Per la prima volta è stato simulato l’intero ciclo di un flare solare

Un gruppo di scienziati del National Center for Atmospheric Research (NCAR) e del Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory hanno costruito una simulazione molto dettagliata dell’intero ciclo di un flare solare. È la prima volta che si ottiene una simulazione di questo tipo.

Un flare solare è un’intensa emissione di plasma dalla superficie della nostra stella. Solitamente un flare avviene in prossimità di un gruppo di macchie solari e un quantità considerevole di plasma viene viene espulsa dalla superficie del Sole. Questo fenomeno di plasma espulso è chiamato espulsione di massa coronale (CME, Coronal Mass Ejecton).

In generale, un plasma è uno stato della materia in cui non esistono atomi neutri, ma tutte le particelle cariche sono libere di muoversi. Quando particelle cariche di muovono in campi magnetici, allora esse sono soggette a forze che le accelerano.

La simulazione di cui vi sto parlando la trovate qui sotto: ciò che vedete rappresenta molto bene ciò che accade sulla superficie del Sole.

Ora provo a descrivervi ciò che avete appena visto.

Due regioni del Sole, dove sono presenti delle macchie solari, sono collegate da campi magnetici (le strutture ad arco che vedete per esempio, nel video, sulla destra) che intrappolano il plasma, il quale si muove seguendo proprio la struttura dei campi.

Questi campi magnetici sono tutti pressati tra loro e, come se fossero spaghetti piegati, a un certo punto letteralmente si possono spezzare e ricombinare per formare altri nuovi campi magnetici anche più grandi.

In questa fase, il plasma si scalda moltissimo, fino a una temperatura di qualche milione di gradi, e viene sputato in alto a causa delle forze che si generano durante la rottura dei vecchi campi magnetici e finisce dentro i nuovi campi magnetici. In tutto ciò il plasma emette raggi X e ultravioletti.

Alla fine, poi, le cose si calmano e il plasma ricade sul Sole: questo fenomeno è chiamato pioggia coronale. Si chiama cosí perché questo fenomeno avviene in quella zona del Sole chiamata corona, cioé una corona circolare appunto che circonda il Sole (e che è visibile, per esempio, durante le eclissi solari).

Le simulazioni come quelle della ricerca del NCAR sono molto importanti: confrontando questi modelli con i dati reali del Sole, possiamo capire meglio come funziona la nostra stella.

Il prossimo obiettivo degli scienziati è quello di inserire i dati osservati del Sole nella simulazione: in questo modo, seguendo l’evoluzione della simulazione con i dati reali in input, potremmo capire se il modello usato effettivamente funziona oppure se ci sono cose da sistemare perché le abbiamo capite non ancora benissimo.

L’articolo in cui sono raccontati i dettagli di questa ricerca è stato pubblicato su Nature Astronomy (link).

Chang’e-4 è arrivata sulla faccia lontana della Luna

La sonda cinese Chang’e-4 è arrivata sulla Luna durante la notte del 3 gennaio 2019. Ma bisogna essere più precisi: la sonda è arrivata sulla superficie lunare, dalla parte che non vediamo mai dalla Terra.

Non la vediamo mai perché la Luna impiega praticamente lo stesso tempo sia a fare un giro su se stessa, sia a fare un giro intorno alla Terra. Questo fatto non è una coincidenza ma un fenomeno chiamato tidal locking: con il passare del tempo, Luna e Terra si sono tirate gravitazionalmente a vicenda e alla fine siamo arrivati alla situazione attuale.

Ecco come funziona la rotazione e la rivoluzione della Luna.

La sonda Chang’e-4 ha fatto qualcosa che non aveva mai fatto nessuno prima: mai una sonda era allunata sulla faccia lontana della Luna, precisamente all’interno del cratere Von Karman, e già abbiamo qualche bella foto del panorama.

Panorama dell’interno del cratere Von Karman, sul lato lontano della Luna, ottenuto dalla sonda Chang’e-4
(Crediti: Xinhua/Zuma Wire)

Quindi, innanzitutto va sottolineato il valore storico di questa missione: abbiamo fatto un balzo in avanti gigante. Ora vediamo un po’ la scienza.

Polvere, patate, vermi e una missione a pezzi

La sonda ha a bordo diversi strumenti per effettuare studi sulla polvere lunare e il campo elettrico lunare. Inoltre, a bordo della sonda c’è anche un sismometro per studiare l’interno della Luna dall’analisi delle scosse sismiche che avvengono sul nostro satellite.

Una cosa interessante a bordo della sonda Chang’e-4 è la mini-biosfera in cui proveranno a germogliare semi di patate e arabidopsis in un contenitore dove ci sono anche dei bachi da seta e un po’ d’aria e acqua. L’idea è provare a sviluppare un ambiente del genere sulla Luna per capire se la cosa sia fattibile anche in futuro. Del resto, mi sa che se non amate le patate allora l’esplorazione spaziale non fa per voi (ma poi, a chi non piacciono le patate?).

