Di NSO – Alexei Pevtsov, Gordon Petrie, Luca Bertello, Evan Pascual – Giovedì 3 Agosto 2023

Mentre il Ciclo Solare 25 arriva ai suoi massimi, il GONG della NSF sta monitorando l’inversione del campo magnetico polare del Sole, che determinerà la forza del prossimo Ciclo Solare 26.

Una grafica semplificata che raffigura le linee del campo magnetico polare del Sole. In un processo complesso, il campo magnetico polare del Sole si inverte o si capovolge approssimativamente ogni 11 anni seguendo le progressioni del ciclo solare. Credito: NSF/AURA/NSO.

Il Sole sta per capovolgersi – magneticamente parlando, ovviamente.

Negli ultimi mesi, abbiamo assistito a un aumento degli eventi solari esplosivi da drammatici brillamenti di classe X a espulsioni di massa coronale (CME), a potenti tempeste geomagnetiche e un numero record di macchie solari a giugno. Il Sole può sembrare un inferno furioso per il grande pubblico, ma per gli scienziati solari, è business as usual.

Ci si aspettava un Sole attivo e questi eventi sono indicazioni che l’attuale ciclo solare 25 sta raggiungendo il suo picco di attività, noto come massimo solare. Il Sole segue tipicamente cicli di 11 anni conclusi da periodi di massima (alta attività) e minima (bassa attività). Quando questo ciclo raggiungerà il massimo, il Sole inizierà a “calmarsi” e diminuire l’attività mentre passa al minimo solare nel prossimo decennio. Una volta raggiunto, inizierà il Ciclo Solare 26.

Una linea temporale semplificata che raffigura l’inversione del campo magnetico polare in relazione ai cicli solari. La linea orizzontale rappresenta la polarità del campo magnetico polare con rosso (+) e blu (-). Due cicli solari, N e N+1, mostrano il massimo come picco nella loro curva e il minimo come il punto più basso. L’inversione del campo polare non segna la fine di un ciclo solare, ma piuttosto la transizione dal massimo al minimo.

Il Sole è occupato, ma uno degli sviluppi eccitanti è l’inversione dei suoi poli magnetici. Come la Terra, il Sole ha due poli magnetici, uno positivo e uno negativo. Questi poli cambiano polarità, o si capovolgono magneticamente, ma a differenza dei poli terrestri che si invertono all’incirca ogni 300.000 anni, i poli solari si capovolgono circa ogni 11 anni!

L’inversione del campo polare del Sole è il principale evento caratteristico che segnala la fine del periodo massimo di un ciclo solare e inaugura la transizione al minimo. Dopo l’inversione, il campo polare appena stabilito determinerà la forza del prossimo ciclo solare. Mentre l’inversione del campo polare non avviene in una drammatica dimostrazione di potenza di fuoco, è un enorme cambiamento globale con molte conseguenze. Ad esempio, questo è l’unico caso in cui attività come eruzioni di filamenti e CME – note per avere un impatto negativo sulle reti di alimentazione e comunicazione della Terra – possono verificarsi a qualsiasi latitudine sul Sole, compresi i suoi poli.

L’inversione del campo polare è strettamente correlata all’attività delle macchie solari. Queste immagini delle macchie solari sono state scattate dal telescopio solare Daniel K. Inoue della NSF, mostrando una macchia solare potenzialmente alla fine del suo ciclo di vita (a sinistra) e un gruppo di macchie solari che interagiscono (a destra). Credito: NSF/AURA/NSO

L’inversione avviene quando i campi magnetici polari del Sole vengono indeboliti e sostituiti con un nuovo campo della polarità opposta (ad esempio passando da positivo a negativo). L’inversione è guidata dalle macchie solari, le strutture magneticamente complesse che creano regioni attive dove hanno origine i brillamenti e altri eventi solari. Quando le macchie solari emergono dall’interno del Sole in coppie polari opposte, i flussi di plasma riorganizzano i loro campi magnetici, allungando, indebolendo ed enfatizzando le polarità delle loro polarità. Questi campi di macchie solari indeboliti sono trasportati dai flussi di plasma verso i poli. Il campo appena arrivato tende ad avere polarità magnetica opposta al campo polare esistente, e quando le polarità opposte entrano in contatto si distruggono a vicenda. Questo processo arriva al culmine del ciclo solare, quando abbastanza campi di polarità opposta arrivano ai poli, distruggendo il campo polare e sostituendolo con un nuovo campo polare della polarità magnetica opposta.

Una mappa inversa del campo polare utilizzando una vista dall’alto verso il basso del polo sud del Sole. Ogni figura rappresenta un periodo di osservazione: (a) gennaio-febbraio 2004 (b) gennaio-febbraio 2013 e (c) gennaio 2017. Il blu rappresenta la polarità negativa e il rosso come polarità positiva. Nel 2004, la polarità del campo magnetico del polo sud era negativa, circondata da un flusso magnetico per lo più positivo. Nel 2013, il campo magnetico negativo del polo era quasi scomparso. Entro il 2017, il polo è stato ricostruito con un campo magnetico positivo. Crediti: Pevtsov, A.A., Bertello, L., Nagovitsyn, Yu.A., Tlatov, A.G., Pipin, V.V.: 2021, “Long-term studies of photospheric magnetic fields on the Sun (A review article)”, J. Space Weather and Space Climate, 11, id. 4, 22pp, doi: 10.1051/swsc/2020069.

