All’interno del vento solare

 

vela solare vela fotonica magsail

Nessun veicolo spaziale ha mai volato così vicino al Sole come farà la Parker Solar Probe. Questa sonda, il cui lancio è previsto per il 2018, penetrerà nella parte esterna dell’atmosfera solare – la corona – dove le sue misurazioni potranno aiutarci a capire le origini e le caratteristiche del vento solare. Per dare un’idea, il pianeta Mercurio è a 0.39 U.A. di distanza dal Sole (La Terra, U.A.= 1). Il veicolo spaziale Helios-B, lanciato nel 1976, ha raggiunto i 43 milioni di chilometri di distanza dal Sole (0.29 U.A.), l’attuale record per un passaggio ravvicinato. La Parker Solar Probe volerà 7 volte più vicino, muovendosi all’interno di 10 raggi solari.

Dobbiamo imparare molto su questa regione così estrema per poter considerare molte più idee per future missioni. Uno degli obiettivi della Parker Solar Probe è quello di approfondire il concetto di sundiver, ossia come massimizzare l’utilizzazione della luce solare a scopo propulsivo tramite dispiegamento di una vela fotonica in regioni strettamente vicine al Sole. Per lanciare una missione del genere dobbiamo prima di tutto capire bene l’ambiente dove si svolgerà, e questo è appunto lo scopo della missione di Parker Solar Probe.

 Andiamo a paragonare in altro modo la Parker Solar Probe con gli altri veicoli spaziali sopra citati. Helios-B detiene il record attuale di velocità di un veicolo spaziale con ben 70,22 chilometri al secondo, mentre La Parker Solar Probe potrà raggiungere i 194 km/s. Uno degli obiettivi delle future missioni di questo tipo sarà quello di massimizzare la pressione dei fotoni solari per aumentare il più possibile la velocità. Tuttavia, quale velocità potrà essere effettivamente raggiunta da un veicolo spaziale così equipaggiato dipenderà non solo da quanto vicino sarà il suo volo radente al Sole, ma anche con quali materiali sarà costruito, problematiche sulle quali abbiamo ancora molto da imparare.

A questa distanza dal Sole le condizioni ambientali tenderanno ad essere molto infide ed altamente variabili. Il vento solare, composto da elettroni, protoni e nuclei di elio ionizzato, che fluiscono dal Sole, può raggiungere velocità dell’ordine di 800 km/s. Sfortunatamente, anche l’intensità del flusso di plasma è molto variabile, oscillando tra raffiche brevi o lunghe senza una regola individuabile. Questo è il fenomeno chiamato “vento solare”, del tutto diverso dalla pressione dei fotoni solari a cui mi riferivo più sopra. Ma, come si può utilizzare una vela fotonica per far muovere un veicolo spaziale sfruttando la pressione dei fotoni sulla vela, così possiamo parlare di vele di tipo completamente diverso, che usano campi magnetici per “cavalcare” il vento solare, e sono chiamate magsail, vele magnetiche. In questo caso dovremo governare la nave grazie a un vento molto mutevole, come i marinai qui sulla Terra, con tutte le relative conseguenze causate dalla sua variabilità. Lo studio di entrambi i tipi di vela potrà progredire grazie ai dati ottenuti dalla Parker Solar Probe.

 

