In dicembre SATURNO perde gli anelli! Osserviamo nel Toro la Nebulosa delGranchio e la Crystal Ball Nebula

Inchiestasul SOLEQuanto è davveroAFFIDABILE, la nostra stella?ISSN 1594-1299

Mensile - Anno 12 - Spediz. in A.P. - 45% art. 2 comma 20/B - Legge 662/96 DCI/VE

DALL’ASTRONOMIA la datazio-ne dello sbarco di Cesare inBritannia

Si riaccende la contro-versia sull’osservazionevisuale dei colori negliOGGETTI DEEPSKY

Quella famosa storia di HEGELe del numero dei pianeti

DIC2008123www.coelum.com

Euro 6,00

26 DICEMBRE 2008

L’emergenza sembra passata, e il 23 settem-bre la sonda SOHO (Solar and Heliosphe-ric Observatory) ha finalmente rilevato unanuova macchia solare dopo un periodo in

cui il disco solare si era mostrato completamente “blank”per più di 60 giorni consecutivi e per 225 giorni su 315nel 2008. Un lunghissimo periodo di latenza, come non sene vedeva dal 1954, che ha costretto gli esperti a riconsi-derare continuamente le loro previsioni sull’inizio di un24° ciclo solare ormai atteso da più di un anno.

Sebbene le rilevazioni di queste ultime settimane (chesegnalano un debolissimo avvio del nuovo ciclo) sembri-no aver scongiurato l’ipotesi del ripetersi di un profondo eprolungato minimo dell’attività solare, come fu ad esem-pio quello famoso di Maunder secoli fa o quello più re-cente di Dalton, rimane però la sensazione che questa pic-cola lacuna abbia creato una certa apprensione nella co-munità scientifica, anche perché a questo stato di cose siera aggiunta la notizia dell’indebolimento del vento sola-re, misurato dalla sonda Ulisse a livelli di potenza tra i piùbassi degli ultimi 50 anni.

Ce n’era quindi abbastanza per chiedersi se qualcosa dinuovo stesse avvenendo sul Sole, proprio in un periodo incui la nostra stella veniva coinvolta nei meccanismi chia-mati a spiegare la presunta crescita del riscaldamento glo-bale.

Cosa che abbiamo fatto girando la domanda a una deci-na di esperti, italiani e stranieri, di fisica solare, che ab-biamo poi coinvolto in un dibattito che ha sfiorato argo-menti che ci sono sembrati di straordinario interesse.

Alla fine ne è venuta fuori una vera e propria inchiestasul Sole, tra l’altro molto più estesa – grazie alla disponi-bilità degli intervistati – di quanto potessimo aspettarci,tanto da essere costretti a dividerla in due corposissimepuntate. Le risposte potranno apparire in qualche caso ri-petitive, ma abbiamo preferito presentarle nella loro inte-rezza per non privare il lettore di quelle sfumature che (perchi sa leggere con attenzione) meglio di altre cose riesco-no a definire la particolarità di ogni singolo punto di vista.

� Partiamo da un dato concreto. Da un po’ di tempo sista invano aspettando l’inizio del nuovo ciclo solare.Che significato dare a questo ritardo? Possiamo ricon-durlo a una normalissima fluttuazione statistica oppu-re potrebbe esserci qualche altra spiegazione?

Andretta – La parola “ritardo” avrebbe senso se il ciclo so-lare fosse un fenomeno esattamente periodico. Il valore di 11anni che convenzionalmente viene assegnato al “periodo” delciclo solare è in realtà un valore “medio”, per così dire. Ba-sta semplicemente esaminare, per esempio, un grafico di unindice di attività solare (media mensile) per rendersi contoche il ciclo solare proprio periodico non è, e che “ritardi” e“anticipi” si sono verificati più volte in passato.

Comunque, quanto al fatto che viene dato per certo, cioèche il prossimo ciclo di attività (il ciclo 24) non sia ancorainiziato, siamo proprio certi che sia davvero così?

UN’INCHIESTA SULL’AFFIDABILITÀ DELLA NOSTRASTELLA COME STABILE FONTE DI ENERGIA

“C’è qualcosa chenon va sul Sole?”

VINCENZO ANDRETTA, laureato in Fisica presso l’Università“Federico II” di Napoli, dopo il dottorato – incluso un periodo tra-scorso presso il National Solar Observatory di Tucson, Arizona

(USA) – ha lavorato alcuni an-ni prima in Irlanda del Nord(Armagh Observatory), e poipresso il Goddard Space FlightCenter della NASA (Greenbelt,Maryland, USA). Rientrato inItalia nel 1999, è ricercatoreastronomo presso l’Osserva-torio Astronomico di Capodi-monte.

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un ciclo al successivo, la polarità media data dalla legge diHale si inverte. E questo vuol dire che in realtà la duratamedia di un ciclo completo non è di 11 anni, ma di 22.

• Il secondo fatto empirico è che all’inizio di ciascun ciclo lemacchie tendono ad apparire a latitudini alte per poi appa-rire sempre più vicino all’equatore via via che l’attività so-lare si intensifica. Questo fenomeno, viene di solito benevidenziato dal diagramma di Maunder, o diagramma “afarfalla” [vedi Coelum n. 40, pag. 20 e n. 89, pag. 64].Venendo alla situazione attuale si vede che le macchie che

fino all’inizio di quest’anno apparivano mediamente vicinoall’equatore, ora cominciano ad apparire a latitudini alte. E lapolarità è opposta a quella del ciclo precedente…

Bemporad – Le osservazioni condotte nei secoli preceden-ti a partire dal 1600 sul numero di macchie solari presenti sul

Prima di rispondere a questa domanda, ci sono due fattiempirici sul ciclo di attività solare come è stato osservato nel-l’ultimo secolo e più di cui va tenuto conto:• il primo è che ad ogni ciclo di attività solare alcune pro-

prietà del campo magnetico solare, sia quello a larga scalache quello dei singoli gruppi di macchie si invertono. Inparticolare, le macchie solari tendono a disporsi general-mente in due gruppi (al limite: in coppie) disposti nella di-rezione est-ovest. In questo caso la polarità magnetica deidue gruppi è opposta, e si inverte tra i due emisferi. Cioè:se la polarità del gruppo “avanzante” (leading, nel sensodella rotazione solare) è, poniamo, positiva, il gruppo “se-guente” (trailing) ha polarità negativa. E se i gruppi di mac-chie nell’emisfero nord tendono ad avere la polarità trai-ling/negativa-leading/positiva, il contrario accade nell’emi-sfero sud: trailing/positiva-leading/negativa. Tra l’altro, da

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disco hanno dimostrato non solo l’esistenza del noto ciclo so-lare, ma anche il fatto che questo ciclo non è assolutamente“periodico” nel senso stretto di questo termine. La durata delciclo solare è infatti come è noto di circa 11 anni, ma questaè solo una durata media: lo studio della serie storica di mac-chie solari e gruppi di macchie osservati a partire dall’anno1610 ha portato a determinare la durata del periodo medio pa-ri a 11,1 ± 1,5 anni e 11,0 ± 2,0 anni rispettivamente dai mi-nimi e dai massimi solari successivi (Rogers et al., ApJ,2005).

Sono stati storicamente osservati cicli particolarmente bre-vi (fino a soli 8 anni) come altri particolarmente lunghi (finoa 12 anni) e sembra dimostrato che nei cicli più brevi il Soleè anche più attivo (ossia si ha la formazione di un maggiorenumero di macchie solari) e viceversa (si veda Du, AJ, 2006).Da studi di questo tipo è stato concluso che il prossimo ciclo

solare (il numero 24) sarà leggermente più intenso del prece-dente, nel senso che si attende un massimo numero di Wolfdi macchie solari attorno a 150 ± 20, contro le 134 di piccodel ciclo 23.

