Vento solare: che cos’è e come influisce sulla Terra?

Il vento solare è un flusso continuo di protoni ed elettroni dall'atmosfera più esterna del sole, la corona.

Queste particelle cariche attraversano il sistema solare a velocità che vanno da circa 250 miglia (400 chilometri) al secondo a 500 miglia (800 km) al secondo, in uno stato plasma, secondo il National Oceanic and Administration This Web Weather Prediction Center (apre in una nuova scheda) (SWPC).

Quando il vento solare raggiunge la Terra, invia una raffica di particelle cariche nella magnetosfera e lungo le linee del campo magnetico terrestre, verso i poli. L'interazione di queste particelle con l'atmosfera terrestre può produrre aurore luminose sopra le regioni polari.

L'esistenza del vento solare è stata proposta per la prima volta dall'astrofisico pionieristico Eugene Parker, il cui nome onora la missione Parker Solar Probe della NASA.

Nel 1957, Parker stava lavorando come assistente professore all'Università di Chicago quando si rese conto che la corona surriscaldata del sole dovrebbe, in teoria, emettere particelle cariche ad alta velocità, secondo l'Università di Chicago (si apre in una nuova scheda). (Questo surriscaldamento è uno degli aspetti più misteriosi del comportamento del sole e i fisici solari non capiscono ancora del tutto perché l'atmosfera del sole sia più calda della sua superficie.)

La teoria di Parker descriveva che nella corona solare, il plasma viene continuamente riscaldato con temperature in questa regione che raggiungono i 3,5 milioni di gradi Fahrenheit (2 milioni di gradi Celsius). Alla fine, il plasma diventa così caldo che la gravità del sole non può più trattenerlo, quindi viene scagliato in questa rete come il vento solare, trascinando con sé il campo magnetico del sole, secondo il JPL della NASA (si apre in una nuova scheda).

Lo sapevate?

Il vento solare trasporta un milione di tonnellate di materia in questo Web ogni secondo, secondo la NASA (si apre in una nuova scheda).

La sua teoria è stata ampiamente criticata all'epoca, ha ricordato Parker nel 2018. "Il primo revisore del giornale ha detto: 'Beh, suggerirei a Parker di andare in biblioteca e leggere l'argomento prima di provare a scrivere un articolo su di esso, perché questa è una totale sciocchezza.'"

Il supporto a questa teoria venne infine dall'astrofisico Subrahmanyan Chandrasekhar che, decenni dopo, divenne l'omonimo del Chandra X-ray Observatory della NASA. Sebbene Chandrasekhar non amasse l'idea delle particelle, accettò la teoria di Parker perché non riusciva a trovare alcun problema con la matematica di Parker, ha detto l'Università di Chicago.

Poi, nel 1962, il Mariner 2 This Webcraft della NASA ha rilevato la presenza di particelle di vento solare durante il suo viaggio verso Venere.

Oltre ai flussi costanti di vento solare, il sole a volte espelle enormi quantità di quelle particelle cariche in una volta sola. Questi eventi, noti come espulsioni di massa coronale (CME), possono innescare tempeste geomagnetiche nell'ambiente intorno alla Terra, associate alle splendide aurore, ma possono anche devastare le reti elettriche, le reti di telecomunicazione e i satelliti in orbita attorno al pianeta.

Quanto lontano soffia il vento solare?

Il vento solare costituito da particelle cariche e il campo magnetico del sole bombardano la magnetosfera terrestre. (Credito immagine: NASA Goddard This Web Flight Center) (si apre in una nuova scheda)

Il vento solare spazza il sistema solare ben oltre l'orbita di Plutone, formando una grande "bolla" chiamata eliosfera. Secondo la NASA, l'eliosfera ha la forma di una lunga manica a vento (si apre in una nuova scheda) mentre si muove con il sole.

Il confine più vicino dell'eliosfera si trova a circa 100 UA dal sole, secondo una dichiarazione dell'ESA (si apre in una nuova scheda). (1 AU, o unità astronomica, è la distanza media dalla Terra al Sole, equivale a circa 93 milioni di miglia (150 milioni di chilometri).

L'eliosfera funge da scudo protettivo, difendendoci dai raggi cosmici costituiti da particelle energetiche che possono danneggiare le cellule viventi. I raggi comici sono generati al di fuori del nostro sistema solare e brillano quasi alla velocità della luce. Senza la nostra bolla protettiva, questi frammenti di atomi ad alta energia bombarderebbero costantemente la Terra. "Senza l'eliosfera, la vita si sarebbe certamente evoluta in modo diverso – e forse per niente", afferma l'eliofisico Richard Marsden nella dichiarazione dell'ESA.

