Come prevedere il comportamento del ciclo 24.

Riuscire a comprendere a fondo quanto ha detto il prof. Leif Svalgaard, fisico solare della prestigiosa Università di Stanford, al seminario a Keystone in Colorado il 20 maggio 2010 sulla possibilità di predizione del ciclo 24 non è meno difficile che spiegarlo con parole semplici per tutti.

Tempo fa scrissi che il prof. Svalgaard ci stava preparando qualcosa di interessante e così è stato. Ma molti potrebbero rimanere delusi, come peraltro lo sono rimasto io, ma anche rinfrancato, come capirete solo alla fine di questo articolo. D’altra parte la scienza è fatta di successi e fallimenti.
Dai fallimenti bisogna trarre la parte migliore e ripartire da lì per una nuova comprensione dei fenomeni naturali.

Svalgaard e la sua equipe hanno esaminato criticamente ben 75 lavori scientifici di diversi autori che hanno pubblicato le loro teorie sulla predittività del ciclo solare 24.

Tra questi Svalgaard ne ha posto in evidenza in particolare due, basati sulla teoria del “Flux Trasport Dynamos”, ossia di Choudhuri [2] e di Dikpati [1].

Riassumendo le diverse posizioni si può dire che i risultati non coincidenti tra i due autori (Dikpati – Rmax ciclo24 = 160-185 e Choudhuri – Rmax ciclo24 = 75) corrispondono principalmente alle differenti ipotesi circa la propagazione del flusso magnetico all’interno del Sole, che si esprime con diversi modelli di funzionamento della dinamo solare.
In Choudhuri si parla di una dinamo con ad alta diffusività (propagazione veloce), il modello della dinamo solare di Dikpati è, invece, a bassa diffusività (per avvezione).

A sinistra:Choudhuri (diffusione veloce – P agisce per T)
A destra:Dikpati (bassa diffusività – Conveyor Belt)

Nel modello di Dikapati il flusso è così lento che la distanza tra un puntino e l’altro nel disegno del suo modello è di circa un anno.
Si parte dal postulato che se questa diffusività è alta si avrà un ciclo debole.

Dikpati presuppone inoltre una circolazione del flusso nell’emisfero meridionale costante, tranne che nel ciclo 24, nel quale sembra aumentata..
Ma entrambi i modelli di trasporto del flusso proposto dai dei due autori, Dikpati e Choudhuri, coincidono nel supporre che quando il flusso meridionale è veloce, questo dovrebbe produrre potenti campi magnetici polarizzati e cicli solari brevi.

Svalgaard ha citato a questo proposito uno degli ultimi lavori di David Hathaway e Lisa Rightmire che hanno affermato nella loro pubblicazione del 2009: “in base alle misurazioni effettuate sulla velocità del Flusso Meridionale, mediante SOHO nel ciclo solare 23, si dimostra che nel minimo solare del ciclo 24, ossia dal 2008, la velocità del flusso è diventata significativamente più alta di quella vista nel precedente minimo (il 23)”.

David Hathaway viene di nuovo richiamato in causa per quanto affermato nello stesso lavoro, ossia che in questi modelli la maggiore velocità del flusso meridionale dovrebbe produrre potenti campi magnetici e cicli solari brevi, contrariamente a quanto osservato finora direttamente sul Sole. Pertanto, le attuali osservazioni, insieme ad altri fattori, suggeriscono che i modelli di trasporto del flusso nella dinamo solare prodotti fino ad oggi non descrivono adeguatamente il comportamento dei cicli solari e non sono ancora sufficienti a fornire previsioni convincenti del comportamento del ciclo solare 24. (Hathaway, 2009).

Detto da Hathaway è un affermazione piuttosto pesante e non nasconde un certo disappunto

Forse si tratta di schemi troppo rigidi? Di sicuro i modelli dei campi magnetici sono stati costruiti molti anni fa, essenzialmente a metà del 2003, e sicuramente prima dell’aumento della velocità della Circolazione Meridionale. Questi campi magnetici non sono aumentati da allora ed anzi hanno iniziato a dimostrare l’attesa diminuzione dovuta all’inizio dell’attività solare del nuovo ciclo 24, senza più riprendersi.

Svalgaard su questo punto è stato parecchio critico ed ha detto che il problema della Circolazione Meridionale non è se questa esista o no, che abbia più o meno celle, ma piuttosto quale sia il ruolo che essa svolge nel ciclo solare, che probabilmente dipende dall’importanza della sua propagazione turbolenta.

Inoltre, non è conosciuto il grado con cui la Circolazione Meridionale sia a sua volta influenzata da retro reazioni da parte di forze di Lorentz associate ai campi magnetici generati dalla dinamo solare; ossia, in poche parole non sappiamo se è nato prima l’uovo o la gallina.

