IL CICLO SOLARE

febbraio 23, 2013  |   AstronomiaNova   |     |   0 Commenti

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 di Lorenzo Brandi

Presentazione video dell’autore

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FIG. 1: Il diagramma riporta il numero di Macchie osservate dopo l’era del cannocchiale, fino al ciclo 23 (incompleto). Il ciclo 1 comincia in corrispondenza della freccia, nel 1755. Il tratteggio cade in corrispondenza della pubblicazione del 1844. dell’Astronomische Nachrichten. Si noti il cosiddetto minimo di Maunder fra fine XVII e inizio XVIII secolo.

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Introduzione

Sono passati svariati decenni dai tempi in cui l’uomo ha avuto prove incontrovertibili della presenza sul Sole di campi magnetici. Oggi i magnetogrammi più sofisticati anche da Terra riescono a monitorare l’evoluzione con poteri risolutivi di qualche decina di chilometri quadrati, mentre i satelliti tengono la nostra stella sotto osservazione costante. Le proprietà misteriose di alcuni minerali, chiamati magneti, capaci di attrarre a sé altri minerali simili o pezzetti di ferro era nota fin dall’antichità e l’ipotesi che anche i pianeti e le stelle avessero doti del genere era balenata nella mente dei più valenti scienziati.

Galileo, oltre ad essere l’abile osservatore che tutti conosciamo, capace di redigere pure un’opera tutta dedicata alle osservazioni solari (“Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari e loro accidenti” del 1613) si dedicava anche agli studi magnetici realizzando ed utilizzando numerose calamite armate, ancora oggi visibili al Museo Galileo (già Istituto e Museo di Storia della Scienza) di Firenze. Nel 1600, Gilbert scrisse un libro, il “De Magnete”, nel quale mostrava che il campo magnetico nelle vicinanze di una sfera di magnetite era analogo a quello osservato sulla superficie della Terra (alcuni prototipi di bussola erano già stati inventati in Cina e nel Mezzogiorno d’Italia nel I secolo d.C.). Di conseguenza, sosteneva Gilbert, la Terra doveva possedere un proprio campo magnetico. L’idea che gli altri pianeti ed il Sole avessero un loro campo aveva già preso piede. Keplero addirittura, forse attratto dall’opera di Gilbert, pensò che la forza di attrazione esercitata dal Sole sui pianeti fosse di natura magnetica. Il movimento ellittico lo spiegava mediante un complesso sistema di orientamenti variabili. A dire il vero l’idea non era poi troppo fuori dal seminato. Infatti la forza di attrazione gravitazionale e la legge di attrazione fra poli magnetici di segno discorde hanno la stessa forma. Le uniche differenze sono che la massa ha solo carattere attrattivo e non presenta due polarità.

Ad ogni modo se già le prima bussole avevano fatto la loro comparsa intorno al I secolo d.C. niente si sapeva a riguardo dello spazio esterno. Le prove di campi magnetici nell’Universo vennero solo nel XIX secolo.

Il primo corpo celeste indiziato di avere un campo magnetico proprio fu naturalmente il Sole.
Osservandolo in eclisse, sia ad occhio nudo, sia (meglio) con binocoli e telescopi e fotografandolo con i primi dagherrotipi, ci si era accorti che in prossimità dei poli presentava dei corti filamenti ricurvi che ricordavano le linee di forza del campo magnetico.

Oltre tutto presentavano una forte analogia col campo magnetico terrestre vista la loro presenza massiccia in prossimità dei poli. I raggi risultavano più evidenti nelle fotografie eseguite durante il massimo di attività, quando il chiarore coronale era distribuito principalmente all’equatore.

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FIG. 2: Pieter Zeeman, premio Nobel per la fisica 1902

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FIG. 3: George Ellery Hale, nel 1926, allo spettroeliografo del Solar Laboratory di Pasadena che porta il suo nome.