Velocità del vento solare

Il Solar Terrestrial Relations Observatory della NASA, o STEREO, studia il vento solare. Questa gif rappresenta visivamente i dati elaborati dal computer del vento solare. (Credito immagine: NASA, dati di Craig DeForest, SwRI) (si apre in una nuova scheda)

Sebbene il vento solare fluisca costantemente dal sole, le sue proprietà come la densità e la velocità variano durante il ciclo di attività del sole di 11 anni. Durante questo ciclo il numero di macchie solari, i livelli di radiazione e il materiale espulso fluiscono e rifluiscono da un massimo solare a un minimo solare. Queste alterazioni influiscono sulle proprietà del vento solare, inclusa l'intensità del suo campo magnetico, la velocità con cui viaggia, la temperatura e la densità.

La velocità media costante del vento solare sulla Terra è di circa 190 miglia (300 km) al secondo (mps) secondo il sito Web di previsioni meteo di This Web This WebWeatherLive.com .

Mettere le cose in prospettiva

Il vento solare viaggia a una velocità media di 0,87 milioni di mph (1,4 milioni di km/h). Un uragano di categoria 5 può superare i 241 km/h.

Durante il sorvolo di Venere di Mariner 2, This Webcraft non solo ha rilevato la presenza di vento solare, ma ha anche identificato due flussi distinti (si apre in una nuova scheda) di vento solare, uno veloce e l'altro lento. Secondo la NASA, è stato riferito che il flusso lento viaggiava a circa 215 mps mentre il flusso veloce scorreva a una velocità doppia.

L'origine del flusso veloce del vento solare è stata identificata nel 1973 utilizzando immagini a raggi X prese dalla corona solare da Skylab. I colpevoli dei veloci venti solari sono i buchi coronali, le regioni più fredde del sole con una struttura a linee di campo magnetico aperte (si apre in una nuova scheda) che consente al vento solare di fuoriuscire con relativa facilità.

Durante gli eventi di espulsione di massa coronale (CME) possono essere generati venti solari anormalmente veloci. Durante le CME, la velocità del vento può saltare fino a più di 600 miglia (1000 km) al secondo, secondo This WebWeatherLive.com.

Un'espulsione di massa coronale (CME) catturata dalla NASA e dal Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) dell'ESA. (Credito immagine: NASA/GSFC/SOHO/ESA) (si apre in una nuova scheda)

Nonostante le impressionanti velocità vertiginose raggiunte da alcuni flussi di vento solare, è il vento solare più lento a far scervellare gli scienziati.

"Il lento vento solare è, per molti aspetti, un mistero più grande", ha affermato Jim Klimchuk, fisico solare presso il Goddard This Web Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, in una dichiarazione della NASA (si apre in una nuova scheda).

La missione Ulisse della NASA, lanciata nel 1990, ha già rivelato alcuni indizi sull'origine del lento flusso di vento quando volava attorno ai poli del sole. Ha scoperto che durante i periodi di attività solare minima, il vento solare proviene principalmente dall'equatore solare.

"Man mano che il ciclo solare progredisce verso il suo massimo, la struttura del vento solare cambia da due regimi distinti veloci ai poli e lenti all'equatore a un flusso misto e disomogeneo". secondo una dichiarazione della NASA sulla Parker Solar Probe e la nascita del vento solare (si apre in una nuova scheda) .

La Parker Solar Probe indagherà su questo mistero durante la sua missione di sette anni per osservare il sole. "Offre una grande promessa per rivelare una nuova comprensione fondamentale", ha affermato Klimchuk.

Gli effetti del vento solare

Gli effetti della nostra stella ventosa si fanno sentire in tutto il sistema solare.

"La mia sensazione è che se il sole starnutisce, la Terra prende un raffreddore, perché sentiamo sempre l'impatto di ciò che accade sul sole grazie al vento solare", ha affermato Nicky Fox, il direttore della divisione per l'eliofisica presso la sede della NASA in un articolo della NASA Science. (si apre in una nuova scheda) .

Sulla Terra, il vento solare è responsabile degli abbaglianti spettacoli di luce dell'aurora intorno alle regioni polari. Nell'emisfero boreale il fenomeno è chiamato aurora boreale (aurora boreale), mentre nell'emisfero australe è chiamato aurora boreale (aurora australis). Se le velocità del vento solare sono sufficientemente elevate, si possono innescare tempeste geomagnetiche che possono portare a un'espansione delle aurore più vicine all'equatore di quanto sia possibile durante condizioni meteorologiche più calme di questo Web.