Mentre le inversioni del campo polare variano in velocità nei tempi, generalmente ci vogliono uno o due per completare il ciclo, ma varia. Il campo polare nord del ciclo solare 24 ha impiegato quasi cinque anni per invertirsi!

Sulla Terra, gli effetti dell’inversione del campo polare sono raramente avvertiti, ma la comunità solare sta prestando molta attenzione. L’orientamento dei campi magnetici nelle ECM può essere influenzato dai campi magnetici su larga scala. Quindi, avere campi di polarità negativi (meridionali) al polo nord del Sole e polarità positiva (nord) al polo sud creerebbe una topologia magnetica opposta al campo magnetico terrestre. Durante questo periodo, in media, le CME avranno un impatto leggermente maggiore sulla Terra rispetto al periodo in cui i campi polari hanno polarità opposte. Pertanto, ci si dovrebbe aspettare che dopo l’inversione e la ricostruzione del campo magnetico polare, in media, le tempeste geomagnetiche sarebbero più forti rispetto alla fase declinante del ciclo 24 e alla fase crescente del ciclo 25.

L’NSO gestisce i sei telescopi solari terrestri dell’NSF che costituiscono la suite GONG di telescopi solari terrestri. Le stazioni GONG sono posizionate strategicamente in tutto il mondo per mantenere una sorveglianza quasi ventiquattro ore su ventiquattro del Sole visibile e hanno documentato oltre 20 anni di dati solari. Osservare i progressi della migrazione polare del Sole è una delle sue molte responsabilità.

I campi polari del Sole sono difficili da misurare dalla Terra, dato che i poli si inclinano verso di noi a soli 7 gradi, al massimo. Possiamo vedere solo un polo alla volta, ma il suo campo magnetico si estende a circa 30 gradi da ciascun polo, portandolo alla vista di GONG. GONG utilizza la sua capacità di effettuare misurazioni continue del Sole per studiare la progressione delle inversioni del campo polare. Ciò fornisce un’importante capacità predittiva: un campo polare più forte potrebbe prefigurare un ciclo solare più grande e più potente con più macchie solari, brillamenti e altre attività solari. Quindi, fornendoci un’idea di cosa aspettarci durante il prossimo ciclo solare.

Grafico tempo-latitudine (noto anche come “diagramma a farfalla”) del campo magnetico radiale medio derivato dai magnetogrammi NSO/GONG (2006-oggi). Il grafico cattura il declino finale e il minimo del ciclo 23, tutto il ciclo 24 e l’inizio del ciclo 25. Le macchie solari appaiono a latitudini più elevate all’inizio di ogni ciclo rispetto alla fine, formando modelli come coppie di ali di farfalla a basse latitudini tra +/- 30 gradi. Il movimento dei campi magnetici delle macchie solari decadute verso i poli si presenta come pennacchi colorati obliqui tra circa +/- 30 e +/- 60 gradi di latitudine. I campi polari, le strutture unipolari verso i poli di circa +/- 60 gradi, rispondono a questi pennacchi e cambiano polarità poco dopo il massimo di ogni ciclo quando arriva la maggior parte del campo. Aggiornato da Petrie (2023), Solar Physics, Volume 298, Numero 3, articolo id.43

GONG utilizza osservazioni dirette dei campi magnetici per capire quando il campo polare si sta invertendo. Un’altra indicazione è la posizione dei filamenti della corona polare (una struttura “fibrosa” costituita da linee di plasma e campo magnetico che si trovano nelle latitudini superiori del Sole), che GONG ha recentemente rilevato nell’immagine qui sotto.

GONG ha catturato un filamento di corona polare cerchiato in bianco il 2 agosto 2023. La presenza di queste strutture alle alte latitudini vicino ai poli del Sole è un’indicazione dell’inversione del campo polare. Gli scienziati di NSO ritengono che l’inversione si stia avvicinando, potenzialmente entro meno di un anno da oggi. Credito: NSF/AURA/NSO

Mentre i poli solari “si capovolgono”, state tranquilli, non c’è bisogno per noi di capovolgerci. Questo è un processo naturale su larga scala che è accaduto durante la vita del Sole. Un’inversione del campo polare indicherebbe un ciclo solare sano e che le cose continueranno come in passato, mentre la mancanza di un’inversione indicherebbe potenziali importanti cambiamenti nel ciclo solare. Mentre anticipiamo l’inversione del campo polare, possiamo aspettarci di vedere un numero maggiore di brillamenti di classe X, CME più grandi e tempeste geomagnetiche più forti – rimanete sintonizzati per il prossimo aggiornamento!

Fonte : NSO