Questa domanda colpisce una delle aree più attive dell’attuale ricerca astronomica. Non sorprende che diversi scienziati abbiano scritto per dare le loro risposte.
David VanBlerkom, un professore di astronomia presso l’Università del Massachusetts atAmherst, offre una bella panoramica, concentrandosi sulla seconda parte della query:
“Il fatto che la regione ultraperiferica dell’atmosfera del sole è a milioni ofdegrees mentre la temperatura del underlyingphotosphere è solo 6.000 gradi kelvin (°c sopra lo zero assoluto) è quitenonintuitive., Ci si sarebbe aspettati un raffreddamento graduale mentre ci si allontana dalla fonte di calore centrale. Una domanda correlata è perché, se la corona è così calda, essanon riscalda la fotosfera finché non ha una temperatura altrettanto elevata.
“Affronterò queste domande in ordine inverso. Chiediamo prima cosa cosasignifica che un gas abbia una temperatura elevata. La risposta è che la temperatura è una misura dell’energia cinetica media degli atomi di gas, cioè una misura di quanto velocemente si stanno muovendo. Un gas ad alta temperatura ha atomi con una media più grandevelocità rispetto a un gas a bassa temperatura della stessa composizione., Ne deduciamo cosìgli atomi nella corona si stanno muovendo molto più rapidamente di quelli nella fotosfera.
“Affinché la corona faccia aumentare la temperatura fotosferica, il gas coronale deve far sì che gli atomi fotosferici si muovano più velocemente. Potrebbe farlo collidendo e mescolandosi con il gas più freddo e trasferendo così parte della sua energia cinetica. Un altro modo è anche possibile: a una temperatura di milioni di gradi,il gas nella corona è altamente ionizzato, cioè gli elettroni vengono spogliati diatomi neutri e si muovono liberamente., Perché gli elettroni sono migliaia di volte menomassiccio degli atomi, gli elettroni caldi hanno velocità molto elevate. Questi elettroni potrebbero viaggiare nel gas fotosferico e scontrarsi con gli atomi lì, aumentando nuovamente le loro velocità. Questi due meccanismi di riscaldamento sono chiamati convezionee conduzione, rispettivamente.
“Un gas a milioni di gradi irradia anche energia; gran parte di esso è emesso in forma di fotoni a raggi X ad altissima energia. I fotoni a raggi X che incidono sulla fotosfera potrebbero anche trasferire energia agli atomi di gas lì. Questo meccanismo di riscaldamento è radiazione.,
“Eppure i tre metodi tradizionali di riscaldamento non aumentano la fotosfericatemperatura per una semplice ragione. Supponiamo, come esperimento mentale, che uno avesse un atermometro che potesse misurare temperature di milioni di gradi e posizionarlo nella corona. Per effettuare una misurazione della temperatura, gli atomi coronali oelettroni devono colpire il termometro, o fotoni a raggi X devono interferire su di esso. Thecorona, tuttavia, ha una densità così bassa che il termometro non sarà quasi mai behit. Quindi, mentre il termometro è tecnicamente seduto in un gas che è a 2.000.000 kelvin, non lo sa., Il gas ha una temperatura elevata ma un bassocontenuto di calore. Non ci sono abbastanza atomi intorno per riscaldare il nostro ipoteticotermometro o la fotosfera sottostante.
“La domanda sul perché la corona ha una temperatura così elevata è più difficile da spiegare, e probabilmente l’ultima parola sul meccanismo fisico non è ancora stata data. La maggior parte degli astronomi presume che il gas sia riscaldato dal campo magneticopervade la corona. Il campo magnetico solare è noto da tempo per causare il ciclo del sole, e anche la forma fisica e l’attività nella corona variano con il ciclo delle macchie solari., I campi magnetici sono noti per essere in grado di trasferire grandi quantità di energia all’atmosfera solare, a volte in modo esplosivo come nei razzi. Hugemagnetic loop può essere visto a salire lontano nella corona, ed è abbastanza plausiblethat il campo magnetico solare è l’ultima fonte di riscaldamento fisico del thecorona.”
Vic Pizzo dello Space EnvironmentCenter di Boulder, Colo.,, ribadisce quanto sia misterioso questo processo:
“Il meccanismo preciso con cui la corona sovrastante la superficie solare issheated a temperature di uno a due milioni di kelvin rimane uno dei problemi eccezionali della fisica solare. È stato a lungo sospettato che le perturbazioni nell’atmosfera solare inferiore si propaghino verso l’esterno come onde in qualche forma, che alla fine urtano l’atmosfera sottile sopra la superficie (thephotosphere). Gli shock dissipano così l’energia meccanica nelle onde comeriscaldare., Quando le linee del campo magnetico si riconnettono, rilasciano energia; alcuni ricercatori sospettano che le riconnessioni magnetiche su scala fine sopra la superficie del sole forniscano energia per riscaldare la corona.
