L’effetto mareale planetario sull’attività solare

Georgieva K., Semi P.A., Kirov B, Obridko V.N., Shelting B.D

1 – STIL-BAS, Sofia, Bulgaria

2 – private programmer, Prague, Czech Republic

3 – IZMIRAN, Troitsk, Russian Federation


Abstract


Nel lungo termine le variazioni dell’attività solare possono modulare l’attività geomagnetica e il clima della Terra. Per comprendere questi effetti, è necessario prima capire che cosa provoca le variazioni dell’attività solare. Alla base della attività solare/dinamo solare c’è la conversione da campo poloidale solare in campo toroidale e viceversa da campo toroidale in campo poloidale e successivamente nel prossimo ciclo solare con opposte polarità magnetiche. Un ruolo importante in questo processo è la circolazione lungo i meridiani verso i poli solari in superficie e la circolazione equatoriale alla base della zona convettiva solare. La velocità superficiale di modulazione è essenziale per la rigenerazione del campo poloidale dal campo toroidale delle macchie solari precedenti e il tasso della circolazione profonda determina la generazione del campo toroidale nel ciclo successivo. I nostri studi precedenti mostrano che la velocità della circolazione verso la superficie dei poli è determinante per l’intera catena di correlazioni. Qui mostriamo che la velocità della circolazione verso i poli in superficie è modulata dalle forze di marea dei pianeti maggiori.

La variabilità solare più importante è il ciclo di 11 anni ~ del numero di macchie solari. Ne l’ampiezza, ne la durata del ciclo delle macchie solari sono costanti. Alcuni modelli della dinamo solare, cercano di spiegare questa variabilità con l’introduzione della fluttuazione stocastica (ad esempio Charbonneau e Dikpati, 2000; Bushby e Tobias, 2007).

http://it.wikipedia.org/wiki/Segnale_stocastico

Tuttavia, i parametri del ciclo delle macchie solari sembrano variare con una certa periodicità. Questo implica che il ciclo può essere modulato da un fenomeno a lungo termine. L’esistenza dell’attività magnetica del Sole e di stelle simili al Sole, si crede che sia dovuto, alla presenza di un inviluppo convettivo in cui i moti turbolenti genererebbero un campo magnetico dipolare. Parker, E., Astrophys.J., 122, 293-314, 19

Il meccanismo responsabile per l’attività solare è la modifica della dinamo solare, da campo poloidale in campo toroidale e di nuovo in campo poloidale, con la polarità opposta. Di recente, notevoli progressi sono stati compiuti sulle teoria della dinamo solare, e soprattutto nel cosiddetto meccanismo del “nastro di trasporto” della dinamo che comprende la grande circolazione meridionale nella zona di convezione solare. Questa circolazione trasporta i resti delle coppie delle macchie solari verso i poli in superficie per formare il campo poloidale del prossimo ciclo solare, e porta il campo poloidale equatoriale alla base della zona di convezione trasformandolo in campo toroidale. Così emergono le macchie solari del ciclo successivo. I nostri studi precedenti, Georgieva K., Kirov B., Obridko V.N., Shelting B.D., Труды конф. „Солнечная и солнечно-земная физика – 2008”, СПб, ГАО РАН, с.53-56 hanno dimostrato che la velocità superficiale e la circolazione profonda determinano l’ampiezza e la durata del ciclo delle macchie solari. Questo è conferme alla teoria del “nastro di trasporto” della dinamo. La successione delle correlazioni è la seguente: maggiore è la velocità superficiale di circolazione verso i poli “Vsurf”, minore è la velocità equatoriale profonda “Vdeep” . Vedi figura n°1

La correlazione è pari a r =- 0,79 ed è statisticamente molto significativa (p = 0,002), ed è una possibile manifestazione del meccanismo Malkus-Proctor, Malkus, W. V. R., Proctor, M. R. E., J. Fl. Mech. 67, p. 417-443, 1975.

Inoltre, maggiore è la velocità della circolazione profonda equatoriale “Vdeep”, più alto è il massimo delle macchie solari successivo. Vedi figura n°2

Questa correlazione è anche molto significativa da un punto di vista statistico (r = 0,79 con p = 0,001) e indica che la dinamo solare opera in regime di diffusione dominato (diffusion-dominated regime) Yeates A. R., Nandy D., Mackay D. H., Astrophys. J., 673 (1), 544-556, 2008.

Tuttavia, non vi è alcuna correlazione tra il massimo delle macchie solari e la velocità superficiale di circolazione verso i poli “Vsurf”. Vedi figura n°3

Possiamo quindi concludere che un fattore importante per determinare l’ampiezza del ciclo delle macchie solari è la velocità della circolazione superficiale verso il polo meridionale. La domanda adesso è, quale fattore modula “Vsurf” ?

