La sonda Parker tocca il Sole e riscrive la fisica: svelato il mistero della corona solare

Se c’è una cosa che l’osservazione pragmatica della realtà ci insegna costantemente, è che i modelli teorici perfetti e rassicuranti raramente sopravvivono all’impatto con i dati empirici. A quanto pare, l’astrofisica non fa eccezione a questa regola aurea. Per decenni gli scienziati si sono affidati a costrutti matematici ideali per spiegare le dinamiche della nostra stella, , ma la realtà si è rivelata molto più complessa e affascinante.

Oggi, grazie ai dati ravvicinati forniti dalla sonda Parker Solar Probe della NASA, un mistero secolare riguardante il Sole è stato finalmente decifrato. Le misurazioni senza precedenti effettuate dalla navicella stanno permettendo ai ricercatori di comprendere come il vento solare acquisisca energia e acceleri nello spazio, migliorando radicalmente le nostre previsioni meteorologiche spaziali e la nostra comprensione del plasma stellare. Tutto questo è stato pubblicato scientificamente in un paper su Geophysical Research Letters.

Il paradosso termico della corona solare

Il Sole non ha una superficie solida, , ma è essenzialmente un’immensa sfera ribollente di plasma, composta da gas di idrogeno caldo e ionizzato. Al centro risiede il nucleo, dove la fusione nucleare genera l’energia che si irradia verso l’esterno. Procedendo verso la superficie visibile, la cosiddetta fotosfera, la temperatura del plasma crolla drasticamente, passando da circa 15 milioni di gradi Celsius a “soli” 5.500 gradi Celsius.

Struttura del sole Encyclopedia Britannica

Fin qui, tutto segue una logica termodinamica intuitiva. Il mistero emergeva nel passaggio successivo: nella corona, ovvero l’alone di plasma più esterno e tenue del Sole, la temperatura schizza in modo del tutto controintuitivo a oltre un milione di gradi.

Questo riscaldamento improvviso è guidato da complesse interazioni tra particelle cariche e campi magnetici intensi che si torcono e si spezzano. Fino ad oggi, i dettagli esatti di questo processo sfuggivano agli eliofisici, costretti ad affidarsi a simulazioni al computer basate su assunzioni estremamente semplificate sulla distribuzione spaziale delle particelle cariche.

L’esperimento: la realtà batte la teoria

Lanciata nel 2018, la sonda Parker ha seguito una traiettoria complessa, arrivando a sfiorare la nostra stella in una serie di passaggi ravvicinati culminati nel dicembre 2024. Avvicinandosi a meno di 6 milioni di chilometri dalla superficie solare, la sonda ha letteralmente “toccato” il Sole, raccogliendo dati grezzi sul campo.

Il team di ricerca guidato da Kristopher Klein, professore associato presso l’Università dell’Arizona, ha deciso di abbandonare i vecchi modelli teorici. I fisici usavano abitualmente modelli analitici standardizzati (le cosiddette distribuzioni bi-Maxwelliane) per descrivere il comportamento del vento solare. Modelli eleganti sulla carta, , ma incapaci di spiegare il riscaldamento anomalo.

Per ovviare al problema, i ricercatori hanno sviluppato un innovativo strumento numerico chiamato ALPS (Arbitrary Linear Plasma Solver). Invece di forzare i dati misurati in forme idealizzate, ALPS analizza le distribuzioni effettive e asimmetriche delle particelle rilevate dallo strumento SPANi a bordo della sonda Parker.

La soluzione del mistero: lo smorzamento rallentato

L’analisi dei dati reali ha rivelato dinamiche sorprendenti nel comportamento delle onde di plasma, come le onde cinetiche di Alfvén (KAW) e le onde ciclotroniche protoniche (PCW). Si è scoperto che il plasma caldo del vento solare raramente si trova in uno stato di equilibrio termico.

Nel momento in cui il vento solare si sgancia dall’attrazione solare per fluire nello spazio, le particelle iniziano a raffreddarsi, , ma lo fanno a un ritmo immensamente più lento rispetto a quanto previsto dalla semplice espansione dei gas. Questo fenomeno è guidato da un meccanismo di “smorzamento” (damping) alterato dalle strutture irregolari del plasma.

Ecco le differenze fondamentali emerse dall’esperimento:

Le strutture asimmetriche della velocità delle particelle permettono alle onde di propagarsi molto più a lungo prima di smorzarsi, oppure cambiano drasticamente il modo in cui l’energia viene distribuita tra i vari gruppi di particelle cariche. In certi casi, i tassi di crescita o di smorzamento delle onde variano fino a un fattore di tre rispetto alle vecchie previsioni. Questo calore trattenuto e trasportato dalle onde spiega finalmente l’anomala temperatura della corona.

Perché è importante

Comprendere questo smorzamento non è un mero esercizio accademico. Le eruzioni solari generano espulsioni di massa coronale cariche di particelle ad alta energia. Quando queste tempeste colpiscono il campo magnetico terrestre, possono mettere fuori uso satelliti, interrompere i segnali radio e aumentare l’esposizione alle radiazioni per i voli aerei sulle rotte polari.

Conoscere esattamente come il vento solare viene riscaldato e accelerato ci permette di costruire modelli predittivi concreti, capaci di anticipare la meteorologia spaziale a tutela della nostra infrastruttura tecnologica. Prevedere un Eventiìo di Miyake potrebbe fare la differenza fra il salvare la nostra civiltà tecnologica o tornare a un livello precedende al’uso dell’elettricità.  Inoltre, i principi scoperti grazie ad ALPS potranno essere applicati per comprendere la dissipazione dell’energia in altri ambienti estremi dell’universo, dai gas interstellari ai dischi di accrescimento attorno ai buchi neri. Ancora una volta, la misurazione rigorosa del dato reale si è dimostrata infinitamente superiore al più elegante dei dogmi teorici.

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