La sonda Solar Orbiter osserva per la prima volta i poli del Sole

L’angolo di visione unico di Solar Orbiter cambierà la nostra comprensione del campo magnetico del Sole, del ciclo solare e del funzionamento della meteorologia spaziale.

Grazie alla sua nuova orbita inclinata attorno al Sole, la sonda Solar Orbiter guidata dall’Agenzia Spaziale Europea è la prima a fotografare i poli del Sole dall’esterno del piano dell’eclittica.

L’angolo di visione unico di Solar Orbiter cambierà la nostra comprensione del campo magnetico del Sole, del ciclo solare e del funzionamento della meteorologia spaziale.

Qualsiasi immagine del Sole è stata scattata dall’equatore. Questo perché la Terra, gli altri pianeti e tutti gli altri veicoli spaziali moderni orbitano attorno al Sole all’interno di un disco piatto attorno al Sole chiamato piano dell’eclittica.

Inclinando la sua orbita fuori da questo piano, Solar Orbiter rivela il Sole da un’angolazione completamente nuova.

Nei prossimi anni, il veicolo spaziale inclinerà ulteriormente la sua orbita, quindi le migliori viste devono ancora arrivare.

“Oggi riveliamo le prime vedute in assoluto del polo solare da parte dell’umanità”, afferma la Prof.ssa Carole Mundell, Direttore Scientifico dell’ESA.

“Il Sole è la stella più vicina, donatrice di vita e potenziale perturbatore dei moderni sistemi di energia spaziale e terrestre, quindi è imperativo capire come funziona e imparare a prevedere il suo comportamento. Queste nuove viste uniche dalla nostra missione Solar Orbiter sono l’inizio di una nuova era della scienza solare”.

Tutti gli occhi puntati sul polo sud del Sole

Il collage intitolato mostra il polo sud del Sole come registrato il 16-17 marzo 2025, quando Solar Orbiter osservava il Sole da un angolo di 15° sotto l’equatore solare.

Questa è stata la prima campagna di osservazione ad alto angolo della missione, pochi giorni prima di raggiungere l’attuale angolo di visione massimo di 17°.

Le immagini mostrate nel collage sono state scattate da tre degli strumenti scientifici di Solar Orbiter: il Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI), l’Extreme Ultraviolet Imager (EUI) e lo strumento Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE). Fare clic sull’immagine per ingrandire e vedere le versioni video dei dati.

“Non sapevamo esattamente cosa aspettarci da queste prime osservazioni: i poli del Sole sono letteralmente terra incognita”, afferma il Prof. Sami Solanki, che guida il team di strumenti PHI del Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Germania.

Ognuno degli strumenti osserva il Sole in modo diverso.

PHI riprende il Sole in luce visibile e mappa il campo magnetico superficiale del Sole.

EUI riprende il Sole in luce ultravioletta, rivelando il gas carico di milioni di gradi nell’atmosfera esterna del Sole, la corona. Lo strumento SPICE cattura la luce proveniente da diverse temperature di gas carico sopra la superficie del Sole, rivelando così diversi strati dell’atmosfera del Sole.

Confrontando e analizzando le osservazioni complementari effettuate da questi tre strumenti di imaging, possiamo imparare come si muove il materiale negli strati esterni del Sole.

Questo potrebbe rivelare modelli inaspettati, come vortici polari (gas vorticosi) simili a quelli osservati intorno ai poli di Venere e Saturno.

Queste nuove osservazioni rivoluzionarie sono anche la chiave per comprendere il campo magnetico del Sole e il motivo per cui si capovolge all’incirca ogni 11 anni, in coincidenza con un picco di attività solare.

Gli attuali modelli e previsioni del ciclo solare di 11 anni non sono in grado di prevedere esattamente quando e con quale potenza il Sole raggiungerà il suo stato più attivo.

Magnetismo disordinato al massimo solare

Una delle prime scoperte scientifiche delle osservazioni polari di Solar Orbiter è la scoperta che al polo sud, il campo magnetico del Sole è attualmente in disordine.

Mentre un normale magnete ha un polo nord e un polo sud chiari, le misurazioni del campo magnetico dello strumento PHI mostrano che entrambi i campi magnetici di polarità nord e sud sono presenti al polo sud del Sole.

Questo accade solo per un breve periodo durante ogni ciclo solare, al massimo solare, quando il campo magnetico del Sole si capovolge ed è al massimo della sua attività.

Dopo l’inversione di campo, una singola polarità dovrebbe lentamente accumularsi e prendere il sopravvento sui poli del Sole.

Tra 5-6 anni, il Sole raggiungerà il suo prossimo minimo solare, durante il quale il suo campo magnetico sarà più ordinato e il Sole mostrerà i suoi livelli più bassi di attività.

«Come avvenga esattamente questo accumulo non è ancora del tutto chiaro, quindi Solar Orbiter ha raggiunto le alte latitudini al momento giusto per seguire l’intero processo dalla sua prospettiva unica e vantaggiosa», osserva Sami.

La vista di PHI dell’intero campo magnetico del Sole contestualizza queste misurazioni. Più scuro è il colore (rosso/blu), più forte è il campo magnetico lungo la linea di vista dal Solar Orbiter al Sole.

I campi magnetici più forti si trovano in due bande su entrambi i lati dell’equatore del Sole.

Le regioni rosso scuro e blu scuro evidenziano le regioni attive, dove il campo magnetico si concentra nelle macchie solari sulla superficie del Sole (fotosfera).

