12 gennaio 2001
: Ho sentito dire, ho letto che non si sa perché la corona solare, l'ambiente gassoso del Sole, abbia una temperatura dell'ordine di un milione di gradi, mentre la sua superficie è solo a sei migliaia. Oggi mattina mi è venuta un'idea
È un fatto osservativo: il Sole emette periodicamente grandi archi di plasma. I punti di ancoraggio di questi archi sulla superficie solare sono le macchie solari. Il plasma che circonda il Sole si trova in condizione, salvo errore, di "numero di Reynolds magnetico elevato". Cioè, le linee del campo magnetico sono "congelate" (frozen in) nel plasma. Immaginate i capelli di una donna in una piscina e un pettine che li liscia. I capelli e il pettine sono strettamente legati. Uno trascina l'altro, e viceversa.
Questi archi di plasma, nuovo fatto osservativo, si estendono a grande distanza, poi si disgregano. Nella figura a destra è rappresentata in modo schematico la configurazione delle linee del campo magnetico. In ogni punto dello spazio si può associare al valore di B un valore corrispondente di "pressione magnetica", indicato.
Vi è anche conservazione del flusso magnetico:
Il valore del campo magnetico è quindi massimo nelle vicinanze delle macchie solari e minimo nel punto di massima estensione dell'arco. Ne deriva un effetto di gradiente del campo magnetico. L'arco funziona quindi come un acceleratore naturale di particelle cariche. Il gas quindi si stacca dalla superficie solare, da ogni macchia solare, e, spinto da questo gradiente di campo magnetico, molto superiore alla forza di gravità, si alza e si accelera per raggiungere la zona di campo minimo, dove l'arco è più esteso e la sua sezione più ampia. Queste masse di plasma potrebbero quindi, a mio parere, entrare in collisione. Il risultato sarebbe la conversione di energia magnetica (quella usata per accelerare le due masse di plasma) in energia termica. Il disegno seguente illustra il concetto. L'accelerazione di particelle per gradiente di pressione magnetica, specialmente su distanze molto grandi, è un processo molto efficiente. Tutto ciò dovrebbe poter essere numerico, modellato con maggiore precisione, ma penso che questo fenomeno potrebbe spiegare un tale riscaldamento della corona. Non bisogna dimenticare che, poiché la velocità di agitazione termica varia come la radice quadrata della temperatura, il passaggio da 6000 a un milione di gradi rappresenta solo un aumento di un fattore 12 nella velocità di agitazione termica.
Tuttavia, là dove le masse di plasma entrano in collisione (gli archi sarebbero allora sede di fenomeni magnetoacustici molto interessanti da studiare), la pressione nel plasma può diventare tale da farlo sfuggire al confinamento legato al fascio di linee di campo magnetico. Da ciò deriva la disgregazione di questi archi, lasciando fuoriuscire il loro contenuto incandescente. Successivamente, si hanno due scenari possibili. Un riscaldamento moderato alimenterebbe l'ambiente gassoso del Sole, la sua corona. Il gas sulla superficie solare è tenuto schiacciato. A sei migliaia di gradi, la velocità di agitazione termica è nettamente inferiore a quella che una particella deve avere per allontanarsi sensibilmente dalla superficie solare. È per questo che la superficie è abbastanza vicina a una sfera. Ma le particelle più veloci, accelerate negli archi e poi rilasciate con la loro disgregazione, costituiscono allora l'"atmosfera del Sole", che si estende a distanze molto maggiori.
Eruzioni solari più violente (che in realtà sono l'effetto secondario di un'instabilità di tipo magneto-idrodinamico, MHD, a numero di Reynolds magnetico elevato) producono... il vento stellare (nel caso del Sole, il vento solare). Si sa infatti che l'elevata abbondanza di macchie solari è sinonimo di un intenso bombardamento della Terra da parte del gas emesso dal Sole.
Per i non esperti di fisica dei plasmi, questa accelerazione per effetto di gradiente di campo magnetico potrebbe essere un po' difficile da comprendere. Ma molte persone conoscono la "magnetosfera" della Terra:
A sinistra, la sfera terrestre con il suo asse di dipolo magnetico inclinato. Il "nord magnetico" della Terra è in realtà un polo sud, poiché attira i poli nord delle bussola-ago. Le particelle cariche (principalmente elettroni) emesse dal Sole (vento solare) sono intrappolate nella rete delle linee del campo magnetico terrestre. A destra: esse compiono andata e ritorno tra regioni a campo elevato, spiraleggiando attorno a queste linee di forza. Queste traiettorie elicoidali rappresentano in qualche modo il modo in cui il plasma è legato al campo magnetico. Questo plasma, che costituisce le "fasce di Van Allen", dal nome dell'astrofisico che le scoprì, compie l'andata e ritorno tra le regioni boreali settentrionali e meridionali della Terra, le particelle essendo riemesse come da una racchetta da tennis (per semplice effetto del gradiente di pressione magnetica). In fisica dei plasmi si chiama questo un "specchio magnetico" (magnetic mirror). A sinistra, la "coda" della magnetosfera terrestre, opposta al Sole.
In condizioni normali, le particelle cariche tornano indietro a grande altezza, al di sopra dell'atmosfera terrestre, la cui limite può essere fissata a un'altitudine di 80 km. Quando un flusso di vento solare particolarmente intenso raggiunge la Terra, le particelle, nonostante l'effetto frenante dovuto al gradiente di campo magnetico, riescono a penetrare nell'alta atmosfera e tutti gli astronomi sanno che è la causa del fenomeno delle aurore boreali. Una fascia di Van Allen è quindi una struttura che mi sembra abbastanza simile a questi archi corrispondenti alle eruzioni solari, almeno da alcuni punti di vista.
In ogni caso, sembra un'idea da approfondire. Ma ho così tante cose da fare......
Vedere il dossier "le ira del Sole", del 16 settembre 2005
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