Si deve però tenere presente che questo non comporterà co-munque un’attività molto più elevata del “normale”; si pensainfatti che potrebbe esserci una certa “stabilità” nell’energiarilasciata globalmente nel corso di un ciclo solare. La varia-bilità osservata tra un ciclo ed il successivo ha forse un an-damento periodico e un notevole numero di periodi secolarisono stati introdotti in letteratura quali i cicli di Gleissberg(70-90 anni), di Suess (200-230 anni) e di Hallstatt (circa2300 anni), proprio per “giustificare” questi comportamentiapparentemente anomali del Sole. Ad oggi tuttavia non esisteuna spiegazione conclusiva sulle differenze osservate nei va-ri cicli solari, ma sicuramente non si tratta di semplici “flut-

Ciclo Periodo Mesi

1 Marzo 1755 - Giugno 1766 1352 Giugno 1766 - Giugno 1775 1083 Giugno 1775 - Settembre 1784 1114 Settembre 1784 - Maggio 1798 1645 Maggio 1798 - Dicembre 1810 1516 Dicembre 1810 - Maggio 1823 1497 Maggio 1823 - Novembre 1833 1268 November 1833 - Luglio 1843 1169 Luglio 1843 - Dicembre 1855 14910 Dicembre 1855 - Marzo 1867 13511 Marzo 1867 - Dicembre 1878 14112 Dicembre 1878 - Marzo 1890 135

Ciclo Periodo Mesi

13 Marzo 1890 - Febbraio 1902 14314 Febbraio 1902 - Agosto 1913 13815 Agosto 1913 - Agosto 1923 12016 Agosto 1923 - Settembre 1933 12117 Settembre 1933 - Febbraio 1944 12518 Febbraio 1944 - Aprile 1954 12219 Aprile 1954 - October 1964 12620 Ottobre 1964 - Giugno 1976 14021 Giugno 1976 - Settembre 1986 12322 Settembre 1986 - Maggio 1996 11623 Maggio 1996 - Settembre 2008 (?) 14824 Settembre 2008 - ?

LISTA DELLA DURATA DEI 24 CICLI SOLARI(calcolata da minimo a minimo) finora registrati a partire dal 1755

In alto. La lista dei 23 cicli finora registrati mostra, pur con una regolarità media di circa 11anni, delle sostanziali differenze nella durata che vengono meglio colte esaminando la lunghezzadi ogni ciclo conteggiato in mesi.

ALESSANDRO BEMPORAD èRicercatore presso l’Osservato-rio Astronomico di Torino. Lau-reatosi in Fisica nel 2002 all’Uni-versità di Firenze, ha svolto fino-ra la propria ricerca nel campodella fisica solare, in particolaresulle osservazioni spettroscopi-che della corona solare tramitel’analisi di dati SOHO/UVCS ed ilconfronto con dati Ulysses. Ècoinvolto in collaborazioni nazio-nali e internazionali.

In alto. Un grafico che mette in relazione l’indice di attività della fotosfera solare, (espresso dal cosiddetto “numero di Wolf” dellemacchie) con un periodo di circa 4 secoli, evidenzia la semiregolarità del ciclo undecennale, comunque variabile in intensità e in du-rata. Si noti la quasi nulla attività durante il “Minimo di Maunder” e quello meno accentuato del “Minimo di Dalton”, che agli ini-zi del 19° secolo potrebbe essere stato la causa di un forte irrigidimento del clima. La linea continua nera visualizza arrotondandolol’andamento medio dell’attività.

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tuazioni statistiche”: qualcosa nei meccanismi di dinamo so-lare alla base del ciclo provoca le variazioni osservate, forseproprio l’influenza gravitazionale dei pianeti solari [ne par-liamo tra un po’ NdR.].

Berrilli – Il minimo a cui stiamo assistendo, tra la fine del ci-clo 23 e l’inizio del 24, ha una durata che è assolutamentenormale. Il minimo solare del 1933 ebbe una durata assai piùlunga di quello attuale (circa il doppio) e come molti sannonel 1645 iniziò un minimo che durò per circa 70 anni, notocome il minimo di Maunder. Recentemente, comunque, sonostate osservate le prime macchie appartenenti al nuovo ciclo.

In sostanza, alla domanda “c’è qualcosa che non va nelSole?” possiamo rispondere con le stesse parole di DavidHathaway, fisico solare della NASA: “assolutamente nulla”.

Cauzzi – Per ora l’ipotesi più accreditata è quella della flut-tuazione statistica. Dopo il famoso minimo di Maunder (chedurò quasi 70 anni!), negli ultimi 250 anni la durata media delciclo solare risulta di 131±14 mesi. Quello attuale (il 23°) fi-nora è durato 145 mesi, quindi siamo ancora all’interno diuna singola deviazione standard. Inoltre, cicli con periodi diminimo molto lunghi sono stati osservati diverse volte, adesempio quelli di inizio 1900, che sono stati poi seguiti da ci-cli più brevi e anche più intensi. Infine, fatto già ricordato daaltri, nelle ultime settimane sono comparse piccole regioni at-tive con la polarità magnetica del nuovo ciclo e altri indica-tori di attività coronale, segnali che il nuovo ciclo è già co-minciato, anche senza macchie.

È chiaro comunque che per gli studiosi del Sole questo pe-riodo senza grosse manifestazioni di attività comincia ad es-sere un po’ noioso… Scherzi a parte, uno dei problemi del ci-clo solare è che i modelli di dinamo [di cui si parlerà in se-guito NdR] non sembrano ancora sufficientemente completida poter prevedere in maniera accurata le varie manifestazio-ni di attività, per cui non abbiamo un riferimento a cui risali-re per dire con certezza se stiamo assistendo ad una sempli-ce fluttuazione o meno.

A sinistra. Come si può vederedal diagramma, il periodo dicompleta assenza di macchiefatto registrare nel 2008 è tra ipiù lunghi dell’ultimo secolo:circa 250 giorni non consecu-tivi stimati per la fine dell’annoe 225 realmente conteggiati fi-no al 15 novembre.La peculiarità di questa situa-zione si desume anche dal con-teggio dei giorni consecutivi diblank (disco solare completa-mente privo di macchie), chevede il 2008 in seconda posi-zione (dopo l’anno 1913) grazieal periodo dal 22 luglio a tuttosettembre.

A destra. In alto, la polarità magnetica di un gruppo o di unacoppia di macchie, che è sempre opposta nei due emisferi delSole, si inverte all’inizio di ogni ciclo. Ciò permette di identifi-care con una certa sicurezza l’inizio del nuovo ciclo, caratteriz-zato anche dal fatto che all’inizio del ciclo le macchie com-paiono a latitudini solari molto più elevate. Quadro inferiore. Il4 gennaio 2008 fu proprio la comparsa di una macchia a pola-rità invertita nell’alto emisfero nord (la NOAA 981) a far pensa-re che il ciclo 24 si stesse avviando. Da notare come nel perio-do di transizione possano essere presenti macchie apparte-nenti a cicli diversi.

30 DICEMBRE 2008

Hathaway – In effetti l’inizio del nuovo ciclo si è fatto unpo’ attendere. Dalle ultime osservazioni, però, sembra proprioche l’attività solare abbia finalmente superato il minimo e chelentamente stia per partire il Ciclo 24. I mesi di luglio e ago-sto di quest’anno hanno visto un numero medio giornaliero dimacchie solari pari a 0,5. In settembre il valore è stato di 1,1e in ottobre è passato a 2,9. Ciò che più conta, poi, è che deicinque gruppi di macchie solari osservati in ottobre ben quat-tro appartenevano al nuovo ciclo (ricordiamo che le macchiedel nuovo ciclo appaiono a latitudini più elevate e hanno po-larità magnetica invertita).

Il minimo precedente si è verificato 12 anni fa, dunque ilCiclo 23 è stato più lungo della media, ma ancora entro i ter-mini di normali variazioni. La lunghezza media degli ultimi23 cicli, infatti, è di 131 mesi con una deviazione standard di14 mesi.

Oliviero – È noto che il numero di macchie sulla superficiesolare varia con un ciclo di circa undici anni. Ora siamo in unminimo di attività particolarmente lungo, ma la durata di que-sto minimo è ancora compresa nella normale fluttuazione sta-tistica del ciclo solare.

Pasachoff – Sembra proprio che il lento declino del nume-ro di macchie fino a zero abbia ulteriormente rallentato,estendendo in tal modo il minimo. Certo che ci sarebbe un belpo’ da divertirsi se rimanesse così basso per un po’, ma lo sa-rebbe anche per il contrario. In ogni caso la situazione nonsarebbe affatto ancora del tutto al di fuori dei suoi limiti.

Nelle mie pagine web (www.williams.edu/astronomy/sun)ho inserito specifici collegamenti che danno la possibilità diconsultare le osservazioni delle sonde e i dati relativi al nu-mero di macchie solari. Segnalo inoltre, sempre online, il miolibro “A Complete Idiot’s Guide to the Sun”.

Tornando alla domanda, il bassissi-mo numero di macchie solari che siosserva quest’anno potrebbe esseresolo una fluttuazione statistica. Do-vremmo lasciar trascorrere un altroanno o due con poche o nessuna mac-chia per cominciare a preoccuparci.Le ultime osservazioni, comunque, cihanno mostrato la presenza di ungruppo di macchie alle alte latitudinie questo ci dice che la speranza non èperduta.