Furono Arthur Schüster, nel 1892, e Frank Bigelov, nel 1896, i primi a sostenere l’idea di un campo magnetico solare. Nello stesso anno Pieter Zeeman (1865-1943) aveva scoperto che le righe di emissione di spettri di laboratorio venivano sdoppiate in presenza di un campo magnetico. Norman Lockyer (1836-1920), studiando certe righe di assorbimento di alcune macchie solari, notò delle distorsioni. Nel 1908 George Ellery Hale (1868-1938) attribuì l’effetto al campo magnetico. A differenza dell’effetto Zeeman classico, le distorsioni presentavano carattere inverso, cioè venivano osservate in assorbimento e non in emissione, ma l’affinità risultava evidente. La congettura infatti si rivelò corretta ed oggi l’associazione fra campi magnetici e macchie rappresenta una scoperta fondamentale nello studio della fisica solare. Le distorsioni erano provocate dall’agitazione termica che attenuava ed allargava le righe dello spettro. In ogni caso bisogna ammettere che, anche se fu il campo magnetico della Terra ad indirizzare gli studi dei fisici verso il Sole, fra il campo magnetico terrestre e quello solare non ci sono poi parallelismi tanto sostenuti. Innanzi tutto le osservazioni mostrano che il Sole non possiede un campo magnetico globale, ma che si instaura solo in alcune regioni prossime alla superficie. Le due polarità del campo non si presentano agli antipodi ma sono solitamente ravvicinate tra loro, il che fa supporre che, oltre alle accertate proprietà di posizione mutevole, in realtà l’instaurarsi di un campo magnetico in una determinata regione fotosferica pare originarsi sì dall’interno ma a scarsa profondità. Per quel che sappiamo oggi sembra che al contrario il campo terrestre sia originato da moti vorticosi di ferro fuso nel nucleo. Inoltre, gli studi geologici mostrano che il campo magnetico terrestre ha invertito più e più volte la polarità ma la permanenza di una determinata proprietà dura migliaia se non milioni di anni. Il Sole invece inverte le polarità con un periodo di 11 anni. L’osservazione sistematica del Sole consente di poter esaminare ogni giorno, quasi uniformemente distribuite su tutto il disco, centinaia di nuove regioni magnetiche con un diametro inferiore ad un centesimo di diametro solare che poi si estendono verticalmente sia a livello cromosferico, sia coronale. Solitamente regrediscono nel giro di un giorno ed allora si parla di regioni attive effimere. Ogni tanto però, soprattutto se a bassa latitudine solare, le regioni effimere possono mutarsi in estese regioni attive sede di vistose, complesse e durature manifestazioni di attività fotosferiche, cromosferiche, coronali ed addirittura interplanetarie. La durata è quantificabile nell’ordine di alcuni mesi. Solitamente l’instaurarsi di una regione attiva viene genericamente definita come tempesta magnetica durante la quale si assiste ai più disparati fenomeni sul Sole, mentre a distanza di pochi giorni gli effetti si manifestano sulla Terra (e anche sugli altri pianeti) con la comparsa di aurore polari, con disturbi nelle comunicazioni radio, etc.

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FIG. 4: Spettacolari regioni attive sul Sole.

La comparsa delle piccole regioni magnetiche può essere descritta come affioramento di cappi o archi appartenenti a linee di forza subfotosferiche dalla regione interna del Sole nell’atmosfera. Anche se non è ancora definitivamente dimostrato che alcune regioni effimere (mediamente l’1%) degenerino in regioni attive questo sembra il meccanismo più credibile.

Queste manifestazioni dimostrano che il magnetismo solare, pur provenendo dalle regioni dell’interno, deve avere origine in prossimità della superficie e non interessare tutto il globo. Se interessasse l’intera massa solare, le leggi di fisica del plasma imporrebbero una durata dell’ordine di alcuni miliardi di anni. Sarebbe completamente preclusa la possibilità di veder decadere ed addirittura invertire la polarità di determinate regioni nell’arco di alcuni mesi e comunque di avere un ciclo magnetico medio che si inverte ogni 11 anni circa. L’attività solare, che si manifesta in regioni attive, con macchie, protuberanze, facole, brillamenti, ha un andamento ciclico che, come detto, ha una periodicità di 11 anni. La scoperta fu pubblicata sull’Astronomische Nachrichten nel 1844. Analizzando i dati relativi all’attività quotidiana tra il 1826 ed il 1843, ci si accorse che il numero di macchie (il fenomeno più appariscente dell’attività solare) presenti sull’emisfero osservabile del Sole presentava andamenti periodici. Ben presto ci si accorse che anche le altre manifestazioni avevano un andamento ciclico. Inizialmente si valutò la durata in 10 anni, poi si corresse il valore in quello attuale di 11,04, anche se bisogna riconoscere che si tratta della media degli ultimi 20 cicli, perché essi non hanno una durata rigorosamente fissa.

