Tra i misteri che avvolgono la nostra stella, uno dei più intriganti riguarda il suo strato più esterno: la corona solare. Recentemente attraversata dalla Parker Solar Probe, la sua temperatura è straordinaria. La superficie del Sole raggiunge i 6000 gradi Celsius, ma qualche meccanismo riscalda la sua atmosfera fino all’ordine dei milioni di gradi.
Una possibile spiegazione è stata individuata nella trasformazione dell’energia magnetica del plasma in calore, in una regione al di sotto della corona. Qui le onde del suono e del plasma, chiamate onde Alfvén, viaggiano alla stessa velocità. Un gruppo di ricercatori del laboratorio nazionale tedesco HZDR, sfruttando i campi magnetici pulsati, è riuscito a ricreare il comportamento di queste onde, confermando la validità della teoria.
Una trasformazione reciproca
Il campo magnetico ricopre un ruolo fondamentale nella fisica solare e il suo contributo si presenta anche nella teoria che spiega il riscaldamento improvviso della corona solare. Il plasma di cui è costituito il Sole, infatti, viene disturbato dal campo magnetico e come conseguenza, si formano delle onde, che si propagano con una velocità direttamente proporzionale alla forza del campo stesso. Queste sono chiamate onde di Alfvén, scoperte per la prima volta nel 1942 dal fisico da cui prendono il nome, Hannes Olof Gösta Alfvén.
Al si sotto della corona solare si trova una regione nota col nome di magnetic canopy (“baldacchino magnetico”). Qui le onde di Alfvén raggiungono una velocità paragonabile a quella delle onde del suono e le due diverse perturbazioni si trasformano l’una nell’altra, scambiando energia. Questo meccanismo rende possibile la conversione dell’energia magnetica in calore, necessaria a riscaldare l’atmosfera del Sole fino a raggiungere temperature di milioni di gradi Celsius.
Presso il laboratorio nazionale Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), un team di ricercatori ha cercato di ricreare sperimentalmente la magnetic canopy. Per farlo ha combinato le proprietà del rubidio, un metallo alcalino estremamente irrequieto, e dei campi magnetici pulsati. Questi ultimi sono ottenuti da potenti elettromagneti alimentati da brevi impulsi di corrente allo scopo di ottenere altrettanto brevi ma intensi campo magnetici.
Le bobine semiconduttrici solitamente utilizzate per generare questi campi, permettono di raggiungere i 20 Tesla. Ma non è abbastanza per ricreare la magnetic canopy nel rubidio. Grazie all’utilizzo della corrente alternata, invece, si riescono a ottenere campi di oltre 90 Tesla, superiori al valore necessario alla riuscita dell’esperimento. Nel rubidio le onde di Alfvèn riescono a superare la barriera del suono grazie a un campo magnetico di “soli” 54 T.
I risultati
I risultati dell’esperimento hanno confermato le previsioni teoriche: a 54 T la velocità delle onde di Alfvén ha raggiunto quella del suono. È stato inoltre osservato un segnale con un periodo di oscillazione raddoppiato. Questo significa che le onde sonore stanno trasferendo energia a quelle del plasma, come teorizzato nella spiegazione del riscaldamento della corona solare.
L’esperimento sviluppato dal team tedesco contribuisce significativamente alla comprensione dell’atmosfera del nostro Sole. Nuove indagini ed esperimenti porteranno a una conoscenza più approfondita non solo della regione al di sotto della corona solare, ma anche di altri fenomeni legati alla fisica del plasma.
L’articolo completo è disponibile qui: Mode Conversion and Period Doubling in a Liquid Rubidium Alfvén-Wave Experiment with Coinciding Sound and Alfvén Speeds.
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