La fisica di un brillamento solare

Il Sole è una sfera di plasma con rotazione sul suo asse eliografico di tipo differenziale che persiste attraverso la maggior parte della zona convettiva (Fig.2), la velocità angolare all'equatore è di 2 km/s e diminuisce verso i poli. Alla profondità di ⅓ del raggio solare, oltre la zona convettiva, che si comporta come un fluido, vi è una sottile zona di scorrimento dello spessore di circa 0,7 volte il raggio solare, chiamata tachocline (Fig.2). Questa zona di transizione separa la zona convettiva con la più interna zona radiativa che ha una rotazione paragonabile a quella di un corpo solido e una velocità angolare dell’ordine di quella che sulla superficie del Sole si osserva alle latitudini di ±30°. La tachocline è responsabile della formazione della cosiddetta dinamo solare, poiché permette il rinforzo dei deboli campi magnetici poloidali in uno più intenso di forma toroidale.

Nel modello della dinamo globale i campi polari del Sole, vicino al minimo solare, sono disposti in modo poloidale, cioè con simmetria assiale rispetto all’asse eliografico, Fig.1(a), per questo durante il minimo solare, i buchi coronali si trovano principalmente nelle regioni polari del Sole. Con il procedere del ciclo queste linee vengono tirate e avvolte dalla rotazione differenziale che le distorce, Fig.1(b), fino a portarle in una configurazione detta di campo toroidale, estremamente irregolare e con simmetria diversa, Fig.1(c). Questi campi riescono progressivamente a far espandere il gas che racchiude e la forte pressione li farà galleggiare sulla superficie del Sole, Fig.1(d). L'intrecciarsi delle linee del campo in questi tubi di flusso magnetico provoca regioni attive contenenti macchie solari, Fig.1(e). La rottura dei campi attivi di queste regioni attraverso eventi di riconnessione magnetica, porta a poli opposti molto vicini che tendono a neutralizzarsi, Fig.1(e). I componenti ad alta velocità del vento solare si sa che transitino lungo le linee magnetiche che passano attraverso i buchi coronali. Ne consegue un eccesso di polarità opposte che vengono poi trascinate verso i poli dalla corrente di plasma della zona convettiva che funziona da "nastro trasportatore". Scorrendo attraverso la tachocline questi campi rigenerano progressivamente il campo magnetico poloidale del Sole con un segno inverso, invertendo i poli magnetici, Fig.1(f), permettendo al processo di ripetersi in modo anti-simmetrico 11 anni dopo.

Fig.1
Fig.2
Spaccato della struttura interna del Sole.

I fenomeni che avvengono nell'atmosfera solare sono quindi dominati dai meccanismi che coinvolgono i campi magnetici del Sole che, nelle loro complesse evoluzioni dinamiche, le linee di campo magnetico possono attorcigliarsi tra loro come giganteschi e invisibili elastici, trasportando enormi accumuli di energia. Questa energia sotto forma di raggi X, radiazioni ultraviolette e onde radio, può essere rilasciata in "modo impulsivo", come nel caso dei brillamenti solari nella regione della corona, dove l’onda d’urto generata può provocare una eruzione di plasma solare che si riversa nella eliosfera a velocità supersoniche, ben al di sopra della velocità di fuga del Sole. Oppure in "modo graduale" attraverso il processo di riscaldamento della corona dovuto all'energia trasportata dai movimenti torsionali collettivi delle linee sottili di campo magnetico nei tubi di flusso nella cromosfera solare, ovvero le onde di Alfvén.

Una eruzione di plasma solare, chiamata "espulsione di massa coronale" o CME, potrebbe colpire la Terra se la traiettoria e la geometria fossero corrette. Una parte del plasma espulso può essere catturato nelle linee del campo magnetico di disturbo, formando un anello o alone illuminato. I CME rivolti alla Terra sono chiamati "eventi alone" a causa del modo in cui appaiono nelle immagini al coronografo. La nuvola in espansione di un CME diretto alla Terra si profila invece sempre più grande e sembra avvolgere il Sole, formando un alone attorno alla nostra stella.

Questo breve filmato mostra un'espulsione di massa coronale a "pieno alone" registrata dai coronografi di SOHO il 14 luglio 2000. I numerosi punti visibili nella seconda metà sono particelle energetiche provenienti da un brillamento solare correlato che bombardano i rivelatori elettronici di SOHO.

Il punto chiave per il radioamatore è che un brillamento solare rilascia diverse importanti forme di energia che cambiano la conformazione dell'atmosfera esterna della Terra e influenzano la propagazione delle VHF e HF sul nostro pianeta.
Se la Terra nella sua rotazione ellittica intorno al Sole si trovasse esattamente al perielio le radiazioni ionizzanti, gli elettroni e i protoni a velocità relativistiche emesse da un brillamento solare arriverebbero sulla Terra nel tempo di 8,17 minuti, mentre all’afelio occorrerebbero 8,44 minuti, e per tutta la durata dell’evento del brillamento. Due o tre giorni dopo un'onda d'urto supersonica cavalcando il vento solare arriverebbe sulla Terra, portando particelle dense dietro di se.