi hanno registrato l´emergere di queste macchie scure sulla superficie solare, solo per vederle scomparire nuovamente dopo pochi giorni, settimane o mesi.
Ma negli ultimi due anni, le macchie solari sono state in parte mancanti. La loro assenza, la più prolungata da quasi cento anni, ha preso gli osservatori del Sole di sorpresa. “Questo è un comportamento solare che non abbiamo visto a memoria d’uomo”, dice David Hathaway, fisico della NASA.
Il sole è sotto controllo come mai prima grazie a una flotta di telescopi spaziali. I risultati ci hanno fatto vedere un Sole piú da vicino sotto una nuova “luce” cosí come la sua influenza sulla Terra. Le macchie solari e altri indizi indicano che l’attività magnetica del sole è in diminuzione e che il sole può anche essere in una fase di profondo declino. 
Insieme ai risultati, questi indizi ci dicono che qualcosa di profondo sta accadendo all’interno del sole. La grande domanda è cosa?
“La posta in gioco non è mai stata così alta. I gruppi di macchie solari preavvisano le gigantesche tempeste solari che possono scatenare un miliardo di volte più energia di una bomba atomica. I timori sono che queste eruzioni solari giganti potrebbero creare il caos sulla Terra, e anche le controversie sul ruolo del sole nel cambiamento climatico, ci indicano l´urgenza di nuovi studi. Quando la NASA e l’Agenzia spaziale europea hanno lanciato il SOHO quasi 15 anni fa, la comprensione del ciclo solare non era uno dei suoi obiettivi scientifici”, afferma Bernhard Fleck, scienziato della missione. “Ora è una delle questioni chiave”.
Il Sole si ta comportando male.
Le macchie solari sono le finestre dell’anima magnetica del sole. Qualsiasi modifica del numero delle macchie solari riflettono i cambiamenti all’interno del sole. “Durante questa transizione, il sole ci dà un assaggio vero e proprio del suo interno” dice Hathaway.
Ecco un bel video del Sole:
Quando il numero di macchie solari cade alla fine di ogni ciclo di 11 anni, le tempeste solari si spengono e tutto diventa molto più calmo. Questo “minimo solare” non dura a lungo. Entro sei mesi o un anno al massimo, le macchie e le tempeste iniziano un crescendo verso il nuovo prossimo massimo solare.
C’è di speciale in questo ultimo cambiamento di ciclo il fatto che il sole sta avendo problemi con l’avvio del ciclo. Il sole ha cominciato a calmarsi a fine 2007, così nessuno si aspettava molte macchie solari nel 2008. Ma i modelli di computer avevano previsto che quando le macchie sarebbero ricomparse lo avrebbero fatto con grande forza. Hathaway pensava che il ciclo solare 24 sarebbe stato “pazzesco”: più macchie solari, piú tempeste solari e più energia nello spazio. Altri avevano predetto che sarebbe stato il ciclo record come attivitá.
Il problema é stato che nessuno ha detto al Sole di queste previsioni secondo cui il ciclo 24 avrebbe dovuto avere un record della sua attivitá.
Il primo segno che la previsione era sbagliata è venuto quando anche il 2008 si è rivelato più tranquillo del previsto. Quell’anno, il sole é stato senza macchie per 73% del tempo, un calo estremo anche per un minimo solare. Solo il minimo del 1913 è stata più pronunciato, con l’85% senza macchie. Ma a differenza del 1914 quando é ricominciata la normale attivitá, il 2009 é arrivato e i fisici si aspettavano la ripresa del Sole. E invece l´attivitá ha continuato a languire fino a metà dicembre 2009, quando un grande gruppo di macchie solari é finalmente emerso. Finalmente si sono detti in molti é ripartito.  
Un ritorno alla normalità? Non proprio.
Anche con il ciclo solare “ripartito” il numero di macchie solari è stato finora ben al di sotto delle aspettative.
Qualcosa sembra essere cambiato all’interno del sole, qualcosa che i modelli non hanno anticipato. Ma che cosa?
L’alluvione di osservazioni dallo spazio e i telescopi terrestri suggeriscono che la risposta sta nel comportamento dei due nastri trasportatori all´interno del Sole che permettono al magnetismo di “uscire” verso la superficie. In media ci vogliono 40 anni per i nastri trasportatori per completare un circuito.
Quando il team di Hathaway guardò le osservazioni per scoprire dove i loro modelli erano sbagliati, hanno notato che i flussi di gas verso la superficie del Sole sono stati accelerati dal 2004.
La circolazione in profondità del sole racconta una storia diversa. Rachel Howe e Frank Hill National Solar Observatory di Tucson, in Arizona, hanno utilizzato le osservazioni dei disturbi di superficie, causati dall´equivalente delle onde sismiche nel Sole, e hanno dedotto le condizioni interne del Sole. Analizzando i dati a partire dal 2009, hanno trovato che mentre i flussi di superficie avevano accelerato, quelli interni avevano rallentato andando a “passo d’uomo”.
Questi risultati hanno gettato i modelli computerizzati dell´andamento del sole nel caos. “E ‘certamente impegnativo per le nostre teorie”, spiega Hathaway, “ma la cosa si faceva bella e interessante”.
Non è solo la nostra comprensione del sole che si trova a beneficiare di questo lavoro. Anche la misura in cui l’evoluzione dell´attività del sole può influenzare il nostro clima è estremamente preoccupante e molto controversa. Ci sono coloro che cercano di dimostrare che la variabilità solare è la causa principale dei cambiamenti climatici, un’idea che avrebbe lasciato gli esseri umani e il loro gas ad effetto serra fuori dai guai. Altri sono ugualmente evangelici nella loro affermazioni che il sole ha solo un minuscolo ruolo nel cambiamento climatico.
Se questa controversia potrebbe essere risolta da un esperimento, la strategia ovvia sarebbe quella di vedere che cosa succede quando si spegne una delle cause potenziali dei cambiamenti climatici e lasciare l’altro da solo. Il crollo esteso dell´attività solare di questi ultimi due anni potrebbe essere proprio il giusto tipo di prova, nel senso che ha modificato notevolmente la quantità di radiazione solare che bombarda il nostro pianeta. “Come esperimento naturale, questa è la migliore cosa che poteva accadere”, dice Joanna Haigh, un climatologo presso l’Imperial College di Londra. “Ora dobbiamo vedere come reagisce la Terra”.
Mike Lockwood presso l’Università di Reading, Regno Unito, potrebbe già aver individuato una risposta – “l’inverno insolitamente freddo europeo del 2009/10″. Ha studiato un registro di dati che risalgono al 1650 , e ha rilevato che freddi inverni europei sono molto più probabili durante i periodi di bassa attività solare (New Scientist, 17 aprile, p 6) . Questo si inserisce in un quadro emergente di attività solare dando luogo a un piccolo cambiamento del clima globale complessivo, ma con grandi effetti a livello regionale.
Un altro esempio è il minimo di Maunder, il periodo 1645-1715 durante il quale le macchie solari praticamente scomparvero e l’attività solare crollò. Se una simile di inattività solare sta per iniziare con questo ciclo 24 e proseguire fino al 2100, potrebbe mitigare qualsiasi aumento di temperatura da riscaldamento globale di 0,3 ° C in media , secondo i calcoli da Georg Feulner e Stefan Rahmstorf del Potsdam Institute for Climate Impact Research in Germania. Tuttavia, qualcosa amplificò l’impatto dei minimo di Maunder nel nord Europa, inaugurando un periodo noto come Piccola Età Glaciale, quando gli inverni furono mediamente più freddi e la temperatura media in Europa cadde tra l1 e 2 ° C.
Un impulso corrispondente sembra essere associato con picchi in uscita solare. Nel 2008, Judith Lean del Naval Research Laboratory di Washington DC ha pubblicato uno studio che mostra che l’alta attività solare causa uno sproporzionato riscaldamento sul nord Europa ( Geophysical Research Letters, vol 35, p L18701 ).

