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Dove spariscono gli elettroni

Uno studio mostra come durante le tempeste solari la ionosfera alterni aree ad altissima concentrazione di elettroni (le cosiddette patch) a vaste regioni dove le cariche elettriche sono del tutto e misteriosamente assenti

Sono le tempeste solari a innescare l’affascinante fenomeno dell’aurora polare. Crediti: Davide Coero Borga

È un fenomeno del tutto controintuitivo e, al momento, privo di una spiegazione. Sembra che nel corso delle tempeste solari, quando grandi quantità di plasma altamente ionizzato infrangono lo “scudo” del campo magnetico terrestre e si infilano nella ionosfera, gli elettroni presenti in atmosfera scompaiono misteriosamente in porzioni di cielo considerevoli (fra i 500 e 1000 chilometri di raggio). È quanto riporta uno studio condotto dalla Technical University di Danimarca insieme alle università di New Brunswick, il NASA Jet propulsion laboratory e l’università dell’Illinois, appena pubblicato sulla rivista Radio Science.

Quando si verifica un’eruzione sulla superficie del Sole, sappiamo che una nube di particelle elettricamente carica s’invola nello spazio in direzione Terra, dando vita a una vigorosa tempesta solare che (non tutto il male viene per nuocere) può anche innescare l’affascinante fenomeno dell’aurora boreale sulla regione artica.

La tempesta potrebbe però avere anche un forte impatto sull’efficienza dei sistemi di comunicazione e di navigazione a quelle latitudini. E per questo motivo è così importante studiare e comprendere sempre meglio questo genere di eventi.

Durante le tempeste solari, il plasma altamente ionizzato espulso dalla nostra stella riesce a penetrare la parte alta dell’atmosfera terrestre, detta ionosfera, a circa 80 chilometri dalla superficie del pianeta. Questo fenomeno si verifica principalmente ad alte latitudini, dove il campo magnetico è più sottile: particelle ed elettroni filtrano l’atmosfera anziché venire riflessi come succede normalmente. È un evento comune e che gli astrofisici hanno imparato a conoscere bene.

La notizia qui è un’altra, ovvero la misteriosa scomparsa di cariche negative da grandi regioni del cielo prossime al fenomeno. Mai registrata precedentemente.

«Abbiamo effettuato ampie misurazioni in corrispondenza di una tempesta solare che ha colpito la regione artica nel 2014: sorprendentemente, in un’area estesa fra i 500 e i 1000 chilometri situata a sud di una delle zone di sovraccarico elettrico e che gli scienziati chiamano patch, gli elettroni presenti in atmosfera sono stati misteriosamente risucchiati via, come da un potentissimo aspirapolvere», spiega Per Høeg della Technical University di Danimarca.

«Non potevamo prevedere qualcosa di simile. E anche ora che i dati ci mostrano questo bizzarro fenomeno, non abbiamo una spiegazione valida per descrivere perché sia avvenuto».

Una risposta agli interrogativi aperti va forse cercata nei processi geomagnetici che interessano il campo magnetico terrestre nella parte meno esposta all’eruzione solare, quella più distante dalla nostra stella.

«Il nostro lavoro può contribuire a rendere più sicura la navigazione nel corso delle tempeste ionosferiche che interessano la regione artica. Identificando i fattori critici che influenzano la qualità della navigazione satellitare ci consente progettare tecnologie capaci di gestire al meglio la situazione di emergenza e valutare la probabilità che si presentino», conclude Høeg.