Per chi è digiuno di fisica, le forze di Lorenz sono forze deflettenti, ossia hanno effetto solo sulla traiettoria di un oggetto elettricamente carico (il plasma) che si muove in un campo magnetico (solare). La caratteristica principale della forza di Lorentz è che è sempre diretta perpendicolarmente rispetto alla direzione del moto.

Ancora, ha sottolineato Svalgaard, la forma e la velocità del flusso di ritorno dall’equatore nella zona convettiva inferiore è attualmente sconosciuta. Probabilmente solo SDO ci dirà qualcosa di più su questo.

Il quesito che Svalgaard ha posto e che forse si tratta solo di una dinamo di superficie, ed ha citato Kenneth Schatten [3] il quale ha esplorato la possibilità che le macchie solari siano solo un fenomeno di superficie, essendo la fusione di più piccole configurazioni magnetiche, da come sembrano indicare le sue osservazioni. Il dubbio posto è che la dinamo solare sia in realtà poco profonda e non operi a livello della tachocline, che sembrerebbe basata su sui modelli cellulari automatici di attività.

La posizione della tachocline all’interno del Sole

Con il termine tachocline si designa la zona di transizione, all’interno del Sole, tra la zona radiativa e la zona convettiva. Si ritiene attualmente che la sua dimensione sia una delle cause dei campi magnetici che caratterizzano la nostra stella. Le simmetrie e l’estensione della tachocline sembrano rivestire un ruolo di primo piano nella formazione della cosiddetta dinamo solare, poiché rinforzano i deboli campi poloidali creando un più intenso campo di forma toroidale.

Nel modello di Schatten il flusso magnetico polare sembrerebbe essere predittivo del flusso di macchie solari che vengono a svilupparsi.

Il modello di Kenneth Schatten

Per ultimo Svalgaard ha citato il modello di Kitiashvili (2009), che se i precedenti modelli potevano sembrare complessi, questo mi ha fatto decisamente stramazzare.
Nell’Ensemble Kalman Filter (EnKF) di Kitiashvili il metodo usato è stato quello di assimilare i dati del numero di macchie solari in un modello non lineare a-O di dinamo solare a campo medio che tiene conto della dinamica della turbolenta elicità magnetica.

Il modello di Kitiashvili

Non chiedetemi di spiegarvelo perché penso che sia veramente di difficile comprensione.
La mia impressione personale è che Svalgaard abbia fatto tutta questa elencazione al puro scopo di dimostrare che ognuno di questi modelli studiati al computer fornisce una quasi-spiegazione del fenomeno macchie solari ed attività solare.
Dei modelli che alla prova dei fatti non funzionano, anche se matematicamente si presentano ineccepibili.

Quale è la soluzione che propone?
Vi parrà incredibile, ma suggerisce di ritornare alle previsioni empiriche.
Lui dice che dopo le previsioni basate sui “Flux Trasport Dynamos” abbracciate più o meno entusiasticamente dai fisici solari di tutto il mondo, molto meno quelle della dinamo superficiale di Ken Schatten e ancora meno l’approccio EnKF di Kitiashvili, si potrebbe essere costretti a ritornare alle tecniche empiriche precedenti per uscirne fuori, con le quali alcune caratteristiche osservate potevano far presagire l’attività futura.

Esattamente quello che più o meno stiamo facendo a NIA! E che sto facendo anch’io, dopo le osservazioni di Svalgaard che mi hanno convinto, fotografando ogni giorno il Sole con il mio telescopio e confrontando i risultati con le osservazioni passate, in stile J. M.Vaquero dell’ Universidad de Extremadura in Spagna, che su questo ha scritto tantissimo.

Ma quello che Svalgaard suggerisce per interpretare correttamente i dati raccolti in questo modo lo vedremo in un prossimo articolo.

Bibliografia:
[1] Dikpati, M., de Toma, G., Gilman, P.A.: Predicting the strength of solar cycle 24 using a ?ux-transport dynamo-based tool, Geophys. Res. Lett., 33, L05102, 2006.

[2] Choudhuri, A.R., Chatterjee, P., Jiang, J.: Predicting Solar Cycle 24 with a solar dynamo model, Phys. Rev. Lett., 98, 131103, 2007.

[3] Kenneth Schatten: Modeling A Shallow Solar Dynamo, Solar Physics, 255, 3-38, 2009

Pablito

37 pensieri su “Come prevedere il comportamento del ciclo 24.