Ramelli – Osservando l’andamentodell’attività solare si notano consi-stenti differenze fra un ciclo e l’altro.Ogni ciclo ha le sue particolarità. Cisono cicli con attività più marcata dialtri; cicli leggermente più lunghi dialtri, ecc. Negli ultimi decenni i ciclihanno presentato un’attività massimapiù intensa del solito. Nel diciassette-simo secolo vi è stato addirittura unlungo periodo di circa 60 anni chia-mato “minimo di Maunder” in cuil’attività solare era stata praticamenteassente. Dunque non deve stupirci piùdi quel tanto un ritardo nell’apparizio-

ne del nuovo ciclo solare. È chiaro che se questa quasi as-senza di attività solare si protrarrà ancora per qualche anno citroveremmo di fronte ad una situazione alquanto inusuale.

Dobbiamo sottolineare come le conoscenze relative al ci-clo solare sono essenzialmente di natura fenomenologica.Possiamo fare uno studio statistico di cosa succede ma nonsiamo ancora in grado di trovare delle spiegazioni di naturateorica sull’andamento statistico di quanto si osserva. In que-sto contesto definire quando una fluttuazione statistica è nor-male o meno non ha molto senso.

Zuccarello – Le osservazioni dei vari fenomeni di attivitàsolare, e fra questi assumono un ruolo preminente le macchie,hanno mostrato che il Sole alterna dei periodi di grande atti-vità, caratterizzati dalla presenza di un grande numero dimacchie, facole, protuberanze e fenomeni a rapida evoluzio-ne, quali brillamenti (o flares) ed eruzioni di massa coronale(o CME), a periodi in cui la sua atmosfera appare “indistur-bata”. L’intervallo di tempo medio fra un massimo e l’altro è

di circa undici anni: per questo motivo siparla di ciclo undecennale. Il 2007 è statol’anno in cui si è registrato l’ultimo mini-mo e ci si aspettava, su base statistica, chedurante il 2008 le varie manifestazioni diattività solare, e fra queste le macchie, ri-prendessero a mostrarsi nell’atmosfera so-lare. Sempre su base statistica, è stato ap-purato che in prossimità dei minimi e nel-le fasi iniziali del nuovo ciclo (quello ap-pena iniziato è il XXIV ciclo) si può ave-re una fase di sovrapposizione fra macchiedel ciclo precedente e macchie del nuovociclo.

A questo proposito, è opportuno ricor-dare che i fisici solari hanno a disposizio-ne alcune informazioni per determinare seun gruppo di macchie che si forma in fo-tosfera appartiene al vecchio ciclo o aquello nuovo: una riguarda la latitudinesolare (quindi la distanza angolare dall’e-quatore) poiché all’inizio di un nuovo ci-clo le macchie tendono a formarsi alle al-te latitudini (circa 35°-40°), mentre quelleappartenenti al ciclo precedente si forma-no in prossimità dell’equatore solare; l’al-tra informazione riguarda la polarità ma-gnetica delle macchie, poiché nell’ambito

MAURIZIO OLIVIERO siè laureato in fisica conuna tesi sulle regioni at-tive del Sole ed ha con-seguito il dottorato conuna tesi sulla misuradelle oscillazioni solari.Dal 2000 è ricercatoreastronomo presso l’Os-servatorio Astrofisico diCatania, settore Fisicasolare. Si occupa anche di osservazioni stellari mirate all’i-dentificazione di possibili pulsazioni di nane brune.

FRANCESCA ZUCCARELLO è Profes-sore Associato all’Università degliStudi di Catania, dove tiene i corsi diFisica Solare e Magnetoidrodinami-ca. Svolge ricerca nell’ambito dei fe-nomeni di evoluzione delle regioni at-tive nell’atmosfera solare, con parti-colare riguardo ai fenomeni eruttivi(brillamenti). È responsabile scientifi-co per l’INAF del progetto EST (Euro-pean Solar Telescope), un telescopiodi 4 metri per osservazioni ad alta ri-soluzione dell’atmosfera solare.

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di uno stesso ciclo le macchie che precedono nel verso dellarotazione (quindi quelle più a ovest) hanno tutte la stessa po-larità in un emisfero e polarità opposta nell’altro emisfero.Nel ciclo successivo le polarità delle macchie che precedonoè invertita. Di conseguenza, l’osservazione di un gruppo dimacchie formatosi ad alta latitudine solare e con polarità ma-gnetiche invertite rispetto al ciclo appena trascorso, può es-sere interpretata come un “messaggio” che il Sole è entratonel nuovo ciclo solare. Una osservazione di questo tipo erastata effettuata a gennaio di quest’anno, e si pensava che daquel momento in poi sarebbe stato possibile osservare mac-chie, e fenomeni di attività correlati, in numero crescente.Tuttavia, per tutto l’anno, il numero di macchie osservate suldisco solare è stato estremamente esiguo, contrariamente al-le aspettative.

Si ritiene che questa possa essere considerata una fluttua-zione statistica, ma se questo stato di cose dovesse perdurarenei prossimi mesi (o anni), si potrebbe iniziare a pensare chequalcosa di più complesso sta avvenendo sul Sole.

� Anche se sappiamo che sarà piuttosto difficile conte-nere la risposta in una manciata di righe, è comunqueinevitabile che si butti sul tappeto il problema dell’ori-gine del ciclo solare. Secondo gli studi più recenti, qualè il meccanismo fisico che determina il fenomeno? Acosa è imputabile la periodicità undecennale che ca-ratterizza il Sole?

Bemporad – La scoperta dell’esistenza del ciclo solare ri-sale a più di 400 anni fa quando, grazie a Galileo, prese il via

l’osservazione continua che ne mise in evidenza la nota pe-riodicità undecennale. Nessuna speculazione sull’origine diquesto ciclo fu possibile però fino alla scoperta del magneti-smo solare (Hale, 1908), che permise anche la formulazionedelle due leggi empiriche di Hale secondo le quali 1) le mac-chie si formano sempre in coppie di polarità opposta, unamacchia che precede ed una che segue il senso di rotazionesolare, e 2) la polarità delle coppie di macchie si inverte daun ciclo al successivo, dando luogo ad un ciclo complessivodi circa 22 anni (ciclo di Hale). Fondamentale per la formu-lazione di teorie che spiegassero il magnetismo solare fu poila scoperta della migrazione che avviene nel corso di ogni ci-clo nella formazione delle coppie di macchie da latitudini in-termedie (circa 30°) fino all’equatore (Maunder, 1913).

In particolare, seguendo la velocità di rotazione di macchiea latitudini diverse è emerso che il Sole non ruota come uncorpo solido, ma in modo differenziale (come avviene neifluidi), ossia con una velocità di rotazione massima all’equa-tore e progressivamente decrescente verso i poli. Dall’osser-vazione infine della granulazione solare fotosferica è statodedotto che il plasma solare segue dei complessi moti con-vettivi turbolenti (simili a quelli che avvengono in un comu-ne liquido in ebollizione) e la costruzione del cosiddetto “mo-dello solare standard” ha permesso di stabilire che tali motiavvengono nell’interno del Sole solo in uno strato compresotra la superficie solare ed una distanza di circa 0,7 raggi so-lari dal suo centro, risultato poi recentemente confermato da-gli studi più recenti di eliosismologia.

Proprio questi studi hanno inoltre permesso di stabilire cheinvece la parte più interna del Sole (compresa entro circa 0,7raggi solari, in cui il trasporto dell’energia avviene radiativa-

In alto. Il grafico, elaborato da David Hathaway, mostra l’andamento dell’attività solare registrato dal Ciclo 23 e le più aggiornate pre-visioni per quello del Ciclo 24. Come si può notare, il minimo del Ciclo 23 si è trascinato molto più a lungo del previsto, il che fa ipotiz-zare che il prossimo sarà più corto e più intenso.

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mente) non ruota in modo differenziale, ma come un corporigido. Queste scoperte hanno portato alla formulazione del-le prime teorie sui possibili meccanismi che causano il ma-gnetismo solare: alla base di queste teorie c’è l’ipotesi che ilcampo magnetico del Sole sia prodotto dai moti del fluidoelettricamente conduttivo che lo compongono, ossia del pla-sma (gas altamente ionizzato) solare.

