Il vento solare è un flusso costante di particelle cariche che fuoriesce dall'atmosfera del Sole, chiamata corona. Si muove a velocità superiori a 500 chilometri al secondo, equivalenti a ben 1,8 milioni di chilometri orari. Ma, curiosamente, esce dalla corona del Sole a velocità inferiori: ciò significa che qualcosa lo accelera mentre si allontana dalla stella. Inoltre, il vento da un milione di gradi si raffredda naturalmente espandendosi in un volume maggiore e diventando meno denso, proprio come l'aria sulla Terra quando si scala una montagna. Tuttavia, si raffredda più lentamente del previsto.

I dati del Solar Orbiter dell'ESA e della Parker Solar Probe della NASA hanno fornito le prove conclusive per questi enigmi, dimostrando che le oscillazioni su larga scala nel campo magnetico del Sole, note come onde di Alfvén, ne sono responsabili.

"Prima di questo lavoro, le onde di Alfvén erano state suggerite come una potenziale fonte di energia ma non avevamo prove definitive", afferma nel comunicato il primo autore del lavoro Yeimy Rivera del Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, Massachusetts.

"Questo nuovo studio riunisce sapientemente alcuni grandi pezzi del puzzle solare. Sempre di più, la combinazione di dati raccolti da Solar Orbiter, Parker Solar Probe e altre missioni ci mostra che diversi fenomeni solari lavorano effettivamente insieme per costruire questo straordinario ambiente magnetico", afferma Daniel Müller, scienziato del progetto ESA per Solar Orbiter. E non ci racconta solo del nostro sistema solare. "Il nostro Sole è l'unica stella nell'Universo di cui possiamo misurare direttamente il vento. Quindi ciò che abbiamo imparato sul nostro Sole si applica potenzialmente almeno ad altre stelle di tipo solare e forse ad altri tipi di stelle che hanno venti", afferma Samuel.

 

Collaborazione tra sonde

In un gas ordinario, come il mix che compone l'atmosfera terrestre, le onde sonore sono l'unico tipo di onde che può essere trasmesso. Tuttavia, quando un gas viene riscaldato a temperature molto elevate, come nell'atmosfera del Sole, entra in uno stato elettrificato noto come plasma e risponde ai campi magnetici. Ciò consente alle onde, chiamate onde di Alfvén, di formarsi nel campo magnetico. Queste onde immagazzinano energia e possono trasportarla in modo efficiente attraverso un plasma.

Un gas normale esprime l'energia immagazzinata sotto forma di densità, temperatura e velocità. Con un plasma, tuttavia, anche il campo magnetico immagazzina energia. E sia Solar Orbiter che Parker Solar Probe hanno a bordo gli strumenti necessari per misurare le proprietà del plasma, incluso il suo campo magnetico.

Sebbene le due sonde spaziali stiano operando a differenti distanze dal Sole e in orbite molto diverse, nel febbraio 2022 per caso si sono ritrovate allineate lungo lo stesso flusso di vento solare.

Parker, che operava a 13,3 raggi solari (circa 9 milioni di chilometri) dal Sole, ai margini più esterni della corona solare, ha attraversato per primo il flusso. Solar Orbiter, che operava a 128 raggi solari (89 milioni di chilometri), ha attraversato il flusso un giorno o due dopo. "Questo lavoro è stato possibile solo grazie all'allineamento molto speciale delle due sonde spaziali che hanno campionato lo stesso flusso di vento solare in diverse fasi del suo viaggio dal Sole", afferma Yeimy.

Sfruttando appieno questo raro allineamento, il team ha confrontato le misurazioni dello stesso flusso di plasma in due diverse posizioni.

Nulla si crea nulla si distrugge

Poiché l'energia non può essere né creata né distrutta ma solo convertita da una forma all'altra, il team ha confrontato le letture di Parker con quelle di Solar Orbiter, sia con che senza tener conto dell'energia magnetica.

"Abbiamo scoperto che se non avessimo incluso il flusso di energia delle onde a Parker, non avremmo ottenuto esattamente la stessa quantità di energia di cui disponiamo a Solar Orbiter", afferma il primo autore congiunto Samuel Badman, Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, Massachusetts.

Vicino al Sole, dove Parker ha misurato il flusso, circa il 10% dell'energia totale è stata trovata nel campo magnetico. A Solar Orbiter, questo numero era sceso a solo l'1% ma, nel frattempo, il plasma aveva accelerato e si era raffreddato più lentamente del previsto.

Confrontando i numeri, il team ha concluso che l'energia magnetica persa ha alimentato l'accelerazione e ha rallentato il raffreddamento del plasma, producendo a sua volta una certa quantità di calore.