Fig.1. “Vsurf” circolazione superficiale meridionale (linea continua) e profonda circolazione meridionale “Vdeep” (linea tratteggiata). Fig.2. “Vdeep” profonda circolazione meridionale (linea tratteggiata) e massimo numero di macchie solari successivo (linea continua). Fig.3. Dipendenza della circolazione superficiale meridionale “Vsurf” e il numero massimo di macchie solari che lo precede.

La teoria dell’attività magnetica della dinamo solare spiega che l’attività magnetica funziona senza pianeti. Viceversa, se invece i pianeti hanno effetto sul Sole, allora gli effetti di marea esercitata dai pianeti sulla superficie della stella possono essere descritti dalla classica teoria di marea. La forza mareale trainante è il gradiente del campo gravitazionale dei pianeti. Nel caso più semplice di un solo pianeta in orbita sul piano equatoriale solare, il potenziale mareale generando “V” ad una distanza “r” dal centro del Sole è :


dove γ” è la costante gravitazionale, M” è la massa del pianeta, R” è la distanza tra il centro del Sole e il pianeta, e φ” è l’ eliolatitude. La marea ha delle componenti che generano una forza perpendicolare e parallela alla superficie solare.

La componente orizzontale è pari :

dove,

r” è la distanza dal centro della stella, Cartwright D.E., Tides: A Scientific History. Cambridge, University Press,1999.

La figura sotto riportata illustra (Dietrich G., Kalle K., Krauss W., Siedler G., General Oceanography, 2nd ed. John Wiley and Sons (Wiley-Interscience). 1980.), la distribuzione della componente orizzontale della forza di marea sulla superficie della stella quando la marea generata dal pianeta è circa sull’equatore, punto Z.

Nel caso del Sole con un numero di pianeti, le forze di marea dipende dalla distanza e posizione relativa dei pianeti che cambiano con il tempo. La figura sotto riportata, mostra nelle rispettive visioni, orizzontale (immagini superiori) e verticali (immagini inferiori) le forze di mareali, dalle posizioni di Mercurio (M), Venere (V), il sistema Terra-Luna (E), Giove (J), Saturno (S), e il baricentro del sistema solare (SSB), in due periodi: settembre 2005 (a sinistra) e settembre 2009 (a destra).

Per calcolare la forza delle maree dei pianeti sulla superficie solare, si usano l’effemeridi, Standish E.M., JPL planetary and lunar ephemeredes, FTP://SSD.JPL.NASA.GOV/PUB/ EPH/EXPORT , che identificano le posizioni dei pianeta in qualsiasi momento, che rientrano nel loro arco di tempo interessato, in un sistema di riferimento geocentrico ICRS . Nello specifico vengono impiegate le JPL effemeridi lunari e planetarie, versione DE406. Per prima cosa ruotiamo il sistema di riferimento in un sistema in eliocentrico. Utilizziamo tutti i 9 pianeti tra cui Plutone (come specificato nella Effemeridi, esclusi soltanto gli asteroidi ). Invece della sola Terra, utilizziamo come baricentro la massa combinata della Terra e della Luna. Sulla superficie solare, la maglia di punti sono spaziati con 5 ° e la forza di marea di ogni pianeta viene valutata in ogni punto di trama, vengono poi sommati per ottenere per ogni latitudine la media della forza di marea per la stessa latitudine. I valori giornalieri sono calcolati alla mezzanotte orario UTC e incrementi di un giorno, così anche per le medie mensili o annuali.

La figura sotto riportata, mostra che le forze di marea, sia orizzontale che verticale, variano fortemente a seconda della posizione dei pianeti. La velocità della circolazione superficiale verso il polo meridionale è modulata dalla forza delle maree meridionale ed è sempre diretta verso l’equatore e il suo effetto è quello di rallentare “Vsurf” .

La forza di marea meridionale varia periodicamente e il suo valore medio non cambia molto, vedi figura.

Tuttavia, ciò che è importante per l’intensità del ciclo solare è la sua grandezza media durante il periodo in cui la circolazione superficiale meridionale trasporta il flusso delle macchie solari dalle latitudini ai poli , cioè dal massimo delle macchie solari ( massimo dell’attività geomagnetica ) alla fase di declino delle macchie solari . Questi periodi sono contrassegnati da linee più spesse nella figura sopra riportata, che copre il periodo 1750-2005, hanno durata diversa e si manifestano con diversi sequenze della sinusoide della forza di marea. La media della forza meridionale delle maree che agiscono sulla “Vsurf” durante il trasporto verso i poli del flusso viene confrontato con il numero massimo di macchie solari del ciclo solare successivo, vedi immagine sotto riportata.