Spiegare come i complessi moti del plasma all’interno delSole possano generare i campi magnetici osservati sulla suasuperficie e produrre un comportamento periodico undecen-nale vuol dire costruire una teoria detta della “dinamo sola-re”. La costruzione di modelli di questo tipo è estremamentecomplessa: la teoria deve spiegare in particolare come il cam-

po magnetico sostanzialmente dipolare (allineato parallela-mente ai meridiani solari) osservato nel minimo del ciclo so-lare, detto campo poloidale, possa essere trasformato nel cor-so del ciclo in un campo con intensa componente toroidale(ossia allineato lungo i paralleli) e come poi, raggiunto ilmassimo, il Sole sia in grado di ricostruire di nuovo la confi-gurazione poloidale iniziale del campo per tornare al minimodi attività. Si ritiene oggi che la trasformazione del campo dapoloidale a toroidale avvenga per effetto della rotazione dif-ferenziale (noto anche come effetto-omega, da un’idea diBabcock), mentre la trasformazione inversa avverrebbe so-stanzialmente a causa della forza di Coriolis che agisce sullebolle di plasma in ascesa all’interno del Sole in rotazione (no-

A destra. Una delle caratteristi-che più importanti del Sole daconsiderare per comprenderecome funzioni la dinamo solareè quella del progressivo “attor-cigliamento” delle linee delcampo magnetico nel corso diun ciclo. Il Sole, infatti non ruotacome un corpo solido, ma conuna velocità di rotazione massi-ma all’equatore e progressiva-mente decrescente verso i poli.

In alto. Uno spaccato del Sole mostra tutte le più importanti caratteristiche fisiche utili alla comprensione del cosiddetto modello didinamo solare, al momento la teoria più accreditata per spiegare l’attività magnetica della nostra stella.

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to come effetto-alpha).La ricerca delle possibili cause del ciclo solare non ha fi-

nora trovato una risposta del tutto soddisfacente, ma si ritie-ne che alla base ci siano i moti di plasma che avvengono trazona radiativa e zona convettiva, ossia nel sottile strato ditransizione tra rotazione rigida e rotazione differenziale loca-lizzato attorno a 0,7 raggi solari e denominato tachocline. Quiviene probabilmente generata per rotazione differenziale l’in-tensa componente toroidale del campo solare: gli elevati cam-pi magnetici qui indotti provocherebbero (per pressione ma-gnetica) la formazione di locali bolle di plasma meno densodel plasma circostante e quindi la loro ascesa verso la super-ficie (per spinta di Archimede) provocando infine l’emersio-ne e la formazione delle macchie solari. Similmente si ritie-ne che anche la componente poloidale del campo sia genera-ta in prossimità della tachocline, alla base della zona convet-tiva dove moti turbolenti discendenti del plasma sarebbero ingrado di “ritrascinare” verso il basso la componente toroida-le del campo e riconvertirla nella componente poloidale, dan-do inizio ad un nuovo ciclo solare. Modelli di questo tipo so-no detti “dinamo di interfaccia”.

Andretta – Brevemente: si ritiene che l’attività magneticadel Sole sia dovuta al fenomeno di “dinamo” attivato dai mo-ti turbolenti di trasporto di energia (moti di convezione) chenel Sole interessano una parte del suo interno, fino a poco sot-to la superficie. Il “seme” iniziale potrebbe essere il campomagnetico che permeava la nube primordiale da cui si è for-mato il Sistema solare. E i moti turbolenti del plasma alta-mente magnetizzabile dell’interno del Sole fornirebbero lecorrenti necessarie per attivare un fenomeno di dinamo.

Che la convezione interna del Sole sia un elemento essen-ziale è poi confermato anche dal fatto che fenomeni di atti-vità magnetica (macchie, cromosfere, corone) si osservanoproprio in quelle stelle che come il Sole presentano al loro in-terno, secondo le teorie dell’interno ed evoluzione stellare,una regione di convezione. In molti casi, si osservano anchecicli analoghi a quello solare.

Tra l’altro, un meccanismo di dinamo simile si pensa che

operi anche nel nucleo terrestre, dove il fluido turbolento cheopera sarebbe la parte liquida del nucleo di ferro-nickel. E siricordi che i dati geologici mostrano che in effetti anche ilcampo magnetico terrestre sembra avere in passato subitodelle inversioni di polarità, un po’ come il Sole. Comunque,nelle forme generalmente accettate, la teoria della dinamo so-lare può avere soluzioni periodiche o quasi periodiche, chespiegherebbero il ciclo di 22 anni.

Va detto tuttavia che molti aspetti e problemi della teoriadella dinamo solare (e stellare) non sono tuttora interamentechiari. Non solo: se la teoria della dinamo solare deve spiega-re le caratteristiche attuali del ciclo solare (la quasi-periodi-cità, la legge di Hale della polarità magnetica, e così via), de-ve poi anche spiegare perché per quasi un secolo la dinamosolare si è “spenta” in corrispondenza con il “minimo diMaunder”.

Il fenomeno è certamente reale, e non dovuto a mancanzadi osservazioni, frequenti e anche sistematiche fin da poco do-po la scoperta di Galilei. E sembrerebbe confermato anche daidati sulle osservazioni di aurore boreali in quel periodo, altrofenomeno strettamente legato all’attività solare.

Come si vede, anche una stella così vicina, e molti pensa-no debba essere ben conosciuta, presenta in realtà parecchimisteri, e questo della dinamo è solo uno…

Berrilli – Si tratta di domande chiave dell’astrofisica solare.Innanzi tutto occorre precisare che è più corretto parlare delciclo solare di 22 anni (ciclo di Hale) durante il quale, oltre avariare il numero di macchie, si tiene conto anche dell’inver-sione di polarità del campo magnetico solare.

Facendo un parallelo culinario, direi che abbiamo capitoquali sono gli ingredienti base della ricetta (ad esempio: ilcampo magnetico, la convezione, la rotazione differenzialedel Sole, ecc…) e grossomodo abbiamo intuito come debba-no essere mescolati per ottenere una quasi regolarità.

Non abbiamo invece ancora capito come unire e cuoceretutti gli ingredienti per ottenere un ciclo che duri circa 22 an-ni e che sia compatibile con la presenza di lunghi periodi diinattività, come fu per il minimo di Maunder.

34 DICEMBRE 2008

Cauzzi – Il ciclo magnetico solare si ritiene che sia origina-to da un meccanismo di dinamo operante nell’interno del So-le. La rotazione differenziale amplifica ed “attorciglia” nelladirezione della rotazione il campo magnetico originariamen-te diretto lungo l’asse di rotazione del Sole. Al momento l’i-dea prevalente è quella di una dinamo che funziona essen-zialmente in una sottile zona di interfaccia tra la zona con-vettiva e l’interno radiativo, chiamata tachocline. Ciò per-mette di “immagazzinare” il campo magnetico per un temposufficiente alla sua amplificazione, e quindi alla sua emersio-ne in forma di “tubi di flusso magnetico” quando si sviluppaun’instabilità, provvedendo a una periodicità adeguata alleosservazioni. Questa teoria è supportata dai risultati eliosi-smologici ottenuti recentemente con MDI su SOHO, chehanno mostrato come in questa zona si verifichino bruschicambiamenti nella velocità di rotazione del plasma solare. Un altro ingrediente fondamentale per l’operato della dinamosolare è quello dei cosiddetti moti meridiani (meridionalflows), ovvero moti lungo linee meridiane, che alla superfi-cie trasportano plasma e campo magnetico “residuo” dall’e-quatore verso i poli. In profondità questi moti provvedono altrasporto di plasma nel senso opposto, con una durata tipicache dovrebbe essere intorno ai 20 anni, simile a quella del ci-clo solare (per ora i moti meridiani sono stati misurati solo al-la superficie).

Va comunque detto che il funzionamento della dinamo so-lare è ancora oggetto di grosse discussioni e controversie enon esiste ancora un modello di dinamo solare “autoconsi-stente”. Recentemente, per esempio, ha suscitato molta di-scussione un modello di dinamo solare sviluppato all’HighAltitude Observatory di Boulder (USA), contenente ancheelementi di predizione. Usando dati di cicli precedenti, il mo-dello è stato in grado di ricostruire fedelmente durata e am-piezza degli ultimi 8 cicli. A inizio 2006 la previsione del mo-dello fu che il ciclo successivo (il numero 24) sarebbe statomolto intenso e sarebbe cominciato in ritardo, anche di un an-no (ovvero fino a metà 2008). Era questa una combinazioneparticolare, visto che storicamente i cicli intensi si sono svi-luppati “velocemente”. Inoltre, diversi studiosi hanno avan-zato critiche sulle proprietà predittive vere e proprie di que-sto tipo di modelli, in quanto esistono correlazioni “nascoste”all’interno dei dati stessi utilizzati come input, essenzialmen-te prodotte dal sovrapporsi di cicli successivi. Per ora la pre-dizione di un ritardo si è dimostrata vera (fin troppo...), ma

quanto alla intensità del ciclo ci si potrà pronunciare solo neiprossimi anni.

Hathaway – Il ciclo delle macchie solari ha una natura ma-gnetica. All’interno del Sole il campo magnetico viene tra-scinato dalle circolazioni interne dovute alla elevata tempe-ratura e allo stato di ionizzazione dei gas. Sono due le circo-lazioni interne particolarmente importanti. Una è detta rota-zione differenziale e comporta che le regioni equatoriali ruo-tino più rapidamente di quelle polari. Questa circolazione tra-scina il campo magnetico e lo costringe ad avvolgersi moltevolte intorno al Sole durante il periodo di 11 anni. Questorende il campo magnetico più intenso. Quando ha raggiuntouna elevata intensità riesce a far espandere il gas che rac-chiude, lo spinge verso la superficie dove quell’eruzione simanifesta come macchia solare.