Per saperne di più:

 

Fonte : http://www.media.inaf.it/2017/03/06/dove-spariscono-gli-elettroni/

Se il Sole frena

Grazie alle misure compiute con l’Helioseismic and Magnetic Imager della sonda Nasa SDO, un team internazionale di scienziati ha svelato il mistero del rallentamento degli strati esterni del Sole. Ne parliamo con Alessandro Bemporad, fisico solare all’Osservatorio astrofisico dell’INAF di Torino

Un team internazionale di astronomi potrebbe aver risolto un mistero che dura da almeno vent’anni: perché lo strato più esterno del Sole ruota più lentamente dell’interno? Almeno una parte della “colpa” parrebbero averla i fotoni. Lo studio, in uscita il prossimo gennaio sulla rivista Physical Review Letters, è firmato da Ian Cunnyngham, Jeff Kuhn e Isabelle Scholl dell’IFA Maui (Hawaii) insieme a Marcelo Emilio (Brasile) e Rock Bush (Stanford).

Un’immagine del Sole presa con l’Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) a bordo della sonda NASA Solar Dynamics Observatory. HMI è uno strumento progettato per studiare le oscillazioni e il campo magnetico della fotosfera, la superficie solare. Crediti: NASA

Grazie ai dati raccolti in anni d’osservazioni condotte con l’Helioseismic and Magnetic Imager della sonda SDO (Solar Dynamics Observatory) della NASA, il team ha scoperto che la luce emessa dal Sole, la stessa radiazione che scalda la Terra, provoca un “rallentamento”. L’effetto dei “fotoni frenanti” è stato misurato nei 150 km più esterni della superficie del Sole, e gli scienziati ritengono che tale effetto sia all’opera anche nella maggior parte delle altre stelle. «L’azione sul momento angolare è lieve, ma calcolata sulla durata di vita del Sole, pari a circa 5 miliardi di anni, ha introdotto sui 35mila km più esterni un rallentamento sensibile», osserva Jeff Kuhn.

«Conoscere la velocità di rotazione all’interno del Sole e come questa velocità vari con la profondità e con la latitudine è uno dei mattoni fondamentali di ogni modello che cerchi di riprodurre il noto ciclo solare e di prevedere il comportamento della nostra stella nell’immediato futuro», spiega a Media INAF il fisico solare Alessandro Bemporad, dell’Osservatorio astrofisico dell’INAF di Torino, al quale abbiamo chiesto un commento sull’importanza di questo studio.  «Negli ultimi decenni, grazie alle misure di eliosismologia, le nostre conoscenze sulla rotazione solare hanno rivelato sempre più dettagli, molti dei quali ancora non del tutto compresi, come la scoperta di alcuni anni fa di una doppia circolazione meridiana».

«In questo lavoro i ricercatori hanno dimostrato che nell’ultimo strato subito sotto la superficie visibile del Sole, la fotosfera, si osserva una brusca diminuzione della velocità di rotazione, o velocità angolare. La cosa interessante«, sottolinea Bemporad, «è che questa diminuzione sembra essere in accordo con la diminuzione che ci si potrebbe aspettare per effetto della radiazione che viene emessa, appunto, dalla fotosfera. I fotoni infatti, pur non avendo massa, trasportano un impulso (o quantità di moto): così come la luce esercita una pressione su una qualunque superficie illuminata, allo stesso modo l’emissione di radiazione da parte di un corpo ruotante come il Sole comporta una piccola perdita di momento angolare da parte del Sole, e quindi di velocità di rotazione. Questa perdita di velocità è ordini di grandezza minore rispetto alla perdita che il Sole subisce per l’espulsione del vento solare. Tuttavia la cosa interessante è che, assumendo che il Sole abbia subito questa perdita nel corso dei suoi 4 miliardi e mezzo di anni di vita, si ottiene una differenza di velocità finale dell’ultimo strato della fotosfera in accordo con quanto misurato oggi dai ricercatori. Questo lavoro aggiunge quindi un tassello piccolo, ma comunque molto importante nella soluzione del complesso puzzle della dinamo solare».