Nel frattempo, sia il polo sud che quello nord del Sole sono punteggiati da macchie rosse e blu.

Ciò dimostra che su piccola scala, il campo magnetico del Sole ha una struttura complessa e in continua evoluzione.

SPICE misura il movimento per la prima volta

Un’altra interessante “prima” per Solar Orbiter arriva dallo strumento SPICE.

Essendo uno spettrografo di imaging, SPICE misura la luce (linee spettrali) emessa da specifici elementi chimici – tra cui idrogeno, carbonio, ossigeno, neon e magnesio – a temperature note.

Negli ultimi cinque anni, SPICE ha utilizzato questo per rivelare cosa succede in diversi strati sopra la superficie del Sole.

Ora, per la prima volta, il team di SPICE è anche riuscito a utilizzare il tracciamento preciso delle linee spettrali per misurare la velocità con cui si muovono i grumi di materiale solare.

Questa è nota come “misurazione Doppler”, che prende il nome dallo stesso effetto che fa cambiare tono alle sirene delle ambulanze di passaggio mentre passano.

La mappa della velocità risultante rivela come il materiale solare si muove all’interno di uno strato specifico del Sole. Confrontando il doppler SPICE e le mappe di intensità, è possibile confrontare direttamente la posizione e il movimento delle particelle (ioni carbonio) in uno strato sottile chiamato “regione di transizione“, dove la temperatura del Sole aumenta rapidamente da 10.000 °C a centinaia di migliaia di gradi.

La mappa dell’intensità di SPICE rivela le posizioni dei grumi di ioni carbonio.

La mappa doppler SPICE include i colori blu e rosso per indicare la velocità con cui gli ioni di carbonio si stanno muovendo rispettivamente verso e lontano dal veicolo spaziale Solar Orbiter.

Le macchie blu e rosse più scure sono correlate al materiale che scorre più velocemente a causa di piccoli pennacchi o getti.

Fondamentalmente, le misurazioni Doppler possono rivelare come le particelle vengono espulse dal Sole sotto forma di vento solare.

Scoprire come il Sole produce il vento solare è uno degli obiettivi scientifici chiave di Solar Orbiter.

“Le misurazioni Doppler del vento solare che si stacca dal Sole da parte delle missioni spaziali attuali e passate sono state ostacolate dalla vista radente dei poli solari. Le misurazioni da alte latitudini, ora possibili con Solar Orbiter, saranno una rivoluzione nella fisica solare”, afferma il leader del team SPICE, Frédéric Auchère dell’Università di Parigi-Saclay (Francia).

Il meglio deve ancora venire

Queste sono solo le prime osservazioni effettuate da Solar Orbiter dalla sua nuova orbita inclinata, e gran parte di questa prima serie di dati attende ancora ulteriori analisi.

Il set di dati completo del primo volo completo “da polo a polo” di Solar Orbiter oltre il Sole dovrebbe arrivare sulla Terra entro ottobre 2025.

Tutti e dieci gli strumenti scientifici di Solar Orbiter raccoglieranno dati senza precedenti negli anni a venire.

“Questo è solo il primo passo della ‘scala verso il cielo’ di Solar Orbiter: nei prossimi anni, la sonda salirà ulteriormente fuori dal piano dell’eclittica per una visione sempre migliore delle regioni polari del Sole. Questi dati trasformeranno la nostra comprensione del campo magnetico del Sole, del vento solare e dell’attività solare”, osserva Daniel Müller, scienziato del progetto Solar Orbiter dell’ESA.

Solar Orbiter è il laboratorio scientifico più complesso che abbia mai studiato la nostra stella vivificante, scattando immagini del Sole da più vicino di qualsiasi veicolo spaziale prima ed essendo il primo a guardare le sue regioni polari.

Nel febbraio 2025, Solar Orbiter ha iniziato ufficialmente la parte “ad alta latitudine” del suo viaggio intorno al Sole inclinando la sua orbita di un angolo di 17° rispetto all’equatore del Sole.

I pianeti e tutti gli altri veicoli spaziali che osservano il Sole orbitano nel piano dell’eclittica, inclinati al massimo di 7° rispetto all’equatore solare.

L’unica eccezione è la missione Ulysses dell’ESA/NASA (1990-2009), che ha sorvolato i poli del Sole ma non ha trasportato alcuno strumento di imaging.

Le osservazioni di Solar Orbiter completeranno quelle di Ulysses osservando i poli per la prima volta con telescopi, oltre a una suite completa di sensori in situ, volando molto più vicino al Sole.

Inoltre, Solar Orbiter monitorerà i cambiamenti ai poli durante il ciclo solare.

Solar Orbiter continuerà a orbitare attorno al Sole con questo angolo di inclinazione fino al 24 dicembre 2026, quando il suo prossimo volo oltre Venere inclinerà la sua orbita a 24°.

Dal 10 giugno 2029, la sonda orbiterà attorno al Sole con un angolo di 33°.

Solar Orbiter è una missione spaziale di collaborazione internazionale tra ESA e NASA, gestita dall’ESA. Lo strumento Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) di Solar Orbiter è guidato dal Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), in Germania.

Lo strumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) è guidato dall’Osservatorio Reale del Belgio (ROB). Lo strumento SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) è uno strumento guidato dall’Europa, guidato dall’Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS) di Parigi, in Francia.

Immagine: ESA & NASA/Solar Orbiter/SPICE Team, M. Janvier (ESA) & J. Plowman (SwRI)

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