La seconda circolazione è detta circolazione meridiana edescrive un flusso di gas che risalgono dalle regioni internedel Sole lungo l’equatore solare e si diffondono superficial-mente in ciascun emisfero fino a raggiungere i poli. Questigas poi si immergono in profondità nelle regioni polari, e dalì ritornano verso l’equatore. È questo flusso profondo versol’equatore responsabile, probabilmente, della periodicità di11 anni del ciclo di macchie solari; ed è talmente lento e ilSole talmente grande che occorrono circa 11 anni per con-durre gli intensi campi magnetici che hanno originato le mac-chie, dalle medie latitudini – in cui hanno fatto la loro primacomparsa – fino all’equatore.

Durante l’ultimo ciclo, durato dall’autunno del 1996 al-l’autunno 2008, questa circolazione meridiana è stata moltolenta e ciò ha contribuito a rendere il Ciclo 23 più lungo del-la media.

Oliviero – Secondo un modello originariamente proposto daBabcock (1961), la periodicità undecennale è il risultatocombinato del campo magnetico solare e della rotazione dif-ferenziale del Sole. Il Sole non ruota come un corpo rigido,ma ha una velocità angolare maggiore all’equatore e minoreman mano che si va verso i suoi poli. Le linee di forza delcampo magnetico inizialmente disposte come un dipolo ma-gnetico sono “trascinate” in questo moto di rotazione e manmano distorte fino ad emergere in superficie creando le mac-chie solari. Inoltre la polarità del campo magnetico solareviene in questo modo invertita, cioè il polo sud magnetico e

GIANNA CAUZZI è ricercatore astronomo all’OsservatorioAstrofisico di Arcetri (Firenze). Si occupa di fisica solare, inparticolare delle interazioni tra campo magnetico e moti delplasma nella bassa atmosferadel Sole e fenomeni di attività.Negli ultimi anni, si è dedica-ta principalmente allo studiodella dinamica della cromo-sfera quieta e della propaga-zione di onde in strutture ma-gnetiche. È membro dell’Or-ganizing Committee dellacommissione 12 dell’IAU; delBoard dell’European SolarPhysics Section; dello Scien-ce Working Group di ATST.

DAVID H. HATHAWAY, fisico solare, svolge attività di ricercapresso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville(Alabama), dove è responsabile del Solar Physics Group. Si oc-cupa dello studio dei flussi dimassa dalla superficie del So-le attraverso l’analisi di imma-gine ottiche e video. Con PaulMeyer ha sviluppato unsoftware, VISAR (Visual ImageStabilization and Registra-tion), in grado di minimizzare ilrumore e le imperfezioni pre-senti nelle immagini. VISAR hatrovato anche applicazioni incampo legale a supporto a in-dagini di polizia.

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quello nord si scambiano. Ne risulta un ciclo di circa undicianni nel numero di macchie, e di circa ventidue anni per lapolarità del campo magnetico solare.

Pasachoff – Il ciclo ha a che fare con la rotazione differen-ziale – cioè differenti velocità a differenti profondità – pre-sente all’interno del Sole e con il campo magnetico ad essacollegato. È interessante che si siano trovati cicli simili anchein altre stelle, uno studio che possiamo fare esaminando neiloro spettri le righe di emissione del calcio. Anche questi ci-cli osservati in altre stelle hanno durata di una decina d’annio giù di lì.

Ramelli – Come detto in precedenza, lo studio dei cicli edelle variazioni dell’attività solare sono stati finora soprattut-to di natura osservativa e fenomenologica. I meccanismi fisi-ci all’origine dei cicli solari si possono comunque intuire a

grandi linee: al minimo di attività, il Sole presenta un campomagnetico che a livello globale ha soprattutto una strutturadipolare e che dunque è orientato lungo i meridiani. La rota-zione differenziale (cioè il fatto che all’equatore il Sole ruo-ta più velocemente che ai poli) distorce il campo magneticoe genera delle componenti di campo magnetico toroidali(orientate parallelamente all’equatore solare) che si traducenella comparsa di macchie. Al massimo di attività il campomagnetico globale diventa molto più complesso e caotico. Al-la fine del ciclo il Sole si ripresenta nuovamente con un cam-po magnetico globale prettamente dipolare ma con polaritàinvertite.

Questi sono in grandi linee e in maniera semplificata i prin-cipi alla base del ciclo. Tuttavia non si può dire di aver com-preso fino in fondo quanto si osserva. L’attività solare è mol-to complessa e caotica. Non si è ancora riusciti a costruire deimodelli che riproducano in modo soddisfacente ciò che si os-serva. A livello teorico c’è ancora molto da fare.

Zuccarello – Secondo le teorie più accreditate, il meccanismofisico (noto con il termine di “dinamo solare”) che determina ilciclo di attività del Sole è dovuto all’interazione di alcuni feno-meni: convezione turbolenta – rotazione differenziale – flussimeridiani. A causa di questi fenomeni il campo magnetico ge-nerale che pervade il Sole cambia periodicamente la sua confi-gurazione, passando da una struttura poloidale a una strutturatoroidale e poi nuovamente a quella poloidale. Per essere piùchiari, diciamo che quando la configurazione è poloidale, le li-nee del campo magnetico sono dirette lungo i meridiani solari,mentre quando la configurazione è toroidale, le linee del cam-po sono dirette lungo i paralleli.

Consideriamo una configurazione inizialmente poloidale:le linee del campo magnetico scorrono quindi lungo i meri-diani e le particolari condizioni fisiche presenti nel Sole (ciriferiamo soprattutto ad una regione dell’interno solare postaall’incirca alla base della zona convettiva), caratterizzate dauna elevata conducibilità elettrica, fanno sì che le linee delcampo vengano “trascinate” dal gas solare nel suo moto di ro-tazione. Tuttavia, sappiamo anche che il Sole è dotato di unarotazione differenziale, per cui le regioni più vicine all’equa-tore hanno una velocità angolare maggiore delle zone più vi-cine ai poli. La conseguenza di questi fenomeni è che le lineedel campo vengono deformate fino a quando diventano pa-rallele all’equatore e si perviene quindi ad una configurazio-ne toroidale. In questo passaggio da una configurazione al-l’altra si ha anche una intensificazione del campo magneticoe ciò porta successivamente alla emersione di parti di questocampo, sottoforma di “tubi di flusso magnetico”, i quali pos-sono emergere negli strati sovrastanti (fase caratteristica delmassimo di attività). È proprio dalla interazione di questi tu-bi di flusso emergenti con il gas dell’atmosfera solare che siformano le macchie e tutti gli altri fenomeni a cui abbiamoaccennato precedentemente.

Ma come avviene il passaggio dalla configurazione di cam-po toroidale a quella poloidale? Per capire questo fenomeno,ricordiamo che al di sotto della fotosfera solare (che possia-mo interpretare come la superficie visibile del Sole), l’ener-gia originariamente prodotta nel nucleo in seguito alle rea-zioni di fusione nucleare, e poi condotta nella zona circo-stante per radiazione, viene trasportata per convezione, quin-di mediante un tipo di trasporto di energia che implica ancheun movimento di materia (celle di gas o plasma). È proprio

In alto. Periodici cambiamenti di luminosità che gli esperti han-no attribuito alla presenza di macchie solari (ovviamente di pro-porzioni gigantesche a causa dell’effetto di selezione osserva-tiva) sono stati rilevati anche su parecchie altre stelle, il checonsente di ipotizzare che meccanismi come quello della dina-mo solare siano abbastanza comuni nella popolazione stellare.Ne è un esempio la gigante rossa HD 12545, situata nel Trian-gulum a 1076 anni luce di distanza.

JAY MYRON PASACHOFF è Direttore dell'Hopkins Observa-tory e Field Memorial Professor di Astronomia presso il Wil-liams College di Williamstown (Massachusetts).Si occupa soprattutto di pro-blematiche solari studiandoda qualche anno in modospecifico la corona solare inoccasione delle eclissi totali.Molto attivo nella divulgazio-ne e nella didattica (è autoredi numerosi testi), nel 2003ha ricevuto l'Educational Pri-ze dell'American Astronomi-cal Society.Attualmente è distaccato per un anno di ricerca presso il Ca-lifornia Institute of Technology di Pasadena (California).

