Luglio 2017, la ricerca in evidenza: il Sole, un laboratorio unico per la fisica del plasma

Solido, liquido e gassoso….questi sono gli stati della materia a cui siamo abituati sulla Terra. Nell’Universo non è esattamente cosi’. Il 99% della materia conosciuta (ed osservabile) nell’Universo infatti si trova sotto forma di plasma, uno stato che sulla Terra si trova naturalmente nei fulmini o nelle aurore boreali.

 

Cosa è il plasma? Nello stato di plasma la materia è altamente ionizzata (ossia la maggior parte dei suoi atomi assumono una carica elettrica netta positiva, essendo stati privati di uno o più elettroni) pur essendo globalmente elettricamente neutra. Questa condizione conferisce al plasma delle caratteristiche peculiari. Una di queste sono i fenomeni collettivi: mentre in un gas la dinamica delle molecole è dominata dai moti browniani (moti disordinati dovuti alle continue interazioni con le altre molecole), in un plasma i moti sono più ordinati e dominati dai campi elettrici e magnetici.

Organizzazione degli atomi nei solidi, liquidi, gas e plasma

Gli studi della fisica del plasma e della sua interazione con i campi magnetici hanno importanti ripercussioni sulla tecnologia e la produzione di energia. Lo studio del plasma nelle condizioni di temperatura ed intensità dei campi più estremi è però difficile da realizzare sulla Terra, ma per nostra fortuna esiste un laboratorio unico, dove è possibile osservare plasma a milioni di gradi e la sua interazione con campi magnetici particolarmente intensi e variabili: il nostro vecchio e caro Sole!

 

Come ogni altra stella, infatti, il Sole è costituito da plasma. Andando dal centro verso l’esterno, la sua temperatura va da più di 10 milioni di gradi nel nucleo, a circa 6000 gradi in fotosfera, e di nuovo alcuni milioni di gradi nella corona. Proprio così: allontanandoci dalla fotosfera (la superficie del Sole), la temperatura del plasma aumenta, anziché diminuire. Il motivo per cui questo avviene non è ancora chiaro, ma molto probabilmente ha a che fare con la continua interazione tra il plasma in corona ed il campo magnetico locale. Un campo magnetico intenso con una forte variabilità sia spaziale che temporale che solo nel Sole può essere osservata.

Temperatura della fotosfera, cromosfera, e corona solare

Alcuni dei fenomeni osservati nella corona solare, oltre ad essere incredibilmente spettacolari, nascondono un vero e proprio tesoro di conoscenze sulla fisica che regola il plasma e la sua interazione con i campi magnetici. Un esempio lampante sono i brillamenti solari (flares).  Nelle regioni della corona interessate dai brillamenti (dette “regioni attive”) il campo magnetico si struttura in archi che letteralmente emergono dal Sole. Il plasma riempie questi archi venendo riscaldato fino a milioni di gradi, diventando brillante ai raggi X. Osservati con gli strumenti moderni ad altissima risoluzione spaziale, queste strutture magnetiche rivelano una struttura dettagliata, con una miriade di archi molto sottili che potrebbero essere responsabili del riscaldamento locale del plasma.

 

Sin dagli studi pioneristici del prof. Vaiana negli anni ’60 e ’70, gli astronomi dell’Osservatorio Astronomico di Palermo hanno dedicato molto dei loro studi all’analisi della corona solare, delle sue strutture magnetiche, e delle interazioni tra campo magnetico e plasma. Questi studi sono realizzati tramite l’analisi di osservazioni ai raggi X ed in banda UV e attraverso lo sviluppo di modelli teorici dettagliati della morfologia ed evoluzione degli archi coronali. Modelli che ad oggi sono stati usati in più di 100 studi scientifici su brillamenti osservati nel Sole ed in altre stelle.

 

Archi coronali
Credit: NASA-Solar Dynamic Observatory

Il ruolo di assoluta importanza rivestito dall’Osservatorio Astronomico di Palermo nel campo della fisica solare è anche testimoniato dal successo delle conferenze internazionali organizzate recentemente su questo argomento. Nel 2015 l’Osservatorio e l’Università degli Studi di Palermo ha organizzato il Secondo Solarnet Meeting, un workshop di 4 giorni che ha riunito più di 60 esperti di fisica solare provenienti da istituti di tutto il mondo per discutere del campo magnetico solare, di come è prodotto, come evolve, e come influenza le proprietà del Sole.

 

Questa settimana ha invece inizio il workshop “8th Coronal Loop Workshop: many facets of magnetically closed corona“. Questo workshop ha una durata di 4 giorni è sarà incentrato sulla fisica degli archi coronali, sulle osservazioni ed i modelli esistenti, sul meccanismo di riscaldamento del plasma intrappolato negli archi, sull’interazione degli archi con la cromosfera (lo strato dell’atmosfera solare posta tra fotosfera e corona, dove il plasma ha temperature tipiche di circa 10000 gradi), e sugli sviluppi futuri di questa branca della fisica solare. Ben 70 astrofisici provenienti da tutto il mondo parteciperanno al workshop, discutendo di fisica degli archi coronali durante le 4 sessioni previste dal programma, che includono 48 presentazioni orali e 15 poster.

 

Palermo ha un ruolo di grande importanza nel campo della fisica solare, grazie al lavoro degli astronomi dell’Osservatorio Astronomico di Palermo e dell’Università degli Studi di Palermo,  ma dal 27 al 30 Giugno del 2017 ne diventerà la capitale.