Allora perché l’attività solare hanno questi effetti? I modellisti possono già essere sulla strada per dare una risposta. Dal 2003, gli strumenti spaziali misurano l’intensità della irradiazione del sole a varie lunghezze d’onda e alla ricerca di correlazioni con l’attività solare. I risultati indicano che la emissione nel sole della luce ultravioletta è molto variabile molto, molto di più di quanto ci aspettavamo, dice Lockwood.
La luce ultravioletta è fortemente legata all’attività solare: i brillamenti solari sono nell’ultravioletto, e aiutano a portare l’energia esplosiva dei flare lontano nello spazio. Questo potrebbe essere particolarmente significativo per il clima della Terra dato che la luce ultravioletta viene assorbita dallo strato di ozono nella stratosfera.
Più luce ultravioletta raggiunge la stratosfera e più di ozono si forma. E più di ozono nella stratosfera fa assorbire più luce ultravioletta. Così in tempi di accresciuta attività solare, la stratosfera si riscalda e questo influenza i venti in quello strato. “L’ingresso di calore nella stratosfera è molto più variabile di quanto pensassimo”, dice Lockwood.
Concludendo, il riscaldamento della stratosfera potrebbe essere l’effetto accentuato sentito in Europa delle variazioni di attività solare. Già nel 1996, Haigh ha mostrato che la temperatura della stratosfera influenza il passaggio della corrente a getto, il vento d’alta quota che passa da ovest a est per tutta Europa.
Lockwood nel suo più recente studio mostra che quando l’attività solare è bassa, la corrente a getto si rompe in giganteschi meandri che bloccano i caldi venti occidentali che non raggiungono l’Europa, permettendo ai venti artici dalla Siberia di dominare il meteo dell’Europa.