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dall’interazione fra la convezione turbolenta, i flussi meri-diani (cioè flussi di gas lungo i meridiani) e porzioni del cam-po toroidale, che si perviene nuovamente ad una configura-zione poloidale (fase caratteristica del minimo di attività).

� In concomitanza con questo ritardo di inizio del nuo-vo ciclo solare si assiste al rilancio di alcune teorie cheimputano la modulazione dei cicli solari all’influenzagravitazionale dei pianeti (soprattutto Giove), chia-mando in causa lo spostamento del baricentro del Si-stema solare rispetto al centro di massa del Sole. Quan-to c’è di attendibile in queste teorie? Qual è la reale in-fluenza del sistema planetario sul funzionamento dellanostra stella?

Andretta – Mi sembra di capire che, analizzando il moto delSole rispetto al baricentro del Sistema solare, alcuni autoritrovano una similarità tra le principali frequenze (essenzial-mente il periodo di rotazione di Giove) con il ciclo solare.Devo ammettere che non mi è completamente chiaro quantosignificative siano queste correlazioni, e quanto la somi-glianza tra le frequenze si traduca in un’altrettanto significa-tiva correlazione in fase. E il minimo di Maunder? Non a ca-so alcuni articoli al riguardo considerano solo dati dal 1734in poi.

Comunque, mi sembra chiaro che si tratta, appunto, di cor-relazioni statistiche di cui, se confermate, sarebbe interessan-te esplorare le ragioni fisiche. Probabilmente qualche collegapiù addentro di me nella teoria della dinamo solare potrebbeforse esprimere un parere più qualificato.

Bemporad – Benché il Sole contenga oltre il 99% dellamassa di tutto il Sistema solare, trasporta solo il 2% del mo-mento angolare orbitale totale. Questo è dovuto soprattuttoalla notevole distanza eliocentrica media dei due pianeti piùmassicci del nostro sistema, ossia Giove e Saturno. C’è inol-tre una significativa variabilità temporale dato che, nel corsodelle orbite kepleriane dei pianeti, la posizione del centro dimassa del Sistema solare cambia rispetto alla posizione delcentro del Sole stesso (per esempio, mentre intorno al 1951 eal 1990 i due centri di massa erano circa coincidenti, nel 1983il centro di massa del Sistema solare distava oltre 2.1 raggisolari dal centro del Sole). È dunque prevedibile che, doven-dosi conservare il momento angolare totale del Sistema sola-re, variazioni del momento angolare orbitale del Sole provo-chino variazioni corrispondenti della velocità di rotazione del

Sole attorno al proprio asse. A dimostrazione di questo fatto è stato ad esempio osser-

vato che le variazioni nella velocità di rotazione equatorialeosservata sul Sole sono appunto sincronizzate con i cambia-menti del moto orbitale solare attorno al baricentro del Siste-ma solare, indicando un meccanismo di accoppiamento di ti-po spin-orbita tra i pianeti gioviani ed il Sole (Wilson et al.,Pub. of the Astron. Society of Australia, 2008). A seguito diquesta osservazione, data l’importanza che la velocità di ro-tazione differenziale nell’interno del Sole riveste nelle teoriedella dinamo solare, è stato supposto che queste variazionisiano legate indirettamente a quelle osservate nei diversi ci-cli di attività solare (Landscheit, Sol. Phys., 1999).

In particolare è stato osservato che periodicamente ogni178,8 anni il Sole compie, per un breve periodo, un moto re-trogrado rispetto al centro di massa del Sistema solare, quin-di si ha periodicamente una coppia di cambiamenti di segnodel vettore momento angolare orbitale solare; gli ultimi even-ti di questo tipo si sono verificati nel 1989-1990. Il fatto chela metà di questo periodo (89,4 anni) sia nell’intervallo di va-lori atteso per il ciclo di Gleissberg (70-90 anni) e che unquarto di questo periodo (44,7 anni) sia circa il doppio delladurata del ciclo di Hale (22 anni) ha fatto supporre appuntouna possibile associazione tra le variazioni dei moti orbitalidel Sole e le variazioni nei diversi cicli di attività.

Tuttavia è bene osservare che non è attualmente noto attra-verso quale tipo di processi fisici all’interno della dinamo so-lare queste variazioni del moto orbitale solare possano poidare luogo ad eventuali variazioni dell’attività solare. Inoltre,questo tipo di argomentazioni è stato recentemente messo indiscussione. Per esempio, è stato provato che le accelerazio-ni che il plasma solare subisce al livello della tachocline (là

FRANCESCO BERRILLI è docen-te di Fisica Computazionale e Fisi-ca Solare presso l’Università diRoma Tor Vergata. Ha lavoratopresso il CNR nel campo dell’a-stronomia infrarossa e della for-mazione stellare. Si occupa di si-stemi di acquisizione immagini,variabilità solare e dinamica dellafotosfera e cromosfera. È respon-sabile dello heat stop al fuoco pri-mario del telescopio solare europeo EST e Principal Investiga-tor del progetto ADAHELI per un satellite solare italiano.

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dove si pensa appunto che “funzioni” la dinamo solare) lega-te ai moti di rotazione differenziale sono di molto superiori(di un fattore 103) a quelle dovute alle forze mareali planeta-rie ed al moto del Sole attorno al centro di massa del Sistemasolare (de Jager & Versteegh, Sol. Phys., 2005). Questo por-ta alla conclusione che la causa della dinamo sia puramentesolare. In ogni caso, l’argomento è tutt’ora dibattuto, ma leprove portate a vantaggio di queste teorie sono al momentomolto deboli.

Berrilli – Il Sole sperimenta gli effetti gravitazionali, o dimarea, dei pianeti del Sistema solare, così come la Terra spe-rimenta gli effetti di marea della Luna e del Sole. Tuttavia per

il Sole la situazione è più complicata. Giove e Venere hannouna qualche influenza sulla nostra stella, a cui seguono perintensità gli effetti mareali della Terra e di Mercurio, per glialtri pianeti gli effetti sono in pratica nulli.

Effettivamente è stato ipotizzato che il ciclo magnetico delSole sia connesso alla presenza di onde mareali prodotte dal-la gravità di alcuni pianeti del Sistema solare. Tuttavia, al mo-mento, non mi sembra esista un modello di dinamo magneti-ca solare che includa gli effetti gravitazionali esterni e spie-ghi il ciclo di attività solare.

Cauzzi – Queste teorie sono in effetti molto diffuse e ri-spuntano periodicamente (ricordo addirittura un articolo di fi-ne ‘800 a proposito), ma nella comunità scientifica il parerepiù diffuso è che l’influenza gravitazionale del nostro siste-ma planetario sul funzionamento del Sole sia essenzialmentenulla. Ovviamente Giove, data la sua grande massa (circa1/1000 di quella solare, più grande di tutti gli altri corpi delSistama solare messi insieme), è il principale sospettato. Inol-tre, il suo periodo siderale (11,86 anni) molto prossimo aquello dell’attività solare ha fatto sì che in molti studi si siaosservata una correlazione tra vari effetti da esso indotti el’attività solare (che, ribadiamo, è di origine magnetica).

D’altra parte, questo non implica necessariamente che esi-sta una relazione causale tra i due indicatori. In effetti, diver-si studi che hanno usato metodi statistici rigorosi per con-trollare l’insorgere di varie manifestazioni di attività solare ri-spetto alle posizioni dei pianeti, hanno concluso che non esi-ste nessun rapporto di causa-effetto.

Hathaway – Il ciclo delle macchie solari venne scoperto nel1844. Appena qualche anno dopo tale scoperta Rudolf Wolf (aZurigo) suggerì che i pianeti ne fossero la causa, in particola-re Giove che ha un periodo orbitale di circa 11 anni. Anche ilmoto del Sole rispetto al centro di massa del Sistema solare èuna spiegazione proposta molto tempo fa. Sfortunatamentenon sembrano però essere corrette. Se lo fossero, vista l’e-strema regolarità che caratterizza questi moti, sarebbe certa-mente molto più semplice fare predizioni sul ciclo solare.Inoltre, ora che possiamo contare su circa 400 anni di osser-vazioni di macchie solari possiamo vedere che il ciclo solarenon è per nulla sincronizzato con nessuno di questi moti.

Oliviero – Personalmente, penso che il sistema planetarionon abbia alcun effetto sul funzionamento del Sole, a parteun piccolissimo effetto sui moti gravitazionali.

Pasachoff – Assolutamente ridicolo. L’influenza gravita-zionale dei pianeti è di gran lunga troppo piccola per poter in-fluenzare il ciclo delle macchie solari!

Ramelli – Non ho ancora letto riguardo a tali speculazioni emi piacerebbe sapere su quali basi si fondano. In ogni casol’influenza gravitazionale dei pianeti sul Sole si manifesta es-senzialmente sotto forma di forze di marea che sono comun-que molto deboli. È difficilmente ipotizzabile che tali deboliazioni possano avere un’influenza predominante in un siste-ma così caotico come quello che genera l’attività solare, talida essere considerati la causa dell’attuale ritardo.

