Uno studio su Science convalida l’ipotesi delle celle convettive solari giganti, principali responsabili del passaggio di calore nel Sole. La loro azione è legata al moto solare di rotazione, e potrebbe anche influenzarne il campo magnetico.
di Giulia Bonelli 05/12/2013 19:59
Crediti: ESA/NASA/SOHO
Gli astronomi cercavano una conferma della loro esistenza da oltre 45 anni, e oggi l’hanno trovata. Stiamo parlando delle celle convettive giganti, zone sulla superficie del Sole attraverso cui il calore si propaga dal centro agli strati più esterni. Sono simili ai granuli e ai supergranuli solari, flussi di gas caldo che viaggiano con moti convettivi, dando al Sole il tipico aspetto granulare. Con una differenza fondamentale: le celle sono più grandi e hanno vita più lunga, pertanto i flussi di plasma a grande scala associati alle celle giganti, da un lato, hanno un ruolo di mutua interazione con la complessa dinamica della rotazione differenziale del Sole e, dall’altro, hanno un ruolo, ancora da chiarire, nella formazione delle regioni attive e quindi del ciclo di attività solare.
La scoperta, fatta da tre ricercatori americani utilizzando i dati provenienti dal Solar Dynamics Observatory della NASA, dimostra l’esistenza di queste strutture molto ampie e particolarmente durature, la cui presenza era stata fino adesso solo ipotizzata.
I granuli e i supergranuli solari sono invece noti da tempo. I primi, già rilevati nelle iniziali osservazioni al telescopio, hanno un diametro di circa 1.000 chilometri, una velocità di flusso di 3.000 metri al secondo e una durata media di 10 minuti. I supergranuli sono strutture più grandi, con un diametro di circa 30.000 chilometri, una velocità di 500 metri al secondo e una vita media di 24 ore.
È stato proprio lo studio dei moti dei supergranuli a portare all’individuazione delle celle convettive giganti. David Hathaway, primo autore dello studio che uscirà domani su Science, ha misurato insieme ai suoi colleghi il moto dei supergranuli in concomitanza con il movimento di rotazione del Sole. La raccolta di dati è stata enorme, con misurazioni ora per ora a partire dal maggio del 2010. I ricercatori hanno così costruito mappe di velocità relative ai supergranuli sfruttando l’effetto Doppler (determinato dall’allontanamento, spostamento verso il rosso della luce, o avvicinamento, spostamento verso il blu, della sorgente all’osservatore; e’ lo stesso effetto che percepiamo all’avvicinarsi e all’allontanarsi di un’ambulanza a sirene spiegate) in una riga spettrale del Ferro, che si forma nella bassa atmosfera solare.
“Abbiamo scoperto che i flussi in cui il gas ruota più rapidamente vengono trasportati verso l’equatore del Sole” ha detto Hathaway a Media INAF. “Questi flussi sono responsabili della rotazione differenziale (notata per la prima volta da Christoph Scheiner nel 1630), in cui le regioni equatoriali del Sole ruotano una volta in 25 giorni, mentre le regioni polari impiegano più di 30 giorni per una singola rotazione”.
In pratica, dai dati è emersa una mappa dettagliatissima dei flussi di velocità dei supergranuli, dominati dai flussi a simmetria assiale della rotazione differenziale e dei moti di plasma lungo i meridiani. È qui che entrano in gioco le celle giganti: infatti la mappa ha evidenziato strutture che persistevano durante tre interi intervalli di rotazione (circa 27 giorni l’uno), e che quindi avevano una vita di circa 3 mesi. Decisamente più lunga di quella del più grande dei supergranuli: doveva quindi trattarsi necessariamente di qualcosa di diverso. Le celle giganti, appunto, che secondo Hathaway hanno un ruolo fondamentale nella velocità di rotazione del Sole, massima all’equatore e più lenta all’aumentare della latitudine.
Ma c’è dell’altro: queste celle convettive probabilmente influenzano anche l’evoluzione e la struttura del campo magnetico solare. “La rotazione differenziale è fondamentale per il ciclo undecennale delle macchie solari” spiega Hathaway. “Distende il campo magnetico del Sole, rendendolo così abbastanza forte da esplodere attraverso la superficie”.
Per ora si tratta solo di un’ipotesi, che però gli autori considerano più che fondata: come dichiarano nelle ultime righe del loro articolo, una smentita sarebbe addirittura “sorprendente”.
Per Mauro Messerotti, dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, fisico solare ed esperto di spaceweather e climatologia, “lo studio di Hathaway e collaboratori fornisce un importante tassello nella conoscenza della complessa dinamica a grande scala del plasma solare, caratterizzata dalla rotazione differenziale e dai flussi di plasma lungo i meridiani”.
“Questa dinamica – aggiunge Messerotti – sta alla base della formazione delle regioni attive ed è un aspetto chiave, che necessita di ulteriori approfondimenti alla luce di queste osservazioni come anche di ulteriori conferme osservative. Sarebbe infatti estremamente importante poter incorporare nella modellistica le celle convettive giganti con le caratteristiche dinamiche osservate”.
“Ricordiamo – conclude l’astrofisico dell’INAF – che una delle interpretazioni proposte per spiegare la modesta intensità del ciclo di attività solare attuale è basata su un aumento della velocità dei flussi di plasma lungo i meridiani che, trasportando più efficientemente campo magnetico verso i poli, avrebbero inibito la formazione di regioni attive complesse in numero elevato. In questo contesto le celle convettive giganti potrebbero spiegare ulteriori dettagli, poiché sono caratterizzate da moti complessi e vorticità su grande scala, che vanno ad aggiungersi agli altri moti conosciuti e considerati sinora”.
Nel video qui sotto, quattro rotazioni del Sole. Il flusso delle celle giganti è rappresentato in rosso per i venti occidentali e in blu per quelli orientali (crediti: David Hathaway/NASA):
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Fonte: Media INAF | Scritto da Giulia Bonelli
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