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FIG. 6: A sinistra, il frontespizio della “Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari e loro accidenti” (1613), opera fon- damentale di Galileo nella quale sono descritte le macchie solari, da lui considerate materia fluida appartenente alla super- ficie stessa del Sole e ruotante intorno ad esso proprio a causa della rotazione solare. Nell’immagine a destra, alcuni gruppi di macchie osservate da Galileo e riportate nell’Istoria.

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FIG. 5: Magnifica immagine di macchia solare. Sono evi- denti la zona interna (ombra), la zona periferica (penombra). E’ evidente anche la granulazione nella fotosfera.

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FIG. 7: Disegni delle macchie solari osservate dal gesuita Christoph Scheiner nei mesi di ottobre e novembre 1625 (dall’opera Rosa Ursina, Bracciano, 1630).

Le registrazioni attendibili e sistematiche giornaliere si hanno solo a partire dal 1818. Per dati anteriori, fino al 1749 disponiamo solo di medie mensili. Per la prima metà del ‘700 solo di medie annuali e per prima ancora, fino all’invenzione del telescopio, solo delle sporadiche segnalazioni della presenza di elementi scuri. In realtà testimonianze di un “Sole piangente” o di “gocce nere” sul disco luminoso si hanno nelle cronache orientali fino dall’epoca di Cristo, ma si tratta sempre di indicazioni vaghe, che ci rassicurano soltanto sul fatto che le macchie solari abbiano avuto sempre luogo, almeno da duemila anni a questa parte. Si parla di macchie come sinonimo di attività solare perché da sempre l’indice ha preso in considerazione esclusivamente queste ultime, anche se sappiamo non essere il solo effetto dell’attività. Certamente possiamo stilare rendiconti delle facole o delle protuberanze, che però non sono di pari evidenza, per non parlare poi di ulteriori fenomeni che sono visibili solo con strumenti opportuni. Le prime osservazioni di macchie sono da imputarsi a Galileo ed al gesuita Christoph Scheiner (1573-1650) i quali, indipendentemente, osservarono il Sole con i loro cannocchiali. Il rendiconto galileiano fu l’Istoria e dimostrazione intorno alle macchie solari e loro accidenti, citato in precedenza mentre padre Scheiner pubblicherà la Rosa Ursina nel 1630.

Superato lo sbigottimento iniziale, visto che screditava l’asserzione aristotelica dell’immacolatezza dei corpi celesti, si cercarono svariate spiegazioni. Una che godette di un certo credito concepiva le macchie come degli affossamenti sulla superficie solare. Solo alcuni decenni dopo ci si rese conto che quelle regioni apparivano nere sì ma solo in contrasto con le più brillanti regioni circostanti (poste in cielo separate dal Sole anche le macchie brillerebbero quasi come il Sole) e che la minore luminosità era da attribuirsi alla minore temperatura.

Se la temperatura media del Sole imperturbato si aggira, in fotosfera dove hanno luogo le macchie, intorno ai 6000 K, la temperatura in macchia scende a circa 4500K. L’importanza attribuita dagli astronomi alle fredde regioni fotosferiche appare chiaro se si considera l’immediato successo che ha avuto l’introduzione nel 1848, da parte di Rudolf Wolf (1816-1893), del suo famoso numero. Si deve a lui ed alla sua paziente ricerca d’archivio negli osservatori di Berna e Zurigo (dove fu direttore) se sono disponibili le registrazioni giornaliere dal 1818.

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Tornando alla questione della periodicità del campo magnetico solare la durata del ciclo si calcola come l’intervallo impiegato per passare dalla prima fase di un minimo alla prima fase del minimo successivo. Come abbiamo detto, la durata di un ciclo, pari a 11,04 anni, è una media. Per la verità gli scostamenti sono di regola limitati, anche se agli estremi opposti abbiamo 8 e 15 anni. Siccome, oltre al periodo, varia anche l’intensità massima, si è scoperto che esiste una debole correlazione fra i due fenomeni. Solitamente i massimi più attivi hanno luogo in cicli più corti. La salita dal minimo al massimo e la discesa seguente non sono simmetriche, la salita dura un tempo variabile fra 3 e 9 anni (più breve per i massimi più alti) ed un tempo di norma più lungo per decrescere fino al minimo successivo. Dalle registrazioni in nostro possesso possiamo affermare che l’attività solare si è mostrata estremamente varia. Le registrazioni dei minimi hanno numeri di Wolf che variano tra loro di un fattore 100, i massimi di un fattore 4.Oltre alla durata i massimi sembrano dettare regole anche sui minimi corrispondenti. Sembra che a massimi più elevati corrispondano minimi più bassi. Per convenzione i cicli solari sono numerati con un cardinale (1, 2, 3, e così via) a partire dal primo ciclo completo che si sia osservato: quello del 1755. Quindi il ciclo iniziato nel 2008 è il 24. La figura riporta gli andamenti dei cicli di cui si abbia una testimonianza documentabile, cioè dal XVIII secolo. Si noti che il ciclo 1 è in pratica il sesto osservato col cannocchiale. 