Zuccarello – La possibilità che i pianeti (ed in particolare ipianeti giganti) possano avere una influenza sull’attività so-

In alto. Se i pianeti che orbitano intorno al Sole fossero privi dimassa, allora il baricentro dell’intero Sistema solare coincide-rebbe sempre con il centro della nostra stella. Dato che cosìnon è, l’azione combinata dell’influenza gravitazionale di ognu-no di essi riesce a far oscillare il baricentro fino ad una distan-za di circa un milione di chilometri, dove il raggio del Sole è dicirca 700 000 km.

In alto. Secondo una vecchia teoria ancora in voga, l’oscillazionedel baricentro indotta dalla influenza gravitazionale dei pianeti(modulata principalmente dalla massa di Giove, e quindi anch’es-sa con un ciclo simile a quella dell’attività solare) potrebbe esse-re la causa, totale o parziale, del ciclo undecennale del Sole.

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lare è stata avanzata negli anni passati da alcuni ricercatori,ma questa ipotesi è stata successivamente contestata e attual-mente non ha molto credito (in effetti, basterebbe consultarele riviste in cui vengono periodicamente pubblicati i lavori diambito astrofisico per rendersi conto dell’esiguità di interes-se in questo campo). Tuttavia, è opportuno citare che possi-bili effetti gravitazionali sull’attività magnetica di alcune stel-le vengono tenuti in considerazione in alcuni sistemi di stel-le binarie, ma in questo caso le stelle sono molto vicine fraloro e hanno massa confrontabile.

� Passiamo a un altro tema molto attuale. Nel dibatti-to sul riscaldamento globale (discutere se sia reale o so-lo presunto ci porterebbe troppo lontano) non è raroimbattersi in chi chiama in causa direttamente il Sole.In prima battuta, infatti, è lecito ipotizzare che una va-riazione della costante solare possa ave-re un peso non indifferente nel bilanciotermico del nostro pianeta. Ma quantoimportante potrebbe essere questa in-fluenza nella realtà? Siamo in grado – econ quale attendibilità – di ricostruire lasituazione dell’irraggiamento solare nelpassato? Cosa ci dicono gli studi più re-centi relativamente a questo problema?

Bemporad – La cosiddetta “costante sola-re” è una misura del flusso di energia emes-so complessivamente per radiazioni (cioèintegrando su tutte le lunghezze d’onda) dalSole. È bene anzitutto precisare che le mi-sure della variabilità della costante solaresono praticamente impossibili a Terra, datal’impossibilità di rimuovere gli effetti legatiall’assorbimento atmosferico (mediamentele nuvole e l’atmosfera assorbono o rifletto-no il 51% della radiazione solare ricevuta).Poiché è quindi necessario ricorrere a osser-vazioni da satelliti, la costante solare è statamisurata con precisione solo recentemente.Le misure acquisite da strumenti qualiACRIM sul satellite della “Solar MaximumMission” (SMM) e da ERB sul satellite“Nimbus 7” hanno dimostrato in particola-re che la costante solare non è realmente“costante”, ma varia circa dello 0,10-0,15%nel corso di un ciclo solare. Più a lungo ter-mine, nel corso degli ultimi secoli sembrache sia stato osservato (dallo studio delleconcentrazioni di isotopo 14C presente neglianelli di crescita degli alberi o nei ghiaccidepositatisi nelle calotte polari) un aumen-to progressivo della costante solare dello0,2-0,6%. Sono stati inoltre sviluppati alcu-ni modelli per stimare, usando il numero dimacchie solari e gruppi di macchie osserva-ti, il valore della costante solare fino al1600. Da questi lavori si è concluso che lacostante solare è aumentata rispetto al valo-re che aveva nel corso del minimo di Maun-der solo dello 0,2% (0,7% in UV; Tapping

et al., Sol. Phys., 2007; Lean, Geophys. Res. Lett.; 2000).È probabile che variazioni di tale entità possano avere solo

un’influenza marginale a Terra. Uno studio recentementepubblicato su Nature (Foukal et al., Nature; 2006) ha conclu-so, attraverso un’analisi di tutta la letteratura scientifica esi-stente sull’argomento, che le variazioni della luminosità so-lare totale hanno un effetto praticamente trascurabile sul cli-ma globale a Terra. La parte UV dello spettro solare, che con-tribuisce solo per l’1% del totale, è tuttavia quella a cui cor-risponde una maggiore variabilità nel ciclo solare, pari adesempio a circa l’1,5% tra 200-300 nm (Lean, Science;1989). È stato quindi supposto che sia proprio la variazionedi questa parte dello spettro solare a causare una maggioreproduzione di ozono nell’atmosfera terrestre e quindi unmaggiore riscaldamento nella stratosfera. Tuttavia l’esistenzadi reazioni a catena di questo tipo non è ancora stata suffi-cientemente dimostrata.

In alto. Basandosi principalmente sul fatto che in occasione dei più recenti mini-mi storici dell’attività solare (Maunder nel 17° secolo e Dalton agli inizi del 19°) siverificò anche un sensibile irrigidimento climatico, da decenni a questa parte si ètentato di mettere in relazione una variabilità della “costante solare” con l’anda-mento dei cicli solari. L’attendibilità di tali correlazioni, sia pure molto suggestive,è tutt’oggi molto controversa.In basso. Durante il cosiddetto Minimo di Dalton, si verificò nell’emisfero setten-trionale un brusco calo delle temperature culminato nella “sparizione” dell’estatedel 1816, caratterizzata da un clima talmente rigido da provocare l’intera perditadei raccolti [vedi Coelum n. 85 “1816, Cronache di un anno senza estate”].

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In un noto studio pubblicato nel 1991 (Friis-Christensen &Lassen, Science; 1991) si sosteneva l’esistenza di una evi-dente correlazione tra la durata dei vari cicli solari e le tem-perature medie misurate nell’emisfero boreale, concludendoquindi che il riscaldamento globale ora osservato era dovutoprincipalmente all’attività solare. Tuttavia alcuni anni dopofu riportato che gli autori stessi avevano ammesso un errorenella loro analisi (Robert, New Scientist; 2000): mentre le va-riazioni del ciclo solare spiegano piuttosto bene le variazionidi temperatura media osservate a partire dal 1900 in poi, ilbuon accordo cessa proprio a partire dal 1980 (si veda ancheDamon and Laut, Eos; 2004), anno a partire dal quale è ne-cessario supporre il verificarsi di altri fenomeni. I dati rac-colti indicano che gli effetti legati al Sole possono aver si-gnificativamente contribuito al riscaldamento globale solonella prima metà del 1900, mentre nella seconda metà la cau-sa principale è da cercarsi proprio nell’effetto serra legato aigas di origine antropogenica prodotti dalle attività industria-li (Stott et al., Science, 2000). È stato inoltre dimostrato chetutte le variazioni osservate sul Sole negli ultimi 20 anni chepotrebbero aver avuto un’influenza qualunque sul clima aTerra avrebbero agito in direzione esattamente opposta ri-spetto a quanto richiesto per spiegare l’aumento medio delletemperature globali osservato (Lockwood & Frohlich, Proc.of the Royal Soc., 2007). Sembra quindi ormai assodato chel’aumento della temperatura media osservato a partire dal1980 sia da ascrivere per la quasi totalità all’effetto serra le-gato all’aumento della percentuale di CO2 presente nell’at-mosfera terrestre.

Berrilli – Sappiamo che la Terra ha sperimentato nel suo pas-sato variazioni climatiche estreme. I carotaggi di ghiaccio ef-fettuati in Antartide (stazione di Vostok) ci dicono per esem-pio che variazioni di temperatura di circa 12 gradi centigradisi sono prodotte negli ultimi 420 000 anni con una periodicitàdi circa 100 000 anni. Per capire come si siano prodotte talivariazioni e comprendere il funzionamento della macchinaclimatica terrestre dobbiamo studiare le diverse parti che en-trano in gioco: la quantità di energia che arriva dal Sole, la va-riabilità del Sole alle diverse lunghezze d’onda (in particolarenell’ultravioletto), i parametri orbitali del nostro pianeta, latettonica a zolle, l’orogenesi, l’estensione e la salinità degli

oceani, il vulcanesimo, la biosfera, l’origine e distribuzionedelle nubi, l’atmosfera ed in particolare la sua chimica, ecc.