  1. Dalle mia parti si dice che quando metti troppi ingredienti in un piatto poi lo stesso non ha nessun gusto.
    In pratica,tante chiacchiere per poi non arrivare ad una conclusione certa, tanta confusione e ipotesi intanto siamo quasi a Luglio e io alle 01/00 ora locale registro una media di 23 gradi,alle 13/00 sempre ora locale una media di 29 gradi dal 2005 ad oggi siamo scesi di 2 gradi è questo che vorrei mi fosse spiegato.
    Sand come al solito complimenti aspetto il seguito un abbraccio a tutti.

    Luigi (Modugno BA)

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  2. I conveyor belt – non li ho capiti.

    Faccio l’ipotesi che nascano dall’effetto di forze mareali che hanno origine nei pianeti. Un po come i monsuni sulla terra.

    Per me poi c’è una contraddizione: Il sole ruota, almeno in superficie più lentamente nelle zone polari rispetto all’equatore. Se i conveyor belt in superficie vanno verso i poli, la rotazione dei poli dovrebbe essere più veloce di quella equatoriale. Portano impulso rotativo dall’equatore verso i poli.

    I conveyor belt si presume, secondo i disegni che vadano in direzione nord – sud o inverso. In realtà verrebbero deviati da forze di Coriolis.

    Come si determina che ci siano i conveyor belt? Come si determina la loro direzione?

    Che siano delle dinamo mi sembra abbastanza chiaro. Il movimento termico degli elettroni è molto più veloce (fattore 30 .. 40) del nuclei. In un gradiente termico quindi vanno a mancare nelle sone più calde. Nascono zone elettricamente cariche. Si muovono. Questo è una corrente elettrica, che crea campi magnetici.

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  3. I miei complimenti a Pablito…certo che ce n’è di confusione tra i vari fisici solari!

    Tanto che alla fine ci toccherà tornare ai vecchi sistemi di previsione per davvero, basati sul numero delle macchie (ed io direi soprattutto la loro dimensione, come fa il nia’s cont) e solar flux!

    Aspetto cn ansia la seconda parte!

    Simon

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  4. Bell’articolo Pablito: è da un po, forse da un anno che Svalgaard batte su questo tasto della necessità di tornare a modelli empirici, ricordo di aver già letto presentazioni in cui lo diceva già apertamente.

    D’altra parte, come avevo segnalato in un articolo pubblicato a fine marzo su NIA, le previsioni circa il prossimo massimo, emesse negli ultimi 5-10 anni, vanno da un minimo di 40 (e anche meno) ad un massimo di 180, con un gran numero di valori intermedi.
    E’ un segnale chiaro che il mondo scientifico non si è ancora messo d’accordo su quale sia il modello migliore per interpretare i cicli solari.

    Inoltre avrei un dubbio:
    il termine inglese “meridional” è da tradurre come “meridionale”, cioè riferito probabilmente all’emisfero meridionale del Sole, oppure come “Meridiano”, cioè indicante una circolazione che procede dalle regioni polari verso quelle equatoriali e viceversa ?

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  5. Sì Fabio2 la circolazione procede dalle regioni polari verso quelle equatoriali, ma nella dizione comunemente usata in Italiano si è sempre parlato di “meridionale”, anche se senza intenderlo riferito solo alle regioni dell’emisfero meridionale. Sono quei gap che portati avanti nel tempo diventano una consuetudine, ma alla fine possono ingenerare confusione. Io ho preferito continuare a tradurlo così, per non sembrare che si parli di qualcosa di completamente diverso.

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  6. Pablito, San-rio mi ha parlato per e-mail di una tua proposta per confrontare i dati delle sunspot da te rilevate col tuo telescopio cn il nia’s count.

    sn molto interssato a questo, fatti sentire!

    simon

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  7. Condivido il tuo interesse Simon,sarebbe una bella cosa….

    ice2020 :Pablito, San-rio mi ha parlato per e-mail di una tua proposta per confrontare i dati delle sunspot da te rilevate col tuo telescopio cn il nia’s count.
    sn molto interssato a questo, fatti sentire!
    simon

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  8. Pablito :Sì Fabio2 la circolazione procede dalle regioni polari verso quelle equatoriali, ma nella dizione comunemente usata in Italiano si è sempre parlato di “meridionale”, anche se senza intenderlo riferito solo alle regioni dell’emisfero meridionale. Sono quei gap che portati avanti nel tempo diventano una consuetudine, ma alla fine possono ingenerare confusione. Io ho preferito continuare a tradurlo così, per non sembrare che si parli di qualcosa di completamente diverso.

    Ok, grazie, dunque per “meridionale” si intende meridiana, come peraltro immaginavo.

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  9. Sì Simon, dopo essermi letto i lavori di Vaquero sulla raccolta storica dei dati delle sunspots e dopo aver colto l’opinione di Svalgaard sull’attuale raccolta dei dati, mi è venuta questa idea. Ossia di raccogliere le immagini con un telescopio simile in potenza a quello dei secoli passati.