La fisica del ciclo solare

Le varie manifestazioni sono provocate dall’affioramento di cappi magnetici toroidali sub-fotosferici. Tali campi magnetici devono essere presenti solo nelle regioni superficiali. Se difatti esistesse un campo magnetico capace di permeare tutto il Sole non potrebbe decadere, nei casi più duraturi, nel giro di pochi mesi, come mostrano le osservazioni.

I modelli magnetoidrodinamici di un Sole pervaso dal magnetismo mostrano che dovrebbero rimanere stazionari per alcuni miliardi di anni, palesemente in contrasto con le osservazioni. Le osservazioni eseguite con i magnetografi mostrano che in corrispondenza delle regioni polari esistono dei campi magnetici le cui linee di forza sono disposte parallele ai meridiani.

Si parla di campi magnetici poloidali. In corrispondenza del massimo del ciclo questi campi decadono e poi invertono la polarità. Secondo l’ipotesi più convincente il campo magnetico (originariamente longitudinale) viene distorto ed intensificato per effetto della rotazione differenziale. Ad un certo punto lo stiramento fa sì che i campi assumano la configurazione di campo toroidale. Dopo qualche anno, quando l’intensità del campo magnetico toroidale raggiunge un valore critico (non ci dimentichiamo che anche dopo la formazione sul Sole continua a sussistere una rotazione differenziale che non può che innalzare il valore d’intensità) i campi possono emergere. Il meccanismo che porta all’affioramento è noto dalla metà del ‘900: per effetto della pressione magnetica che si manifesta in un plasma permeato dal magnetismo i tubi di plasma tendono a galleggiare rispetto ad altri tubi di plasma dove il campo magnetico è praticamente assente, anche a parità di temperatura.

Il fatto che il ciclo principale abbia periodicità undecennale lo si deve al tempo necessario all’intensificazione dei campi poloidali. Il processo di diffusione della Regione Attiva, favorito da correnti superficiali, determina in corrispondenza della fase di massimo del ciclo la neutralizzazione dei campi polari e quindi la loro inversione. Il processo si ripete tale e quale a quello precedente eccetto il fatto che questa volta i segni dei poli magnetici sono invertiti.

Dopo altri undici anni circa il gioco si ripresenta tale e quale. Quindi, a ben vedere, più che di ciclo undecennale si dovrebbe parlare di ciclo ventiduennale, ma dal momento che tutte le osservazioni, ad eccezione delle registrazioni sui magnetogrammi, sono analoghe, in barba alla polarità invertita, si preferisce parlare di cicli di undici anni.

La migrazione in latitudine

Osservando con continuità le Regioni Attive solari, in particolare le Macchie, ci si accorge che le prime manifestazioni ad apparire dopo raggiunto il minimo di ogni ciclo hanno alta latitudine solare. Ricordiamo di passaggio che le Regione Attive Effimere costellano uniformemente l’intera superficie mentre quelle destinate a svilupparsi non superano i 40 gradi di latitudine solare. E le prime Macchie, dopo il minimo di ciascun ciclo, ricominciano a comparire proprio intorno a questi valori di latitudine. Ma a mano a mano che il ciclo avanza e l’attività si incrementa, il grosso delle Macchie si origina a minore latitudine solare, sia pure con una certa dispersione. Si parla di migrazione in latitudine delle Regioni Attive.

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FIG. 9: Diagramma “a farfalla”: le mac- chie all’inizio di ogni ciclo (si osservi facendo la comparazione col diagramma sottostante) sono caratterizzate da una considerevole latitudine solare (in entrambi i poli). A man a mano che il ciclo procede verso il massimo.