In realtà la missione di cui vi sto parlando è fatta di diversi pezzi. Siccome la sonda Chang’e-4 si trova sul lato lunare che non guarda mai alla Terra, l’agenzia spaziale cinese ha lasciato in orbita attorno alla Luna anche un’altra sonda, chiamata Quequaio.

La sonda Queqiao farà praticamente da centralinista tra Chang’e-4 e la Terra, stazionando in un punto particolare del sistema Terra-Luna, cioè il secondo punto lagrangiano del sistema.

Ecco dove si è messa la sonda Queqiao (Crediti: Nature)

Ma non solo: Queqiao ha a bordo anche alcuni strumenti per fare qualche esperimento di cosmologia. Si tratta principalmente di stumenti per osservare onde radio di bassa frequenza (qualche decina di megahertz); questo tipo di segnale è del tipo atteso da quell’epoca della storia dell’universo chiamata dark ages. Da una parte questa è una genialata perché provare a misurare queste onde radio a bassa frequenza dallo spazio permette di non risentire le interferenze da Terra (soprattutto quando Queqiao si trova coperta proprio dalla Luna) ed evita lo schermo dell’atmosfera. D’altra parte, non gasiamoci troppo: Queqiao è ottimizzato soprattutto per fare da ponte per le comunicazioni tra Chang’e-4 e la Terra; questo non vuol dire che non si possa fare scienza, insomma vedremo.

Inoltre, gli scienziati proveranno anche a creare un piccolo insieme di antenne radio spaziali, mettendo insieme quella su Queqiao e quella su Chang’e-4. Questo è importante perché più antenne radio permettono di aumentare la risoluzione del segnale osservato. Anche in questo caso, vedremo come va.

La missione Chang’e-4 ci dirà molte cose su quella parte di Luna che abbiamo poco esplorato finora ma, come diceva il mitico Corrado, non finisce qui: prossimamente arriverà sulla Luna anche la missione Chang’e-5 che avrà come obiettivo quello di prelevare campioni di superficie lunare e riportarli sulla Terra. Molto bene.

Finisco così, con la foto del lato lontano della Luna ottenuta durante la missione Apollo 16. Più crateri e meno mari, segno di una differente attività vulcanica. Sulla faccia che vediamo da Terra ci sono più depositi di lava lunare che hanno coperto molti crateri.
(Crediti: NASA Apollo 16)

OK, in realtà il post finisce qui: tuttavia da ex-cosmologo non potevo fare a meno di scrivere due cose sulle dark ages per chi volesse approfondire.

Piccola appendice sulle dark ages (saltate pure se volete)

Le dark ages corrispondono a un periodo che va dalla formazione della radiazione cosmica di fondo a microonde fino alla formazione delle prime stelle e galassie. In pratica, si tratta di quel periodo in cui l’universo non emetteva praticamente luce (a parte per la radiazione di fondo ovviamente), da cui il nome dark ages.

In questa fase, dovrebbe essere accaduto ciò che segue: la materia oscura presente nell’universo ha iniziato pian piano ad aggregarsi e formare oggetti sempre più densi; il gas (idrogeno) ha iniziato così a cadere in queste grosse palle (aloni, dicono gli astrofisici) di materia oscura; questo collasso del gas ha generato poi la formazione delle prime stelle e quindi le galassie così come le vediamo oggi. Tutto molto bello, sì, ma anche tutto molto teorico. Sarebbe bello avere le prove sperimentali di ciò.

Per questo motivo è interessante studiare le dark ages: per capire come si sono formate le galassie.

OK, ma se si chiamano dark ages, come facciamo a osservare onde radio che provengono da quell’epoca? Possiamo farlo, perché nell’universo nulla è davvero, ma davvero dark (o almeno così dicono). Infatti durante le dark ages l’universo era pieno zeppo di atomi di idrogeno e particelle varie. Le collisioni tra queste particelle e gli atomi di idrogeno possono cambiare lo stato energetico dell'(unico) elettrone dell’atomo di idrogeno; passato poi un certo tempo tecnico, l’elettrone torna allo stato energetico iniziale emettendo luce, nello specifico principalmente luce con lunghezza d’onda pari a 21 centimetri (cioè 1420 megahertz).

Ma dall’epoca delle dark ages a oggi l’universo si è espanso e l’espansione ha cambiato la lunghezza d’onda di questa luce fino a farla diventare 210 metri, ovvero onde radio di bassa frequenza. Fine della piccola deviazione.

Le prime immagini di Ultima Thule ottenute dalla sonda New Horizons

Ieri sera verso le 20, i membri del team della missione NASA New Horizons  hanno parlato al pubblico e mostrato i primi risultati dell’incontro ravvicinato della sonda con 2014 MU69, per gli amici Ultima Thule.