    Un tempo i vecchi astronomi usavano riprodurre su carta quello che avevano visto allo strumento ottico. Ora è più semplice perchè basta fare una fotografia che poi metto in rete e che si può sempre andare a reperire se si è in dubbio sul giusto conteggio.

    Ma sto ancora mettendo a punto la tecnica con vari filtri solari per riprodurre la situazione più vicina al passato e quindi confrontabile con le rilevazioni storiche.

    Ti contatto sulla tua email Simon, ora sono fuori sede.

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  10. Dall´articolo di pablito si desume che c´è una veritá indiscutibile: I fisici solari si stanno accorgendo che non hanno capito nulla del Sole, o é il Sole che non ha capito nulla di come le cose vanno qui sul pianetino Terra? Se la NASA/NOAA dice che che il massimo dovrá essere nel 2013 il Sole deve ubbidire come un bravo soldatino. O il Sole é anarchico?

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  11. Grande Pablito 🙂 e avanti così anche se in effetti a tre anni dal presunto massimo del ciclo 24 non sappiamo ancora di che morte dobbiamo morire cioè sarà un ciclo forte sarà un ciclo debole io non ci capisco più nulla

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  12. sand-rio :Dall´articolo di pablito si desume che c´è una veritá indiscutibile: I fisici solari si stanno accorgendo che non hanno capito nulla del Sole, o é il Sole che non ha capito nulla di come le cose vanno qui sul pianetino Terra? …..

    Secondo me sono vere entrambe 🙂

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  13. Sono molto soddisfatto delle conclusioni di svalgaard di ritornare ai calcoli empirici. Tutti questi modelli matematici fantascientifici si sono dimostrati nel corso degli anni un fallimento. Fallimento che peraltro era facilmente attendibile dato che il sole non e’ una costante e non sa’ usare il pc.
    Ottimo articolo e ottimi anche i precedenti. Mi sono piaciuti molto quelli di elmar sull’energia nucleare e i reattori. Alle prossime, ciao

    Davide M. from Philippines

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  14. andrew :Grande Pablito e avanti così anche se in effetti a tre anni dal presunto massimo del ciclo 24 non sappiamo ancora di che morte dobbiamo morire cioè sarà un ciclo forte sarà un ciclo debole io non ci capisco più nulla

    Beh, in realtà la situazione è un po meno confusa di così: diciamo che i fisici solari non hanno ancora capito se il ciclo 24 sarà debole (come Dalton o di poco più forte) oppure abortirà presto.
    Tertium non datur: mi risulta abbiano definitivamente scartato la possibilità di un ciclo paragonabile al 22 o 23.

    Peraltro, correggetemi se sbaglio, da quando si osserva il Sole (400 anni circa) non è stato riscontrato alcun ciclo forte che sia venuto dopo un minimo durato qualche anno e caratterizzato da svariate centinaia di giorni spotless. Ciò non lo esclude del tutto, però lo rende poco probabile, a maggior ragione se consideriamo che il Sole è reduce da 60-70 anni di attività molto intensa.

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  15. Inoltre, con riferimento alle alle previsioni di Hathaway sul sito NASA, dal 2006 ad oggi non hanno fatto altro che correggerle al ribasso, grazie ai nuovi dati raccolti, ed ora siamo ad un massimo stimato di 62-63 (anche se smoothed).

    Inoltre molti degli studi recenti che leggiamo sulla rete parlano di un ciclo 24 debole, se non molto debole e persino della concreta possibilità (argomentata) che a breve inizi un Grande Minimo.

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  16. no non sbagli da quanto si legge in giro sembra non ci sia mai stato un ciclo forte dopo un minimo così lungo però boh in questo momento il Sole mi sembra in stan by e a metà strada tra un minimo profondo e un nuovo ciclo insomma mi sembra indeciso sul da farsi

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  17. Si fabio, la possibilità che vi sia un ciclo forte è molto m amolto remota!

    Le possibilità che restano in piedi vanno da un minimo di damon-dalton ad un vero e proprio maunde.per quest’ultimo urgono molte conferme ovviamente.

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  18. andrew :

    no non sbagli da quanto si legge in giro sembra non ci sia mai stato un ciclo forte dopo un minimo così lungo però boh in questo momento il Sole mi sembra in stan by e a metà strada tra un minimo profondo e un nuovo ciclo insomma mi sembra indeciso sul da farsi

    ci sn 6-7 Ar nel sole..il ciclo 23 a quest’ora avrebbe dato tutte macchie…ora abbiamo solo la 1084 che sta dando una macchia tra l’altro già in leggera fase di decadenza.

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