Fonte : http://www.media.inaf.it/2016/12/13/effetto-fotoni-frenanti-sdo-sole/

Le battaglie del Sole

Un team di ricerca del New Jersey Institute of Technology ha individuato una nuova relazione tra macchie solari ed eruzioni, i fenomeni che agitano la superficie della nostra stella. I risultati su Nature Communications

La superficie del Sole non è affatto un ambiente tranquillo. E cambia in continuazione: in alcune fasi del ciclo solare, la nostra stella appare agli astronomi interamente ricoperta da puntini più scuri. Si tratta delle macchie solari, o sunspot, la cui rotazione sulla superficie del Sole è da tempo ritenuta responsabile di episodi molto violenti chiamati eruzioni solari: improvvise esplosioni (dette anche brillamenti) che causano forti radiazioni elettromagnetiche con una conseguente espulsione di particelle cariche nello spazio. In base a questa teoria, il moto delle macchie solari provoca l’energia necessaria per ‘esplodere’ sotto forma di eruzioni solari. Ma un gruppo di ricerca del New Jersey Institute of Technology (NJIT) ha individuato per la prima volta un meccanismo in un certo senso inverso: secondo gli scienziati, le eruzioni solari hanno a loro volta un importante impatto sui sunspot. In che modo ?

Aumentandone la velocità di rotazione: i ricercatori affermano che i brillamenti inducono le macchie solari a ruotare molto più velocemente di quanto normalmente si osserva prima delle eruzioni. Questi risultati, pubblicati su Nature Communications, sono stati ottenuti sulla base delle immagini ad alta risoluzione catturate da New Solar, il telescopio di 1.6 metri del NJIT.

“Pensiamo che la rotazione delle macchie solari generi l’energia magnetica rilasciata sotto forma di eruzioni – spiega Chang Liu, prima firma dell’articolo – ma allo stesso tempo abbiamo osservato che le eruzioni possono indurre le macchie a ruotare circa 10 volte più velocemente. Questo ci mostra la natura potente e magnetica dei bagliori solari”.

Questi nuovi dati aiutano anche a definire la dimensione spazio-temporale delle macchie solari, descrivendo in modo preciso la loro rotazione progressiva e non uniforme. Informazioni essenziali per l’evoluzione della fisica del Sole, quella disciplina che studia le affascinanti e movimentate ‘battaglie’ sulla superficie della nostra stella.

Fonte : http://www.asi.it/it/news/le-battaglie-del-sole

Sotto l’influenza delle maree

Uno studio condotto dalla Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf di Dresda mette in relazione le forze delle maree di Terra, Venere e Giove con l’attività del Sole

Un recente studio condotto dall’ Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) di Dresda e pubblicato su Solar Physics suggerisce una teoria secondo cui le forze di mareali di Venere, Terra e Giove avrebbero un’influenza diretta sull’attività del Sole. L’attività della nostra stella è determinata dal suo campo magnetico ed esso a sua volta è generato da due effetti combinati noti come alfa e omega. ‘Si tratta di una dinamo proprio come per la Terra – commenta Frank Stefani, autore dello studio – attraverso l’autoeccitazione il campo magnetico viene creato praticamente dal nulla e il complesso movimento del plasma conduttivo funge da fonte di energia’. La cosiddetta dinamo alfa-omega del Sole è soggetta a un ciclo regolare. All’incirca ogni 11 anni, la polarità del campo magnetico della stella è invertita con il picco dell’attività solare alla stessa frequenza. In questo particolare momento si manifesta  un aumento delle macchie sulla superficie, provenienti da campi magnetici fortemente concentrati.