Ultima Thule è l’oggetto più lontano da noi mai osservato direttamente con una sonda: si trova a 6,7 miliardi di km circa, in quella zona del Sistema solare chiamata fascia di Kuiper. Praticamente abbiamo appena osservato un oggetto celeste incredibilmente vecchio, nel senso soprattutto che è rimasto così come è, senza essere disturbato, dalla formazione del Sistema solare circa 4,6 miliardi di anni fa.

Ma partiamo da ciò che ci hanno fatto vedere durante la conferenza stampa di ieri sera: una foto di Ultima Thule a 28 mila km di distanza.

Crediti: NASA New Horizons

Il fatto più evidente, che già sospettavamo, riguarda la forma di Ultima Thule: a quanto pare è composto da due oggetti (pressoché) sferici che si toccano e la cui giunzione (il “collo”) è molto brillante.

Qui ci sono un paio di cose da dire. Per esempio, perché il “collo” è così brillante? Un’idea, molto semplice ma potenzialmente efficace, è che la zona del collo sia quella più ripida; in questa zona è più facile che ci cada del materiale e quindi si ha sempre del materiale nuovo che viene esposto alla luce del Sole.

Il collo di Ultima Thule è come un fosso in cui ci cade continuamente roba (slide tratta dalla conferenza stampa del team NASA New Horizons del 2 gennaio 2019).

Altra domanda: come si è formato un oggetto del genere? Un’ipotesi è che qualche miliardo di anni fa il materiale presente nella fascia di Kuiper abbia iniziato ad addensarsi a causa della reciproca gravità. Questo processo ha portato alla formazione di due grosse palle, che durante la conferenza sono state chiamate Ultima e Thule: non credo di fare un grosso spoiler a questo punto rivelandovi il finale, cioè che poi le due grosse palle Ultima e Thule si sono unite per formare ciò che vediamo oggi, Ultima Thule.

Ecco come gli astrofisici ipotizzano si sia formato Ultima Thule (slide tratta dalla conferenza stampa del team NASA New Horizons del 2 gennaio 2019)

Abbiamo anche dettagli sul colore di Ultima Thule. Infatti, questo è Ultima Thule in un’immagine che combina un’osservazioni a colori a 50 mila km di distanza e un’osservazione dello strumento LORRI (a bordo di New Horizons) a 28 mila km di distanza.

Alcuni dicono che Ultima Thule somigli a un pupazzo di neve. Io dico: caciocavallo.
(Crediti: NASA New Horizons)

A quanto pare, Ultima Thule è rosso. Il motivo sembrerebbe l’esposizione continua al Sole, per miliardi di anni, avrebbe formato quelle molecole chiamate toline e che donano quel tocco di rosso a Ultima Thule.

Un’altra cosa interessante che ora capiamo meglio è la curva di luce di Ultima Thule. La curva di luce non è altro che un grafico che mostra la luce emessa, in questo caso di Ultima Thule riflessa, da un corpo al passare del tempo.

La curva di luce di Ultima Thule ha tenuto banco per diverse settimane per un motivo molto semplice: era una curva piatta. Gli astrofisici, all’inizio, non si aspettavano questo comportamento perché Ultima Thule ha una forma allungata: come mai non c’è variabilità nella luce riflessa?

Il mistero è stato, per modo di dire, svelato con dopo aver analizzato gli ultimi dati. Le simulazioni mostrano che un oggetto come Ultima Thule, allungato sì, ma anche composto da due grossi pezzi uniti, può mostrare molta meno variabilità rispetto a un ellissoide.

Dal profilo Twitter di Emily Lakdawalla

Ma torniamo un attimo alla forma di Ultima Thule, perché qui secondo me viene la faccenda più pazzesca di tutte. Pazzesca perché abbiamo mandato una sonda fino alla periferia del Sistema solare, eppure con i telescopi da Terra già ci avevamo preso.

Ricordate quando qualche giorno fa vi ho parlato, sempre su questo blog, dei dati ottenuti tramite l’occultazione di stelle lontane? Ecco, è andata proprio così: la forma di Ultima Thule prevista da quei dati si è rivelata essere proprio quella osservata realmente.

Grazie all’ingegno (usare il fenomeno dell’occultazione) abbiamo ottenuto praticamente lo stesso risultato della sonda che ha viaggiato per 6,7 miliardi di km per giungere laggiù in periferia per vederlo direttamente. È una roba notevole, senza dubbio.

I dati delle occultazioni del 2017 ottenuti da Terra (linea tratteggiata rossa) sovrapposti ai dati di New Horizons appena ottenuti in questi giorni (area celeste). Molto bene!

Ma non è finita: nei prossimi giorni, nelle prossime settimane, nuovi dati arriveranno.

E soprattutto, nuove immagini ad alta risoluzione.