Il fenomeno è simmetrico nei due emisferi. Se si riportano in grafico le latitudini dove sono affiorate tutte le regioni attive in funzione del tempo, si ha un inizio assai esile, con pochi punti a notevole distanza dall’asse di simmetria (l’equatore), mentre in corrispondenza del massimo l’aspetto diventa piuttosto diffuso, data la maggiore attività, ma maggiormente concentrato nella regione centrale, cosicché l’aspetto richiama nell’aspetto, poeticamente, due ali, tanto che i fisici solari hanno coniato il pittoresco nome di diagramma a farfalla (vedi figura). Nella parte superiore compare il vero e proprio diagramma a farfalla mentre nella parte sottostante sono riportate le percentuali di superficie solare coperte dalle Macchie. Ogni volta che un ciclo termina l’attività solare si riduce ai minimi termini cosicché le ali del ciclo successivo sono ben separate da quelle del precedente.

Le spiegazioni mediante l’affioramento dei campi toroidali, originati dal campo magnetico poloidale intensificato dalla rotazione differenziale, è in grado di spiegare anche la migrazione in latitudine. Infatti il valore critico dei campi, necessario per l’affioramento, verrebbe raggiunto prima dalle regioni ad alta latitudine.

Nonostante gli studi sul magnetismo solare abbiano raggiunto una certa maturità sono ancora molti i dettagli da sistemare: non si conoscono nel particolare le caratteristiche dei campi poloidali, non si conosce il meccanismo che alimenta la rotazione differenziale, visto che si mantiene pressoché inalterata nonostante ceda la sua energia ai campi magnetici, non è chiara l’influenza dei campi di velocità sulla diffusione delle Regioni Attive.

Non c’è dunque da stupirsi se ancora oggi sono molti gli astronomi che cercano di interpretare le manifestazioni solari battendo altre strade.

Durata del ciclo

Ricordiamo ancora che le manifestazioni superficiali solari seguono un andamento ciclico con un periodo che, in media, dura circa 11 anni, con una dispersione in genere piuttosto limitata, salvo casi da primato.

La mole di informazioni raccolte che sfiora i tre secoli ci ha permesso di stabilire che il ciclo di 11 anni non è il solo. Osservando con i magnetografi la polarità delle Regioni Attive si è potuto appurare che tutte le parti precedenti hanno la stessa polarità, opposta a quella delle parti seguenti. Passato un ciclo il fenomeno si ripresenta ma a polarità invertita. Se ad esempio in un ciclo la polarità prevalente nella parte precedente era quella nord, nel ciclo successivo diventa quella sud. Ciò significa che a fronte di un ciclo di attività di 11 anni, quello magnetico si ripresenta tale e quale solo dopo due cicli, manifestandosi come ciclo ventiduennale. Alcuni indizi, per la verità disattesi da questi ultimi cicli solari, sembravano dar credito all’ipotesi che sussistesse pure un ciclo secolare, della durata di 80 anni. Nonostante a quel tempo le osservazioni non fossero sistematiche, non esiste alcuna possibilità di errore a riguardo del fatto che tra il 1645 ed il 1715 il Sole subì una fase di minimo continuato, della durata di 70 anni. Le conseguenze sul clima terrestre furono drammatiche. La Groenlandia finì definitivamente di essere la terra verde, gli Eschimesi che non cercarono rifugio più a sud morirono per il freddo e la penuria alimentare, in Europa i ghiacciai raggiunsero la massima estensione tagliando fuori numerosi villaggi alpini. Si assistette ad un’autentica rivoluzione del clima. Alla fine dell’Ottocento Friederich Wilhelm Gustav Spörer (1822 -1895) ed Edward Walter Maunder (1851-1928) richiamarono l’attenzione sul lungo periodo privo di macchie. Da allora la lacuna a cavallo fra XVII e XVIII secolo ha preso il nome di minimo di Maunder.

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FIG. 10: A sinistra, ritratto dell’astronomo inglese Edward Walter Maunder, a destra, distribuzione delle macchie solari durante il Minimo di Maunder (1645-1715 circa) .