vela solare vela fotonica magsail

Nel libro Solar Sails: A Novel Approach to Interplanetary Travel (Springer, 2014), gli autori Giovanni Vulpetti, Les Johnson e Greg Matloff esaminano la carica elettrica positiva che può emergere da una vela non appena venga colpita dai fotoni solari ultravioletti che impattano con gli elettroni liberi degli atomi della vela stessa. Il problema qui è che l’interazione con questi elettroni ad alta energia può far degradare la riflettività della vela. Una possibile strategia è quella di dispiegare una griglia caricata elettricamente davanti alla vela o usare uno strato di plastiche protettive che evaporerebbe piuttosto che venire ionizzato dalla luce ultravioletta solare. Ma ogni volta che aggiungiamo massa alla vela, andiamo a ridurre la velocità di crociera del veicolo, e questo significa che probabilmente dovremo progettare vele solari che siano più resistenti ai raggi UV. È chiaro che si prospetta una gran mole di lavoro riguardo alle interazioni tra veicoli spaziali e l’ambiente vicino al Sole, che è appunto l’argomento delle investigazioni della Parker Solar Probe. Naturalmente, la sonda in costruzione è anche costruita per studiare le interazioni tra vento solare e campo magnetico terrestre, che producono il cosiddetto “clima spaziale”. Imparare come predire l’evoluzione di questo tipo di clima può proteggere le attrezzature spaziali più vicine alla Terra.

Un altro fenomeno che deve essere costantemente monitorato è l’attività solare, perché lanciare una missione all’interno di 10 raggi solari risulterà pericoloso se avremo a che fare con dei brillamenti solari o delle eruzioni di massa coronale. Dobbiamo fare del nostro meglio per predire questi eventi cosi pericolosi per un veicolo spaziale, ma le eruzioni di massa coronale avvengono abbastanza casualmente e la comparsa inaspettata di una di esse potrebbe concludere rapidamente la missione.
A questo scopo, un nuovo articolo pubblicato su Nature punta all’individuazione di una singola procedura in grado di spiegare le eruzioni solari, dai piccoli getti alle eruzioni di massa coronale, lavorando con simulazioni tridimensionali computerizzate per spiegare il meccanismo che sta alla base di questi fenomeni. Peter Wyper (Durham University, UK), autore principale di questo studio, annota che certi filamenti – lunghe strutture scure sopra la superficie del Sole che sono composte di materiale solare più denso e freddo – sono associate al principio di un’eruzione di massa coronale. Stiamo imparando adesso che i getti solari presentano strutture filamentose anche prima delle eruzioni.
“Nelle eruzioni di massa coronale, i filamenti sono larghi, e quando diventano instabili eruttano”, dice Wyper. “Recenti osservazioni hanno mostrato che le stesse cose possono apparire in eventi più piccoli come i getti coronali. I nostri modelli teorici mostrano che questi getti possono essere descritti come piccole eruzioni di massa coronale.”

vela solare vela fotonica magsail
Immagine: Un lungo filamento eruttato dal sole nel 31 agosto del 2012, mostrato qui nell’immagine catturata dal Solar Dynamics Observatory della NASA. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/SDO

 

I ricercatori dell’università di Durham e della NASA hanno prodotto un modello che mostra come sia i getti solari che le eruzioni di massa coronale rompano le linee del campo magnetico. In questo modello il processo all’opera è la riconnessione magnetica, nella quale le linee del campo magnetico si ricongiungono e si riallineano in una nuova configurazione. Questo evento è così potente che l’energia immagazzinata nei filamenti si riversa fuori dalla superficie solare e viene espulsa nello spazio.

La Parker Solar Probe ci fornisce cosi un nuovo modo di ottenere osservazioni in alta risoluzione del campo magnetico e del flusso di plasma presenti nell’atmosfera solare. Possiamo aspettarci un contributo simile dalla missione Solar Orbiter dell’Agenzia Spaziale Europea, programmata per essere lanciata alla fine del 2018. Al contrario della Parker Solar Probe, il Solar Orbiter si posizionerà su un’orbita inclinata che permette di ottenere immagini migliori dell’area attorno ai poli solari. Entrambe le missioni accresceranno ovviamente le nostre risorse per la pianificazione delle missioni sundiver e potremo prendere in considerazione rapide partenze verso il Sistema Solare esterno. L’articolo sulle eruzioni solari è “Wyper et al., A universal model for solar eruptions”, Nature 544 (27 aprile 2017), 452-455.

Titolo Originale: Into the solar wind , by Paul Gilster

Pubblicato su Centauri Dreams il 6 giugno2017

 

Traduzione di CARLO ALBERTO RASONI

Editing di ROBERTO FLAIBANI

 

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...