La lezione per la ricerca sul clima è evidente. “Ci sono così tante stazioni meteo in Europa che, se non stiamo attenti, questi effetti solari potrebbero influenzare la nostra media globale”, afferma Lockwood.In altre parole, la nostra comprensione dei cambiamenti climatici globali potrebbero essere falsati se non si tiene conto degli effetti del Sole sul clima europeo.

Proprio quando un mistero comincia a schiarirsi, un altro mistero arriva. Dal suo lancio di 15 anni fa, la sonda SOHO ha guardato due minimi solari, un ciclo solare, e parti di altri due cicli – quello che si è concluso nel 1996 e quello che c’ è adesso. Per tutto quel tempo il suo strumento VIRGO ha misuratol’irradianza solare totale (TSI), cioé l’energia emessa dal sole. Le sue misurazioni possono essere unite insieme con i risultati di precedenti missioni per fornire cosí un registro di 30 anni di produzione di energia del sole. Ciò dimostra che, durante l’ultimo minimo solare, la produzione di sole è stata dello 0,015 per cento inferiore a quella durante il minimo precedente. Potrebbe non sembrare molto, ma è un enorme risultato significativo.
Eravamo soliti pensare che la produzione di sole era incrollabile. Questa tesi ha cominciato a cambiare dopo il lancio nel 1980 della NASA del satellite Solar Maximum Mission. Le sue osservazioni mostrano che la quantità di energia che il sole emette varia di circa il 0,1% su un periodo di giorni o settimane nel corso di un ciclo solare.

Restringimento della stella
Nonostante questa variazione, la STI ha avuta lo stesso livello durante i 3 minimi precedenti mentre così non é successo nel corso di questo minimo allungato. Nonostante il calo osservato sia piccolo, il fatto che è successo è senza precedenti.  
“Questa è la prima volta che abbiamo misurato una tendenza a lungo termine nella irraianza solare totale”, spiega Claus Fröhlich del World Radiation Centre di Davos, in Svizzera, principale investigatore dello strumento VIRGO.