“Qualunque sia la causa, un po’ di calore perde effettivamente verso la superficie solare,ma la quantità totale di energia così trasportata è davvero piuttosto piccola, e non può aumentare molto la temperatura fotosferica. La ragione di ciò è ilestremamente rapida caduta della densità di massa con altezza sopra la superficie solare.Cioè, anche se il materiale nella corona è molto caldo, è anche moltodenuo., Così, l’energia trasportata indietro verso la superficie è dissipata in una massa sempre crescente di materiale mentre si fa strada verso il basso, mentre il calore trasportato verso l’esterno è prontamente dissipato nel vuoto dello spazio. “
Leo Connolly, il presidente del dipartimento di fisica della California StateUniversity, San Bernardino, aggiunge le seguenti informazioni:
“Hai ragione sul fatto che la corona è molto più calda della fotosfera del sole. La fotosfera è lo strato esterno del sole che produce illuce visibile che riceviamo., La corona è un grande e tenue strato di gas di cuila struttura è governata dal campo magnetico del Sole. Il gas nella corona èattualmente in fuga dal Sole, formando il vento solare.
” Cosa accelera gli atomi di gas ad alta velocità e temperatura nelcorona? È probabile che il campo magnetico solare fornisca l’energia necessaria,ma il meccanismo è poco compreso. Alla fotosfera, la temperatura ècirca 6.000 kelvin., La regione di interesse è sopra la parte superiore della fotosfera,dove la temperatura scende effettivamente (a circa 4.500 kelvin ad un livello di 500chilometri sopra la fotosfera). A 1.500 chilometri, la temperatura inizia a salire e di 10.000 chilometri sopra la fotosfera la temperatura raggiunge un milione di kelvin. Tra 1.500 chilometri dalla cima della fotosfera e 10.000 chilometri c’è una regione chiamata “zona di transizione”, che è dove i raggi vengono accelerati., La corona inizia a 10.000 chilometri e si estende fino a circa 10 milioni di chilometri, dove il gas sfugge finalmente alla gravità del sole e diventa parte del vento solare.
“Sappiamo che gli atomi, spogliati di uno o più elettroni, sono intrappolati dacampi magnetici e si muovono lungo le linee di campo. Ma cosa causa questi atomiaccelerato, producendo le alte temperature della corona, non è capito.Tutto quello che sappiamo è che si verifica sicuramente nella zona di transizione.”
Ultimo ma non meno importante, JayM. Pasachoff, Presidente del Dipartimento di Astronomia al Williams College di Williamstown, Mass.,, offre una prospettiva su alcuni degli attuali tentativi (incluso il suo) di risolvere l’enigma della corona solare:
“Una delle cose belle dell’astronomia è che le domande che sono simplyphrased spesso risultano essere profonde. Il modo in cui la corona solare issheated a milioni di gradi Celsius è uno dei problemi irrisolti importanti dell’astrofisica. Ho condotto esperimenti durante una serie di solareclipses totali per affrontare la questione, e c’è stato molto lavoro teorico in questo settore di recente., Il problema è stato ampiamente affrontato in occasione di un laboratorio di ricerca avanzata della NATO sui problemi osservazionali e teorici relativi alle eclissi solari,tenutosi a Bucarest (Romania) nella prima settimana di giugno 1996; gli atti di tale seminario saranno disponibili tra un anno o due.
“Fondamentalmente, non si può tenere conto del riscaldamento della corona da parte di un flusso radiativo, quindi pensiamo che la corona sia riscaldata da una sorta di onda magnetoidrodinamica (MHD)che scorre dai livelli inferiori del sole., Immagini del sole nel farultravioletto e nei raggi X (acquisiti più recentemente dall’Osservatorio solare ed Eliosfericospacecraft, il satellite Yohkoh ei razzi NIXT) mostrano cheil riscaldamento della corona è localizzato nelle regioni attive solari, che indical’importante ruolo svolto dal campo magnetico. Ci sono forse una dozzina di modelli specifici che sono stati proposti per spiegare l’alta temperatura della corona. Questi modelli coinvolgono onde MHD in modalità veloce, onde MHD in modalità lenta, onde Alfrenwaves, eccetera., La vecchia idea che le onde acustiche che scorrono da livelli più bassi, la corona fu abbandonata negli anni ‘ 70, quando la sonda Orbitante Solar Observatory8 non vide tali onde nella cromosfera, lo strato appena sopra la fotosfera (la ‘superficie’ apparente del sole in luce visibile). Rimane possibile, tuttavia, che alcune onde acustiche possano formarsi a livelli più alti.,
“Il mio lavoro sul problema del riscaldamento coronale è riassunto nel mio capitolo’ Measurements of 1-Hz oscillazioni coronali alle eclissi totali e le loro complicazioni per il riscaldamento coronale, ‘ in Mechanisms of Chromospheric and CoronalHeating (Proceedings of the Heidelberg Conference), a cura di P. Ulmschneider, E. R. Priest e R. Rosner (Springer-Verlag, 1991). Il libro contiene anche moltialtri documenti teorici e osservazionali.