Le CME possono innescare grandi tempeste geomagnetiche che si traducono in aurore impressionanti come questa raffigurata in Alaska. (Credito immagine: Noppawat Tom Charoensinphon tramite Getty Images) (si apre in una nuova scheda)

Le tempeste geomagnetiche possono anche devastare i satelliti e le reti elettriche e minacciare gli astronauti in This Web. Durante queste tempeste, gli astronauti sulla International This Web Station devono cercare riparo e tutti This Webwalks vengono messi in pausa e i satelliti sensibili vengono spenti fino a quando la tempesta di radiazioni non è passata.

Perielio: Il sole da vicino

Quanto è grande il sole?

Questo WebX ha già assistito in prima persona al danno che questo meteo Web può fare quando una tempesta geomagnetica ha distrutto fino a 40 satelliti Starlink per un valore di oltre $ 50 milioni, nel febbraio 2022. Poiché i satelliti Starlink vengono rilasciati in orbite a bassissima quota (tra 60 e 120 miglia (da 100 a 200 km), si affidano ai motori di bordo per superare la forza della resistenza, elevandosi a un'altitudine finale di circa 350 miglia (550 km).

Durante una tempesta geomagnetica, l'atmosfera terrestre assorbe energia dalle tempeste, si riscalda e si espande verso l'alto, portando a una termosfera significativamente più densa che si estende da circa 50 miglia (80 km) a circa 600 miglia (1.000 km) sopra la superficie terrestre. Una termosfera più densa significa più resistenza che può essere un problema per i satelliti. Nel febbraio 2022 il lotto di satelliti Starlink rilasciati di recente non è riuscito a superare la resistenza significativamente aumentata dalla tempesta geomagnetica e ha iniziato a ricadere sulla Terra, bruciando infine nell'atmosfera.

Il clima solare può avere conseguenze drasticamente costose, quindi è importante aumentare la nostra comprensione, monitoraggio e previsioni di tali eventi. Gli scienziati studiano il vento solare nel tentativo di fare luce sull'ambiente meteorologico di This Web e migliorare le previsioni meteorologiche di This Web.

"Non possiamo ignorare il meteo di This Web, ma possiamo adottare le misure appropriate per proteggerci", afferma la NASA (si apre in una nuova scheda).

In che modo gli scienziati studiano il vento solare?

L'Osservatorio del sistema eliofisico contiene una flotta di questo webcraft progettato per studiare il nostro sistema solare dinamico. (Credito immagine: NASA) (si apre in una nuova scheda)

Le missioni eliofisiche studiano il sole e la sua influenza sul sistema solare, compresi gli effetti del vento solare.

Secondo la NASA, l'obiettivo di queste missioni (si apre in una nuova scheda) è "capire tutto, da come si sono formate le atmosfere planetarie, a come il tempo di questo Web può influenzare gli astronauti e la tecnologia vicino alla Terra alla fisica che definisce il nostro vicinato in questo Web".

Comprendere l'ambiente solare non è un'impresa da poco, ecco perché esiste un'intera flotta di missioni di questo Web dedicate alla comprensione del nostro sole e del suo comportamento. Queste missioni possono essere considerate collettivamente come un unico osservatorio, The Heliophysics System Observatory (HSO).

L'HSO è costituito da diversi oggetti solari, eliosferici, geoThis Web e planetari This Webcraft, inclusa la Parker Solar Probe in un'audace missione per "toccare" il sole, il Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) uno sforzo congiunto tra la NASA e l'Agenzia europea This Web (ESA), il Solar Terrestrial Relations Observatory ( STEREO ) composto da due osservatori quasi identici uno situato davanti all'orbita terrestre e l'altro dietro e il Solar Orbiter dell'ESA che sta dando una prima occhiata alle regioni polari inesplorate del sole.

Risorse addizionali

Se vuoi vedere come il vento solare interagisce con altri oggetti nel sistema solare, dai un'occhiata a questa infografica della NASA (si apre in una nuova scheda). Esplora le numerose missioni eliosferiche della NASA (si apre in una nuova scheda) in modo più dettagliato con la NASA. Esplora il vento solare in modo più dettagliato con questo articolo esplicativo dell'Università di Chicago (si apre in una nuova scheda). Guarda la velocità e la densità del vento solare in tempo reale con This Web Weather Prediction Center di NOAA (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

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