Il team di ricercatori tedeschi ha notato che proprio in quest’arco temporale Venere, Terra e Giove sono allineati. Sebbene il fenomeno fosse già noto, gli scienziati non hanno mai trovato un  meccanismo fisico plausibile che dovrebbe portare le deboli maree dei tre pianeti ad influenzare la dinamo solare. Dai calcoli effettuati si nota che l’effetto alfa è soggetto a oscillazioni a determinate condizioni e questi movimenti hanno bisogno solo di una minima fonte di energia e le maree planetarie potrebbero dare il via al fenomeno. La cosiddetta instabilità di Raleigh-Taylor – un fenomeno fisico che descrive la complessa ramificazione di un fluido in filamenti sempre più sottili mentre attraversa un fluido meno denso – gioca un ruolo cruciale per la risonanza della dinamo solare. Quest’ultima si basa sull’interazione dei due citati meccanismi di induzione alfa e omega. L’effetto omega è  originato nel tachocline, la zona di transizione tra la fascia radiativa e quella convettiva.  La rotazione differenziale che converge in quest’area genera il cosiddetto campo magnetico toroidale che si concentra nella parte inferiore della zona convettiva. C’è una considerevole mancanza di chiarezza invece, riguardo la posizione e la causa dell’effetto alfa: secondo una teoria prevalente l’origine dell’effetto sarebbe da identificarsi in prossimità delle macchie solari sulla superficie della stella. I ricercatori di Dresda hanno scelto un approccio alternativo che collega l’effetto alfa almeno in parte all’instabilità di Taylor. A sua volta quest’ultimo è causa dell’incremento di campi toroidali dal tachocline, dove è possibile individuare l’effetto alfa. ‘I nostri calcoli mostrano che le forze di marea planetarie agiscono da apripista – conclude Stefani – le oscillazioni nell’effetto alfa che si attivano ogni 11 anni potrebbero causare l’inversione di polarità del campo magnetico solare e in ultima analisi dettare i 22 anni del ciclo della dinamo del Sole’.

Fonte : http://www.asi.it/it/news/sotto-linfluenza-delle-maree

L’origine dell’astronomia nei cerchi di pietre

Il fatto che i cerchi di pietre, immense strutture risalenti a migliaia di anni fa, fossero stati costruiti in seguito a valutazioni di carattere astronomico era un forte sospetto da tempo. Una ricerca condotta sfruttando metodologie statistiche e software innovativi dimostra ora per la prima volta questa connessione, facendo risalire la posa dei primi monoliti in Gran Bretagna al 3000 a.C.

Un tempo l’astronomia veniva intesa come l’osservazione e lo studio a occhio nudo degli oggetti celesti e dei loro movimenti nel cielo. Questa scienza ha svolto in passato un ruolo fondamentale nel posizionamento delle grandi opere monolitiche come quelle presenti in Gran Bretagna. Una ricerca condotta da studiosi dell’Università di Adelaide ha provato, per la prima volta in maniera statisticamente significativa, che i grandi cerchi di pietre sono stati costruiti migliaia di anni fa in maniera da risultare allineati ai movimenti del Sole e della Luna.

Il grande cerchio di pietre Stenness sull’isola di Orkney si trova in un paesaggio caratterizzato da un panorama “inverso”. Il progetto dei ricercatori dell’Università di Adelaide ha esaminato gli allineamenti che partono dal centro e passano lungo le pietre disposte lungo il cerchio e lungo i fori. Crediti: Douglas Scott

La ricerca è stata pubblicata sul Journal of Archaeological Science: Report e riporta i dettagli dei test in due e tre dimensioni che ricostruiscono i modelli di allineamento delle pietre. «Nessuno fino a ora aveva mai determinato con studi statistici che un singolo cerchio di pietre fosse stato costruito a scopi astronomici, erano tutte supposizioni», spiega Gail Higginbottom, responsabile del progetto e prima autrice dell’articolo.

Grazie allo studio ora sappiamo che attorno al 3000 a.C., in Scozia, c’è stato un cambiamento significativo nel modo in cui le persone celebravano le loro conoscenze cosmologiche, poiché sono iniziate ad apparire strutture circolari formate da enormi pietre monolitiche, che hanno continuato a essere erette per circa duemila anni, fino alla fine dell’età del bronzo. Nel corso degli ultimi decenni sono stati identificati in modo empirico una serie di schemi riconducibili a obiettivi astronomici, inoltre sono state identificate due differenti tipologie di orientamento rispetto al paesaggio circostante. Tuttavia, quando e dove queste costruzioni fossero state associate per la prima volta a strutture di pietre erette non era chiaro.