Anche se il Sole si mostrava quasi sistematicamente privo di macchie, è ragionevole ipotizzare che in realtà una certa attività abbia continuato ad agire, né più né meno di quanto avviene nei momenti di minimo, solo la risoluzione dei telescopi dell’epoca non consentivano di vedere alcunché. Al momento non sappiamo se si sia trattato di un fatto episodico o se il minimo di Maunder è imputabile ad una ciclicità di lunga durata. Il telesco- pio era stato inventato da neanche quaranta anni quando ebbe inizio il minimo e d’altra parte, anche le testimonianze oculari, a parte l’inaffidabilità, riportate nei cataloghi dell’Estremo Oriente, ci farebbero regredire solo di qualche secolo. Per cercare dunque una testimonianza, sia pure indiretta, di altri eventuali passaggi a vuoto del Sole, nel lontano passato, si studiano gli anelli di accrescimento degli alberi fossili e si fanno studi sulle carote di ghiaccio dell’Antartide o dei ghiacciai.

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FIG. 11: Oscillazioni termiche nelle principali correnti marine. Mentre le oscillazioni artiche denotano un incremento delle temperature, la corrente di El Nino e del Nord Atlantico sono in diminuzione.

Il lavoro consiste nel quantificare i livelli di 14C, tenendo conto della perdita dovuta all’età del reperto. Infatti se il Sole era inattivo anche il suo campo magnetico doveva essere modesto. La conseguenza immediata è che esso non sia riuscito a proteggere efficacemente la Terra dai raggi cosmici che ionizzano l’ambiente, innalzando i livelli di carbonio radioattivo.

A questo proposito non esiste una risposta ancora definitiva, anche se sembra abbastanza probabile l’esistenza di un ciclo di lunga durata, il cui periodo però risulta ancora abbastanza misterioso. I decenni scorsi, furono caratterizzati da massimi solari molto più intensi dei precedenti. Non è un caso che la temperatura del Sistema Solare fino a pochi anni or sono fosse in aumento.Sulla Terra l’effetto poteva essere mascherato dall’attività antropica, che con l’immissione di gas serra nell’ambiente concorre nello stesso senso, ma non era certo colpa dell’uomo se si stavano riducendo le calotte polari di Marte, se si riscaldava l’atmosfera di Giove e pure il lontanissimo Tritone, satellite di Nettuno.

Intensità dell’ultimo ciclo e conseguenze

A partire dall’ultimo ciclo, sembra che le cose stiano andando un po’ diversamente da come ci si aspettava. L’ultimo massimo solare nel 2002, fu un po’ in tono minore, come mostra la figura a pagina 40 Assai più limitato dei picchi registrati negli anni Sessanta ed anche un tantino più modesto rispetto al precedente ciclo.

Niente di eclatante, si trattava pur sempre di un’attività entro le medie statistiche e comunque superiore nei valori a quanto osservato ad inizio del XX secolo. Tuttavia, dopo la fase del minimo nominale nel 2008, si dovette aspettare più del previsto perché si instaurassero le prime regioni attive di polarità opposta. Non solo: dopo aver finalmente osservato le prime regioni di polarità opposta il Sole ha continuato a restare piuttosto pigro. Le schede fornite quotidianamente dall’Università di Catania, a bassa risoluzione, mostravano quasi sempre un Sole praticamente immacolato. Subito i media, anche quelli specialistici, hanno gridato allo scandalo (o al miracolo), evocando il minimo di Maunder, poiché sembrava che fosse in atto un’inversione di tendenza che mitigava l’effetto antropico, anzi, che era addirittura sufficiente per ottenere una riduzione delle temperature medie del pianeta. In realtà dati del genere non si sono affatto registrati, una volta messe in conto fluttuazioni statistiche che devono invece essere considerate. Simili dati devono essere vagliati con maggior attenzione ed al momento è difficile dire se e quanto, veramente, la temperatura della Terra stia scendendo.

Ancora più difficile poi, è riuscire a quantificare quanto ciò sia imputabile al Sole e quanto ad altri effetti, naturali ed artificiali. Ad ogni modo, senza entrare nel dettaglio di reali o presunti effetti sulla Terra analizziamo con qualche dettaglio in più i dati che abbiamo finora in merito al ciclo 24.

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FIG. 12: I due diagrammi mostrano l’attività solare, a partire dal minimo del 2008. Il diagramma a destra mostra (in rosso) anche una previsione per il futuro, proiettata fino agli inizi del 2019.