Sappiamo che il Sole è la forzante primaria al clima dellaTerra, tuttavia c’è ancora molta incertezza sul ruolo che la va-riabilità solare ha nelle variazioni climatiche terrestri, anchese sembra accertato che le variazioni di luminosità, misuratedallo spazio dal 1978, siano troppo piccole per aver contri-buito apprezzabilmente al riscaldamento globale degli ultimi30 anni.

Al riguardo risulta ancora incredibilmente attuale la consi-derazione che l’astronomo G. Meyer faceva nel 1897: “in co-spetto delle relazioni così intime del corpo centrale (il Sole)col nostro mondo terrestre in ogni ordine di cose, c’è da stu-pire più che non si scoprano nel nostro pianeta le ripercus-sioni delle potenti pulsazioni del globo solare, che si ripeto-no ogni undici anni, che se si trovassero così le più rare rela-zioni... Quindi noi non dovremmo cercare la causa dell’esi-stenza di una simile ripercussione, ma bensì quella della suamancanza.”

Hathaway – Può certo essere che il ciclo delle macchie so-lari e le sue variazioni possano influenzare il clima terrestre,ma l’effetto è debole e la fisica che vi sta dietro è ancora in-certa. Noi abbiamo misurato la luminosità del Sole (l’irrag-giamento) in modo molto preciso da trent’anni a questa par-te. Il Sole è circa lo 0,1% più brillante al massimo del ciclosolare rispetto al suo minimo, ma questa variazione producenei modelli climatici una variazione di solamente 0,1 C°. Ep-pure, quando noi mettiamo a confronto le variazioni osserva-te nei cicli solari con le registrazioni delle variazioni dellatemperatura troviamo robusti collegamenti, che suggerisconocome sia coinvolto qualcosa di più della semplice luminosità.Nondimeno, queste connessioni con il ciclo solare appaionopiù deboli rispetto a quelle che chiamano in causa i vulcani ole variazioni climatiche interne quali El Nino/La Nina.

Oliviero – La temperatura della Terra è chiaramente colle-gata al flusso di energia che proviene dal Sole, ed una varia-zione sostanziale della costante solare avrebbe un grosso ef-fetto sul bilancio termico del nostro pianeta. Fortunatamentele variazioni della costante solare sono dell’ordine dello 0,1%e quindi per ora del tutto trascurabili.

Sappiamo inoltre che un altro elemento che presenta una va-riazione in fase con il ciclo solare è il vento solare e che ilvento solare può interagire con i raggi cosmici limitandone lapenetrazione nell’atmosfera terrestre durante i periodi dimassima attività. Secondo alcuni ricercatori, i raggi cosmicicontribuirebbero alla formazione delle nuvole e poiché lapresenza di nuvole riduce l’irraggiamento a Terra, il risultatosarebbe un abbassamento della temperatura e quindi una vi-rata verso un clima più rigido. In effetti, durante il Minimo diMaunder, la temperatura sulla Terra si abbassò notevolmente(si fa riferimento a questa epoca come ad una mini-glacia-zione) e numerosi studi di correlazione mostrano che duran-te i massimi di attività il clima è meno rigido.

È possibile ricostruire l’andamento del ciclo solare relati-vamente ad epoche antecedenti a quella in cui sono iniziatele osservazioni sistematiche delle macchie grazie ad alcunimetodi. Uno di questi riguarda gli anelli di accrescimento dialberi secolari: si è potuto stabilire che lo spessore degli anel-li di accrescimento e la percentuale di un isotopo del carbo-nio (14C) in essi contenuto, fornisce delle precise indicazionisul livello di attività del Sole, essendo questi due parametrilegati rispettivamente alla situazione climatica del momento(e quindi allo stato di “benessere” dell’albero) e alla intera-zione del vento solare con i raggi cosmici, che regola la per-centuale dell’isotopo del carbonio nell’atmosfera terrestre.Un altro metodo riguarda la presenza di un isotopo del beril-lio (10Be) nei ghiacci polari: i carotaggi eseguiti in questighiacci forniscono indicazioni sulla percentuale di questoisotopo, legata anch’essa all’interazione vento solare – raggicosmici.

Il risultato di questi studi si può riassumere dicendo che lavariabilità solare può avere una influenza sul clima terrestre,ed in particolare gli studi statistici hanno mostrato che, a par-tire dal 1970, circa il 30% dell’aumento di temperatura mi-surato risulterebbe imputabile a variazioni nell’irraggiamen-to solare.

Tuttavia, se consideriamo l’influenza di altri fenomeniastronomici, su scale temporali molto maggiori, dell’ordinedelle decine o centinaia di migliaia di anni, esistono anche al-tri fattori, quali la precessione luni-solare, la variazione nel-l’eccentricità dell’orbita terrestre o la variazione dell’obli-quità dell’asse di rotazione terrestre rispetto all’asse dell’e-clittica, che possono contribuire alle variazioni climatichesulla Terra. �

Fine prima parteInterviste raccolte da Claudio Elidoro

Nel prossimo numero gli esperti affronteranno argo-menti quali l’affidabilità del Sole a garantire anche inun prossimo futuro la necessaria stabilità radiativa e lenuove strumentazioni di cui si stanno dotando gli Os-servatori solari e le sonde spaziali per monitorarnel’attività in modo sempre più efficace.

40 DICEMBRE 2008

Claudio Elidoro si è laureato in Astronomia all’U-niversità di Bologna discutendo una tesi sui Cor-pi Minori del Sistema Solare. Nel tempo libero da-gli impegni di lavoro (è insegnante) continua a oc-cuparsi di astronomia interessandosi soprattuttoalle problematiche connesse all’impatto di come-te e asteroidi con il nostro pianeta.

Misure dirette della costante solare sono disponibili daglianni 80, mentre per il passato si cerca di ricavare informa-zioni dalle tracce che l’attività magnetica solare può lasciaread esempio negli anelli del tronco degli alberi o nei ghiacci.Per chi desiderasse informazioni più dettagliate, queste sonodisponibili sul sito del Centro per lo studio della Variabilitàdel Sole (www.mporzio.astro.it/CVS/).

Pasachoff – Tutte le evidenze che ho potuto osservare – eho osservato con estrema attenzione – indicano che l’am-montare del riscaldamento negli ultimi decenni è di gran lun-ga troppo grande per essere il risultato di qualsiasi fluttua-zione solare. Per conto mio non ho dubbi sul fatto che il ri-scaldamento globale sia un fatto reale e che all’origine diquesto eccesso vi sia l’impiego delle risorse energetiche daparte dell’uomo.

Ramelli – È possibile studiare l’andamento dell’attività so-lare nei millenni passati osservando le variazioni delle con-centrazioni di alcuni isotopi radioattivi nel corso del tempo.Per esempio si misurano le concentrazioni del carbonio 14 ne-gli anelli degli alberi [vedi Coelum n. 80, pag. 20] o le con-centrazioni di berillio 10 nei ghiacci estratti tramite carotaggiin Groenlandia e in Antartide. Si conoscono bene i meccanismidi produzione di tali isotopi nell’atmosfera terrestre tramitel’interazione con i raggi cosmici, il cui flusso è modulato dalciclo solare. Tale metodo di studio viene poi calibrato con-frontando le concentrazioni isotopiche con la serie di dati (lun-ga 400 anni) sull’indice di attività solare basato sul conteggiodelle macchie solari. In questo modo è stato possibile metterein evidenza una piuttosto chiara correlazione fra l’attività sola-re ed il clima terrestre. In occasioni di lunghi periodi di scarsaattività sono stati riscontrati periodi più freddi.

Tuttavia non si può ricondurre le variazioni climatiche aduna sola causa. In base agli ultimi studi, la comunità scienti-fiche è in larga misura concorde che il riscaldamento globa-le avvenuto negli ultimi decenni è in maniera predominantecausato dall’aumento di anidride carbonica nell’atmosferaterrestre dovuto all’attività dell’uomo.

Zuccarello – Gli studi eseguiti a partire dal 1978 hannomostrato che la costante solare varia in fase con il ciclo sola-re e che le variazioni sono dello 0,1% fra massimi e minimi.

RENZO RAMELLI lavora dal 2003come ricercatore all’Istituto Ri-cerche Solari di Locarno, Svizze-ra (www.irsol.ch) occupandosisoprattutto di osservazioni spet-tro-polarimetriche del Sole e del-la loro interpretazione per lo stu-dio del campo magnetico solare.Collabora anche con la SpecolaSolare Ticinese nell’osservazionee conteggio delle macchie solariper la determinazione del numero di Wolf. Nel 2002 ha conse-guito il dottorato al CERN di Ginevra nel gruppo di fisica dellealte energie del Politecnico Federale di Zurigo lavorando sul-l’esperimento di raggi cosmici L3+C con una tesi sulla ricer-ca di sorgenti puntiformi e l’influsso del Sole e dell’eliosferasull’anisotropia dei raggi cosmici.