I ricercatori dell’Università di Adelaide hanno sfruttato metodologie statistiche e software innovativi con i quali hanno studiato le condizioni di osservabilità del Sole e della Luna nei siti più antichi e monumentali della Scozia occidentale. In particolare hanno introdotto un nuovo test statistico che consente di determinare in maniera quantitativa le connessioni astronomiche con i cerchi di pietre.

Veduta aerea di Callanish. Il cerchio di pietre ha un diametro di 13 metri, e mostra un lungo viale in direzione nord-sud (il sud è dove si trova il cerchio). La conformazione a croce permette di individuare anche gli altri punti cardinali. Crediti: RCAHMS (Aerial Photography Collection)

Esaminando alcuni tra i più antichi cerchi di pietre costruiti in Scozia (Callanish sull’Isola di Lewis, e Stenness sull’Isola di Orkney, entrambi più vecchi di Stonehenge di circa 500 anni), i ricercatori hanno riscontrato una grande concentrazione di allineamenti in direzione del Sole e della Luna in diversi momenti dei loro cicli. A distanza di duemila anni, in Scozia, venivano costruiti monumenti molto più semplici che presentavano almeno uno degli allineamenti trovati nei grandi cerchi. Questo suggerisce che ci sia una certa continuità nello schema cosmologico adottato, nonostante i numerosi e sostanziali cambiamenti sociali che si sono verificati tra il tardo neolitico e l’età del bronzo.

Le pietre, però, non sono collegate soltanto ai movimenti del Sole e della Luna in cielo. Nel corso dello studio, i ricercatori hanno scoperto una complessa relazione tra l’allineamento delle pietre e il movimento degli astri lungo il paesaggio circostante e l’orizzonte. «Questa ricerca è la prima prova concreta a favore del fatto che le popolazioni antiche che abitavano le isole della Gran Bretagna fossero in grado di collegare la Terra al cielo con le loro pietre erette, e che questa pratica abbia continuato a esistere per duemila anni», dice Higginbottom.

Esaminando in dettaglio i siti presso cui si possono trovare queste strutture, è stato possibile notare che metà erano circondati da un certo schema paesaggistico, mentre l’altra metà dal suo esatto contrario. «La scelta degli ambienti ha influenzato il modo in cui venivano visti il Sole e la Luna in cielo, in particolare il momento del loro sorgere e del tramontare in occasioni speciali, come quando la Luna appare nella sua posizione più settentrionale all’orizzonte, un evento che si verifica ogni 18.6 anni», spiega Higginbottom.

«Per esempio, per metà dei siti l’orizzonte settentrionale è relativamente più alto e vicino rispetto a quello meridionale, e quando arriva il solstizio d’estate il Sole sorge in cima alla vetta più alta. Per l’altra metà dei siti, l’orizzonte a sud è quello più vicino, e il picco più alto lungo l’orizzonte indica il punto in cui il Sole sorge nel giorno del solstizio d’inverno».

Esempio di simulazione 3-D del paesaggio del Sole e della Luna nel sito di Canmore, sull’isola di Mull, in Scozia. Crediti: Andrew Smith/Crown

«Gli antichi hanno scelto di erigere queste grandi pietre in modo molto preciso, in relazione al paesaggio e alle conoscenze di astronomia che avevano», conclude Higginbottom. «Hanno investito un’enorme quantità di energie e di studi per farlo, e questo ci racconta il forte legame che avevano con l’ambiente che li circondava, e quanto dovesse essere importante per loro, per la loro cultura e per il tramandarsi nel tempo delle loro conoscenze».

Fonte : http://www.media.inaf.it/2016/08/18/callanish-stennes-archeoastronomia/