Cominciamo col dire che se il primo segnale di polarità attuale si è visto nella primavera del 2008, era lecito aspettarsi il massimo fra il 2011 ed il 2013, o al limite (poco probabile) il 2014. Dai dati in nostro possesso finora, sembra evidente che il massimo sia passato nel 2012 e che ormai la fase sia in definitivo declino. Tuttavia tale massimo non ha rappresentato nulla di che. Come si vede dalla fig. 12 (a sinistra), i valori di macchie medie si attesta intorno a 67 conteggi, ben al di sotto dei valori superiori a 100 che avevano caratterizzato i massimi dei cicli precedenti. Sono state disattese anche le previsioni già piuttosto pessimistiche. Infatti la riga rossa del diagramma viene progressivamente cancellata e rimpiazzata dai dati che di volta in volta si registrano. E’ evidente un salto considerevole, quantificabile in 25-30 macchie in meno del previsto. Alla luce di questi dati sono stati rielaborati nuovi plot (fig. 13).

Il grafico di fig. 12 correlato con quello di fig. 13 mette in evidenza due cose. In primo luogo il fatto che secondo le previsioni del NOAA (il National Oceanic and Atmospheric Administration degli Stati Uniti) effettuate nell’aprile 2009 il massimo del ciclo 24 si sarebbe dovuto attestare intorno a 90 macchie, mentre a dicembre 2012 le stime sono state riviste al ribasso. La seconda cosa che, come si evince dal grafico di fig. 12, sembra apparire una scollatura evidente fra i dati medi ad oggi (riga blu) e le previsioni (in rosso).

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Questo perché, sempre secondo il NOAA il massimo, in realtà, deve ancora arrivare essendo previsto per il 2013. Il grafico di fig. 14 mostra la situazione ad oggi. In effetti siamo intorno al massimo ed una ripresa dell’attività potrebbe anche aver luogo, anche se sembra piuttosto difficile. Abbiamo dunque superato già il massimo e non ce ne siamo accorti?

Oppure il Sole d’improvviso con un colpo di reni ci darà il tanto sospirato massimo nel 2013?
Da questi dati non è possibile estrapolarlo. Ad oggi è difficile dire che cosa succederà nei prossimi 365 giorni. Ancor più incerto diventa allora fare congetture sui prossimi anni.

Tuttavia alcuni astronomi si sono spinti oltre, ipotizzando l’andamento di regressione di questo ciclo e addirittura l’intensità del ciclo 25, e queste previsioni lasciano intendere che l’attività sarà ancora più modesta di quella attuale!

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FIG. 15: Previsione per il ciclo 25; si noti la doppia riga per quanto riguarda il ciclo 24 viste le stime iniziali e le stime rivi- ste successivamente.

Coloro i quali hanno fatto queste stime (fig. 15) quali garanzie ci danno che, con i dati attuali, si possa asserire che davvero l’andamento futuro sarà quello di massimi solari sempre meno marcati? A mio avviso nessuno. Fare congetture sul ciclo 25 è sicuramente prematuro. Quello che possiamo vedere è un deciso declino che, dapprima lentamente ed oggi più vistosamente, ha portato il Sole, dagli anni ’60 in poi, ad essere sempre meno irrequieto durante i massimi. Per poter solamente arguire l’andamento del ciclo 25 sarà necessario sapere chiaramente quale sarà stato il massimo di questo ciclo 24.

L’unico dato che ci sentiamo di sostenere riguarda il fatto che fra il meccanismo che alimenta la dinamo solare con ciclo undecennale e intensità non sembra esserci una forte correlazione. Abbiamo accennato sopra al fatto che gli 11 anni potrebbero essere legati al tempo necessario affinché la rotazione differenziale distorca a sufficienza i campi subfotosferici fino a farli affiorare. L’intensità dei campi sottostanti dipenderà da qualche legge di magnetoidrodinamica o di fisica del plasma che non si può ricondurre ad un semplice gioco di moti differenziali. Può darsi, anzi è assai probabile, che anche questi abbiano una loro ciclicità, ma in quanto a durata, periodicità, consistenza nulla possiamo dire a tutt’oggi.

Conclusioni

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FIG. 16: NeL 2012 il ghiaccio marino intorno all’Antartide è arrivato a coprire parte dell’Oceano Meridionale, un’estensione mai prima raggiunta da quando esistono le rilevazioni satellitari. Fonte: Jesse Allen, EO/NASA/ NSIDC .