Se l’output dell’energia solare sta cambiando, allora la sua temperatura deve essere troppo fluttuante. Mentre i brillamenti solari riscaldano il gas in superficie, i cambiamenti nel nucleo del sole avrebbero un influsso più importante della temperatura, anche se i calcoli dimostrano che possono passare centinaia di migliaia di anni per vedere gli effetti nella superficie del Sole. Qualunque sia il meccanismo, la minore energia fa “gonfiare” il sole.
Già nel 17 ° secolo l´astronomo francese Jean Picard ha misurato il diametro del sole. Le sue osservazioni sono state effettuate durante il minimo di Maunder, ed ha ottenuto un risultato che mostra come il diametro del Sole fosse stato piú grande del diametro attuale. È stato semplicemente un errore da parte di Picard, o potrebbero realmente che il Sole si sia ridotto da allora?

“Ci sono state un sacco di discussioni animate, e il problema non è ancora risolto”, afferma Gérard Thuillier di Pierre e Marie Curie di Parigi, in Francia.

Osservazioni con telescopi terrestri non sono sufficientemente precisi per risolvere la questione, per l’effetto distorsivo dell´atmosfera terrestre. Così l’agenzia spaziale francese ha progettato una missione, giustamente intitolata Picard , per prendere lemisure precise del diametro del sole e cercare le sue modifiche.
Il lancio del satellite ancora non é avvenuto a causa del disaccordo politico tra Russia e Kazakhstan. Fino a quando la controversia non è risolta, il veicolo spaziale deve attendere. Ogni giorno di ritardo significa perdere dati importanti.

Molti astronomi pensano che il ciclo solare procederà, ma a livelli significativamente minori rispetto alla attività vista nel 19° secolo. Tuttavia, vi è anche la prova che il sole sta inesorabilmente perdendo la sua capacità di produrre macchie solari. Entro il 2015, potrebbero sparire del tutto, al che ci si tuffa in un nuovo minimo di Maunder e forse in una nuova Little Ice Age.

È fondamentale comprendere la mutevolezza del sole e il modo in cui influenza i vari modelli regionali di clima sulla Terra. Gli scienziati del clima saranno quindi in grado di correggere i loro modelli, non solo per interpretare le misurazioni moderne, ma anche quando si cerca di ricostruire il clima che risale a secoli. È solo in questo modo che si può raggiungere un consenso inattaccabile e vero su quanto il Sole influenza a Terra e il suo clima.

La previsione delle macchie solari
Anche se le macchie solari stannopian piano tornando dopo il minimo solare prolungato, i segni sono che non tutto va bene. Per decenni, William Livingston di National Solar Observatory di Tucson, in Arizona, ha misurato la forza dei campi magnetici della superficie del sole. L’anno scorso, lui e la collega di Matt Penn hanno sottolineato che la forza media dei campi magnetici delle macchie solari è diminuita drammaticamente dal 1995.
Se la tendenza continua, in soli cinque anni il campo magnetico non sará piú in grado di formare macchie solari.
Come è probabile che questo accada? Mike Lockwood presso l’Università di Reading, Regno Unito, ha guardato i dati storici cercando simili periodi di inattività solare in determinati isotopi nelle carote di ghiaccio e negli anelli degli alberi. Ha trovato 24 casi simile all´attuale nelle ultime migliaia di anni. In due di queste occasioni, le macchie solari erano del tutto scomparsa da decenni. Lockwood mette la possibilità che ciò accada di nuovo a soli 8%.
Nello studio si vede come per la maggior parte dei casi il sole ha continuato a produrre macchie anche se a livelli significativamente più depressi. Sembra che il filone d’oro delle macchie solari del secolo scorso è finito.

A cura di SAND-RIO

Fonte: http://daltonsminima.wordpress.com/

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