A prima vista il Sole può sembrare una gigantesca sfera luminosa, apparentemente uniforme e immutabile. In realtà, la sua superficie è un ambiente estremamente dinamico, attraversato da movimenti continui di plasma, turbolenze e campi magnetici.
Ora gli scienziati sono riusciti a osservare un fenomeno che, fino a poco tempo fa, apparteneva soprattutto alla teoria.
Grazie alle immagini ottenute dal Daniel K. Inouye Solar Telescope, alle Hawaii, un gruppo internazionale di ricercatori ha identificato migliaia di minuscoli vortici che si muovono sulla superficie della nostra stella. Le strutture sono così piccole che per molto tempo sono rimaste fuori dalla portata degli strumenti astronomici.
La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, potrebbe aiutare a comprendere meglio alcuni dei processi più energetici del Sole e, soprattutto, uno dei grandi enigmi della fisica solare.
Una teoria nata nell’Ottocento
I vortici osservati non sono semplicemente piccole turbolenze casuali.
Le loro caratteristiche corrispondono a un fenomeno noto come instabilità di Kelvin-Helmholtz, descritto nel XIX secolo dai fisici Lord Kelvin e Hermann von Helmholtz.
Il fenomeno si verifica quando due fluidi o masse di gas scorrono uno accanto all’altro a velocità differenti. La differenza di velocità genera instabilità che possono trasformarsi in caratteristiche strutture a spirale.
È un processo che può essere osservato anche sulla Terra, per esempio nell’atmosfera, quando determinate condizioni producono vortici e onde tra strati d’aria che si muovono a velocità diverse.
Sul Sole, però, il fenomeno assume dimensioni e implicazioni completamente diverse.
Il telescopio che ha cambiato la prospettiva
A rendere possibile questa osservazione è stato soprattutto il livello di dettaglio raggiunto dal Daniel K. Inouye Solar Telescope, considerato il più potente telescopio solare operativo.
Le immagini ottenute permettono di distinguere strutture della superficie solare grandi appena alcune decine di chilometri.
Può sembrare una dimensione enorme rispetto agli oggetti terrestri, ma in rapporto al Sole è minuscola. La nostra stella ha infatti un diametro di circa 1,4 milioni di chilometri.
È proprio questa capacità di osservare fenomeni su scale così piccole ad aver permesso agli astronomi di vedere qualcosa che in precedenza rimaneva nascosto all’interno del movimento apparentemente caotico della superficie.
Le immagini mostrano numerosi vortici di plasma, spesso concentrati nelle vicinanze delle regioni caratterizzate da una maggiore attività magnetica.
Come sono stati riconosciuti
Vedere una struttura simile a un vortice non sarebbe stato sufficiente per dimostrare la presenza dell’instabilità prevista dalla teoria.
Per questo i ricercatori hanno confrontato le osservazioni del telescopio con simulazioni al computer della fotosfera, lo strato del Sole che possiamo osservare direttamente.
Il confronto ha mostrato una notevole corrispondenza tra ciò che i modelli prevedevano e ciò che appariva nelle immagini.
Anche la distanza media tra le strutture osservate risultava compatibile con quella prevista dalle simulazioni.
Questo ha fornito agli scienziati elementi importanti per concludere che non si trattava semplicemente di un’illusione ottica o di una configurazione casuale del plasma, ma della manifestazione della instabilità di Kelvin-Helmholtz sulla superficie solare.
Piccoli vortici, grandi conseguenze
La scoperta diventa ancora più interessante quando si guarda al ruolo che questi movimenti potrebbero avere nell’attività della nostra stella.
Il Sole possiede un campo magnetico estremamente complesso. Le sue linee magnetiche vengono continuamente deformate, intrecciate e riorganizzate dai movimenti del plasma.
Secondo i ricercatori, i vortici appena osservati potrebbero contribuire proprio a questo processo.
Il loro movimento potrebbe infatti torcere e mescolare le linee del campo magnetico, favorendo l’accumulo di energia che, in determinate condizioni, può essere liberata sotto forma di brillamenti solari o espulsioni di massa coronale.
Si tratta di fenomeni tutt’altro che innocui per il nostro pianeta.
Quando una grande quantità di particelle provenienti dal Sole raggiunge la Terra, può interferire con satelliti, sistemi di comunicazione, navigazione e infrastrutture elettriche.
Comprendere meglio ciò che avviene sulla superficie della nostra stella significa quindi anche migliorare la capacità di studiare e prevedere la cosiddetta meteorologia spaziale.
Il mistero della corona solare
C’è poi un’altra questione ancora più affascinante.
La corona solare, cioè l’atmosfera più esterna del Sole, raggiunge temperature di circa un milione di gradi Celsius, mentre la superficie visibile della stella è molto più “fredda”, con temperature dell’ordine di alcune migliaia di gradi.
Perché l’atmosfera esterna del Sole sia così incredibilmente calda è uno dei grandi problemi ancora aperti della fisica solare.
I vortici potrebbero rappresentare un altro tassello del puzzle.
Il loro movimento, infatti, potrebbe contribuire a trasferire energia attraverso l’atmosfera solare e partecipare ai processi che portano al riscaldamento della corona.
Non significa che il mistero sia stato definitivamente risolto: gli scienziati dovranno ancora determinare quanta energia venga effettivamente trasportata attraverso questo meccanismo e quale sia il suo peso rispetto agli altri processi fisici già conosciuti.
Un Sole sempre più dettagliato
La scoperta dimostra soprattutto quanto sia importante riuscire a osservare il Sole con una risoluzione sempre maggiore.
La nostra stella è relativamente vicina rispetto alle altre stelle dell’universo, ma resta un ambiente estremamente difficile da studiare. Molti fenomeni avvengono su scale spaziali e temporali troppo piccole per essere distinti dagli strumenti tradizionali.
Il nuovo telescopio sta aprendo una finestra su questa dimensione nascosta del Sole.
E il futuro potrebbe aggiungere un ulteriore elemento: l’intelligenza artificiale.
I ricercatori intendono utilizzare algoritmi e modelli computazionali per individuare automaticamente i vortici nelle nuove immagini, seguirne l’evoluzione e analizzarne il comportamento su grandi quantità di dati.
L’obiettivo è capire se queste strutture siano semplicemente una caratteristica curiosa della superficie solare oppure se rappresentino un ingranaggio fondamentale nella complessa macchina che alimenta l’attività della nostra stella.
Dopo circa 150 anni, una previsione formulata sulla Terra è stata finalmente osservata sul Sole. E quei minuscoli vortici, quasi invisibili nella vastità della stella, potrebbero contenere informazioni importanti per comprendere alcuni dei fenomeni più potenti dell’ambiente spaziale che circonda il nostro pianeta.