La figura mostra una buona corrispondenza tra la forza planetaria di marea (linea continua) e l’ampiezza del ciclo delle macchie solari (linea tratteggiata), con il minimo di Dalton (agli inizi del 19 ° secolo) e minimo Gleissberg (fine del 19° e all’inizio del 20° secolo), in concomitanza con le basse forze di marea durante il trasporto del flusso superficiale, e nei massimi solari nel 18 secoli 19 e 20, con i massimi nelle forze di marea durante questi periodi. Possiamo adesso quindi fare una stima approssimativa della grandezza degli effetti planetari sulle forze di marea indotte. La magnitudo calcolata della forza di marea è dell’ordine di ~ F 10-10 N / kg. L’accelerazione causata da questa forza è pari a F / ρ, dove ρ è la densità dello strato superficiale del Sole pari a ~ gr/cm3 10-5 = 10-2 kg/m3. Durante il periodo di tempo in cui c’è il trasporto del flusso verso i poli (dell’ordine di 10e8 sec.), questa accelerazione può modificare la velocità della circolazione meridionale superficie di pochi m/s. che corrispondono alle variazioni riscontrate in “Vsurf” . Come si può osservare nella figura sopra riportata, il prossimo ciclo solare 24 dovrebbe essere inferiore a quello del ciclo 23. Le previsioni sono tuttavia più difficili perché abbiamo bisogno di calcolare la forza di marea nel periodo tra il massimo successivo delle macchie solari e la successiva fase di massima e questi tempi non sono noti.

Se il prossimo massimo di macchie solari è nel 2012, la seguente attività geomagnetica massima nel 2014, il ciclo 25 sarà ancora inferiore a quello del ciclo24.Il risultato non è molto diversos e il perio dei massimi sono spostati di+ /– 1 anno.

Fonte : http://tallbloke.files.wordpress.com/2011/01/kgeorgieva-pulkovo2009-1.pdf

Michele

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14 pensieri su “L’effetto mareale planetario sull’attività solare

  1. Cavolo che articolo!

    un pò difficile da digerire, ma spiega bene come si determinano con le conoscenze attuali le intensità dei vari cicli solari,aanche in relazione ai pianeti del sistema solare!

    Se ci sn domande per il nostro Michele, nn fatevi problemi, sn articoli come questi e le discussioni che ne derivano (spero!) che contribuiscono a dare grande qualità a NIA!

    Grande Michele!

    Simon

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  2. Cercodi radunare le idee.
    Il periodo del ciclo (10 anni grossomodo) e’ determinato dalla caratteristiche “fisiche” del sole, che determianno le velocità di trasporto.
    A loro volta tali velocità vengono perturbate dagli effetti mareali dei pianeti determinando variazioni di durata e intensità dei fenomeni.

    Nota : le veraizioni della velocità vsup hanno praticametne lo stesso periodo di rivoluzione di Gioce (ho calcolato 22 oscillazioni in 255 anni, quindi 11.6 anni di periodo… ) il che mi torna facendo Giove la parte del leone per le influenze gravitazionali.

    Nota 2: quando due fenomeni che si influenzano hanno periodi simili, si devono prevedere possibilità di battimenti, cioè periodi in cui gli influssi contineranno a sommarsi (o a sottrarsi) per più cicli consecutivi (come dice infatti Michele nelle conclusioni!)

    Ciao
    Luca

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  3. complimenti Michele ottimo articolo.
    ho solo un po di difficoltà con il primo paragrafo sulla forma dei campi ma sono problemi miei.

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  4. OT:
    ho dato uno sguardo al sole e sembra che l’emisfero sud sia abbastanza sveglio, almeno rispetto ai giorni scorsi, alcune macchie si attestano addirittura a latitudini di 12 S, quindi quasi da massimo. Cosa vuol dire che è scongiurato il pericolo collasso del ciclo e mancata inversione magnetica?

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  5. valerio81 :
    OT:
    ho dato uno sguardo al sole e sembra che l’emisfero sud sia abbastanza sveglio, almeno rispetto ai giorni scorsi, alcune macchie si attestano addirittura a latitudini di 12 S, quindi quasi da massimo. Cosa vuol dire che è scongiurato il pericolo collasso del ciclo e mancata inversione magnetica?

    Però se guardo nello stereo behind il sud è completamente in bianco, mentre il nord continua a produrre.

