Se cucini su una stufa a gas, il cibo si riscalda più velocemente quando è più vicino alla fiamma. Ma in apparente sfida alla termodinamica, ciò non funziona quando parli del sole. Mentre la superficie solare è di circa 10.000 gradi Fahrenheit, l'atmosfera può colpire ben 9 milioni di gradi nella sua estensione esterna, chiamata corona, e gli scienziati hanno chiesto: "Che succede?" per decenni.
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Ora una squadra dell'École Polytechnique in Francia pensa di avere almeno una parte della risposta. Usando nuovi modelli di computer, affermano che la fonte finale del calore bruciante della corona è una "foresta di mangrovie" di magnetismo che si trova proprio sotto la superficie che vediamo, chiamata fotosfera.
"Tutti sanno che l'energia viene dal basso e sappiamo che è molta energia", afferma il leader dello studio Tahar Amari. La domanda è stata: cosa crea quell'energia e come viaggia dalla superficie alla corona. È qui che interviene il nuovo modello, descritto questa settimana in Nature .
Il sole è fatto principalmente di plasma, gas caldo fatto di atomi a cui sono stati strappati gli elettroni, creando una carica. Quando quel tipo di gas sta ruotando, si comporta come un generatore elettrico o una dinamo. Nel nuovo modello, il plasma del sole crea queste dinamo mentre bolle e si agita. Le dinamo a loro volta generano campi magnetici, che possono immagazzinare energia. Tutto ciò accade nelle prime 900 miglia del sole, una piccola frazione del suo raggio di 432.000 miglia. Le dinamo non durano a lungo, in media circa otto minuti, ma è sufficiente che a volte possano alimentare strutture più grandi.
Quando i campi magnetici risultanti si torcono, si girano e si incrociano, possono liberare la loro energia in un fenomeno chiamato riconnessione. Metti due o più campi uno accanto all'altro e i poli di quei campi provano a creare nuove linee di campo magnetico con i loro vicini più vicini, riordinando le forme dei campi nel processo. L'energia in eccesso viene quindi espulsa come calore, onde elettromagnetiche o energia cinetica e che a sua volta viene pompata nella cromosfera, lo strato che si estende per circa 1.200 miglia dalla fotosfera a una regione che passa alla corona.
Secondo il modello, la discarica di energia alimenta le eruzioni del plasma nella cromosfera, che rendono le onde affini alle onde sonore che si muovono nell'aria. Queste sono chiamate onde di Alfvén, dal fisico Hannes Alfvén, che per primo propose la loro esistenza negli anni '40. L'energia delle onde Alfvén viene dissipata nella corona, che quindi diventa abbastanza calda da raggiungere i milioni di gradi che osserviamo.
Un modello del complesso campo magnetico che spuntano dalla superficie del sole evidenzia la somiglianza con le radici e i rami degli alberi di mangrovie. (Tahar Amari / Centre de physique théorique.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari paragona l'intero sistema a una foresta di mangrovie. In fondo ci sono le radici, che si uniscono per formare i tronchi degli alberi. La cima degli alberi è dove l'energia si deposita. Ha notato che per ottenere il tipo di riscaldamento coronale che vediamo, sono necessari circa 4.500 Watt per metro quadrato dalla superficie, ed è quello che produce il suo modello.
Per ora, il lavoro è solo una simulazione al computer, e non c'è ancora un modo diretto per osservare cosa sta succedendo, dice Amari. Tuttavia, le osservazioni indirette esistenti sul sole rendono plausibile il suo modello. Ad esempio, la temperatura coronale non sembra variare molto con il ciclo delle macchie solari di 11 anni. "Le macchie solari sono sensibili al ciclo, questo campo magnetico no", afferma Amari. Le macchie solari sono disturbi magnetici radicati più profondamente nel sole, quindi se i due fenomeni non sono collegati, ciò sosterrebbe il modello di Amari di un driver relativamente superficiale per il riscaldamento coronale.
Un altro fattore è la scoperta di tornado solari, che dimostrano che alcuni fenomeni possono trasportare energia dalla superficie alla cromosfera e alla corona, rafforzando il modello. Inoltre, le osservazioni della superficie solare mostrano che le linee spettrali di alcuni elementi sono divise in due o più componenti, cosa che accade se esiste un forte campo magnetico locale come quello descritto dal modello.
L'anno scorso Jeff Brosius, fisico solare presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, ha proposto che i piccoli razzi chiamati nanoflares fossero responsabili del riscaldamento coronale. Le nanoflares sono causate da enormi campi magnetici che attraversano la corona. Le linee del campo magnetico a volte si incrociano, creando fogli correnti che rilasciano energia sotto forma di calore.
Mentre le due versioni differiscono per le loro specifiche, non sono necessariamente contraddittorie. "Il meccanismo delle nanoflares è una domanda aperta", afferma Jim Klimchuk, un astrofisico ricercatore di Goddard che non era coinvolto in nessuno studio. "Potrebbe comportare la riconnessione di campi magnetici nella corona (lo stesso processo che crea le mini eruzioni di Amari sotto la superficie solare e che li fa depositare la maggior parte della loro energia nella cromosfera), oppure potrebbe implicare la dissipazione delle onde che sono lanciato nella corona dal basso. Sono sicuro che stanno accadendo entrambe le cose. È solo una questione di proporzioni. "
Secondo Klimchuk, il nuovo modello è un passo importante per comprendere questo irritante mistero solare. "Per quanto ne so, [le dinamo che producono eruzioni nella cromosfera] non sono state osservate in altre simulazioni, quindi sarà importante elaborare i dettagli di questo comportamento e verificarne la correttezza", afferma. "Il problema del riscaldamento cromosferico e coronale non è risolto, ma questi risultati possono fornire importanti indizi sul percorso da seguire."
NOTA DELL'EDITORE: Questo articolo è stato aggiornato per chiarire che le dinamo sono state viste in precedenza nei modelli solari.