In conclusione, non ci possiamo sbizzarrire in nessuna elucubrazione se vogliamo mantenere un certo rigore scientifico. Il minimo di Maunder durò 70 anni e, se il trend osservato a partire dalla fase finale del ciclo 23 sarà confermato nell’attuale ciclo 24 e poi anche nel 25, nel 26, nel 27, nel 28 e nel 29, avremmo dato un forte indizio per la presenza di una ciclicità secolare di circa 363 anni (pari a 33 cicli). Ma anche se così fosse bisognerebbe essere cauti nell’esprimere simili giudizi perché niente possiamo dire su un’eventuale minimo che avrebbe dovuto concludersi intorno al 1350, ben prima dell’invenzione del telescopio. A sfavore della tesi sta il fatto che il XIV secolo non fu particolarmente freddo ma, come abbiamo detto, non è sempre detto che sussista una correlazione uno a uno fra minimi solari e raffreddamenti della Terra. Se tali fenomeni persistono, come fu appunto alla fine del XVII secolo, allora gli effetti si cumulano e diventa più forte l’eventualità di poterli desumere anche dal clima. Se il fenomeno è episodico il clima neanche se ne accorge. Che dire a proposito di allora? Ben poco. Poco probabile che abbia avuto luogo una fase, prolungata, di massimi silenti, ma non impossibile.

Se dovessimo essere davvero agli inizi di un nuovo minimo che, come quello di Maunder persistesse 70 anni, di qui al 2070 circa, sono convinto che avremo tempo di rivedere i pescherecci del XXI secolo modificare le rotte per trovare le regioni più pescose, rivedremo le mulattiere alpine coprirsi di ghiacci, torneranno ad aumentare i volumi dei nostri ghiacciai e le calotte polari aumenteranno la loro estensione (secondo alcuni studi, l’estensione della calotta antartica nel 2012 avrebbe segnato un record in fatto di dimensioni, vedi fig. 16). L’opulenta nostra società probabilmente chiederà maggiori risorse energetiche per scaldare il già molto strapazzato pianeta azzurro. In un momento come questo di relativa crisi delle risorse petrolifere un settantennio di Sole “quieto” probabilmente potrebbe delineare nuovi assetti economico-politici, a meno di non porre noi stessi di fronte al ben più ragionevole problema dell’ottimizzazione delle risorse.

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FIG. 17: L’impatto del minimo solare sul clima è sintetizzato in questa immagine, che mostra la differenza di temperatura tra il 1680, un anno al centro del minimo di Maunder, e il 1780, che fu invece un anno di normale attività solare. Il colore Blu scuro, che interessa tutta la parte orientale e centrale del Nord America e la parte Nord dell’Europa e dell’Asia, mo- stra i luoghi dove il calo della temperatura fu più elevato. Nel 1680 buona parte del globo fu assai più freddo rispetto ad un secolo dopo. Le poche regioni che sembrano essere state più calde nel 1680 furono l’Alaska e l’Oceano Pacifico orientale (a sinistra), l’Oceano Atlantico settentrionale a sud della Groenlandia (a sinistra del centro), e nord d’Islanda (in alto al cen- tro). Fonte

Dal canto loro, i fisici solari avrebbero un indizio buono, ma nulla più di un indizio, che il Sole abbia, oltre al già ben noto ciclo undecennale, anche un altro ciclo a più lungo corso, della durata di circa 3 secoli e mezzo. Di qui a sostenere che questa possa essere una prova ce ne corre!
Allora si tratterà solo di provare a mettere una costante in più fra i parametri delle innumerevoli equazioni di magnetoidrodinamica che ancora avvolgono nel mistero i dettagli dell’attività solare.

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Lorenzo Brandi

si è laureato in Astronomia all’Università di Bologna, presso la stessa Università, nel 2006 ha conseguito un Master di II livello: ‘Matematica per le applicazioni’. Ha acquisito una certificazione per attività didattiche e divulgative delle scienze che gli ha permesso di collaborare per alcuni anni con l’Istituto e Museo di Storia della Scienza di Firenze. Dal 2003 è Tutor (referente scientifico) a villa Demidoff presso il Laboratorio di Didattica Ambientale. Ha tenuto lezioni del Planetario di Firenze, presso la Fondazione Scienza e Tecnica. Le effemeridi astronomiche da lui prodotte sono state fornite alle edizioni Chiaravalle e a Frate Indovino per la realizzazione dei loro almanacchi e calendari e dal 2007 collabora con la rivista ‘le Stelle’ e con ‘la Stampa’ di Torino per l’inserto ‘Tutto Scienze & Tecnologia’ per la pubblicazione di articoli di carattere astronomico. E’ docente precario di matematica e fisica nella scuola secondaria superiore.

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