      (Quote)  (Reply)

  6. valerio81 :

    OT:
    ho dato uno sguardo al sole e sembra che l’emisfero sud sia abbastanza sveglio, almeno rispetto ai giorni scorsi, alcune macchie si attestano addirittura a latitudini di 12 S, quindi quasi da massimo. Cosa vuol dire che è scongiurato il pericolo collasso del ciclo e mancata inversione magnetica?

    Si è vero che ultimamente l’emisfero sud ha prodotto più macchie, ma sn ancora pochissime rispetto al nord, e poi come ti ha risposto sbergonz sopra, se guardi il behind un’altra volta tutto tace……vedremo cmq a fine mese dal resoconto del Sidc quale sarà il suo SN…

    Ciao, Simon

      (Quote)  (Reply)

  7. http://arxiv.org/
    http://www.adsabs.harvard.edu/

    La prossima chicca credo che sarà questa….

    Correlation between solar motion, earthquakes and other geophysical phenomena
    I Jakubcova, M Pick, 1987

    Vi domanderete…
    ma cosa centra il moto del centro del centro di massa del sitema solare con i terremoti ?

    Venite fuffatori o cecchipavonizzanti..vi aspetto a braccia aperte….ultimamente mi mancate da quando traduco queste ricerche….
    Troppo facile prendersela con le mie ricerche…grafici….
    O provateci adessooo….

    Hiii…hiiii….alla Muttley….

      (Quote)  (Reply)

  8. A parte le battute…ci sono tante ma tante ricerche interessanti che sono alla portata di tutti, nei due link che ho postato in precedenza….ci vuole solo volontà ed un minimo di conoscenza della lingua inglese…e il gioco è fatto…

    Non aspettate Super Quark o l’uscite da l’Ansa….perchè da questi due posti non arriverà mai nulla…se non la scoperta di un nuovo pianeta lontano da noi un trilione di chilometri nel quale l’atmosfera è composta da sola CO2.

      (Quote)  (Reply)

  9. @valerio81
    intanto non daro troppo conto alla latitudine che posta il NOAA (esperienze passate mi suggeriscono di non dargli il giusto peso) poi questa e’ la situazione riferita a ieri,con forte dominio dell’emisfero nord. :Solar_Region_Summary: 2011 Oct 17
    # Region Location Sunspot Characteristics
    # Helio Spot Spot Mag.
    # Num Lat.,CMD Long. Area Extent class count class
    1312 N22W96 122 90 4 HSX 1 A
    1313 S16W81 107 10 4 BXO 2 B
    1314 N27W30 56 230 5 CSO 1 B
    1316 S12W25 50 150 8 DAO 6 B
    1317 S27W11 37 50 2 HSX 1 A
    1318 N19W70 96 30 3 CSO 2 B
    1319 N10W26 51 420 12 EKI 32 BG
    1321 S15E22 4 20 5 CRO 3 B
    1322 S27W78 104 70 7 CSO 3 B
    1323 N23E52 333 10 1 AXX 2 A
    1324 N11E80 306 90 tra qualche giorno poi tutto cambiera’,nel senso che quel po’ di attivita’ presente nell’emisfero sud scomparira’ quasi totalmente.

      (Quote)  (Reply)

  10. Michele :

    A parte le battute…ci sono tante ma tante ricerche interessanti che sono alla portata di tutti, nei due link che ho postato in precedenza….ci vuole solo volontà ed un minimo di conoscenza della lingua inglese…e il gioco è fatto…

    Non aspettate Super Quark o l’uscite da l’Ansa….perchè da questi due posti non arriverà mai nulla…se non la scoperta di un nuovo pianeta lontano da noi un trilione di chilometri nel quale l’atmosfera è composta da sola CO2.

    Michele :

    A parte le battute…ci sono tante ma tante ricerche interessanti che sono alla portata di tutti, nei due link che ho postato in precedenza….ci vuole solo volontà ed un minimo di conoscenza della lingua inglese…e il gioco è fatto…

    Non aspettate Super Quark o l’uscite da l’Ansa….perchè da questi due posti non arriverà mai nulla…se non la scoperta di un nuovo pianeta lontano da noi un trilione di chilometri nel quale l’atmosfera è composta da sola CO2.

    😆

      (Quote)  (Reply)

  11. Domande non ne ho. Sono a bocca aperta. Questa è scienza pura.
    Bravo Michele. Mentre altri sono indaffarati a polemizzare, tu continui sulla tua strada della passione, nella ricerca e nell’informare tutti noi delle cose più interessanti. Grazie.

      (Quote)  (Reply)

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