Primi risultati in arrivo dalla sonda spaziale Parker Solar Probe

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Primi risultati in arrivo dalla sonda spaziale Parker Solar Probe
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Preparati alla conoscenza con la sonda solare Parker della NASA. Scarica i relativi materiali informativi dalla conferenza stampa del 12 dicembre alla riunione dell’Unione geofisica americana del 2018.

Settimane dopo che Parker Solar Probe ha fatto l’approccio più vicino alla nostra  stella, i dati scientifici del primo incontro solare si stanno facendo strada nelle mani degli scienziati della missione. È un momento che molti nel campo hanno aspettato per anni, pensando a cosa faranno con dati mai visti prima, che hanno il potenziale per gettare nuova luce sulla fisica della nostra stella, il Sole.

Il 12 dicembre 2018, quattro ricercatori di questo campo si sono riuniti all’incontro autunnale dell’American Geophysical Union a Washington, DC, per condividere ciò che sperano di apprendere da Parker Solar Probe.

“Gli eliofisici hanno aspettato più di 60 anni per una missione come questa”, ha dichiarato Nicola Fox, direttore della divisione eliofisica presso la sede della NASA a Washington. L’eliofisica è lo studio del Sole e come influenza lo spazio vicino alla Terra, attorno ad altri mondi e in tutto il sistema solare. “I misteri solari che vogliamo risolvere ci stanno aspettando nella corona”.

Dal 31 ottobre all’11 novembre 2018, Parker Solar Probe ha completato la sua prima fase di incontro solare, accelerando attraverso l’atmosfera esterna del sole – la corona – e raccogliendo dati senza precedenti con quattro gruppi di strumenti all’avanguardia.

Parker Solar Probe prende il nome da Eugene Parker, il fisico che per primo teorizzò l’esistenza del vento solare – il flusso costante dal sole del materiale – nel 1958.

“Questa è la prima missione della NASA ad essere nominata come un individuo vivente”, ha affermato Fox. “La carta rivoluzionaria di Gene Parker predisse il riscaldamento e l’espansione della corona e del vento solare, ora con la sonda solare Parker siamo in grado di capire veramente cosa spinge quel flusso costante verso l’estremità dell’eliosfera”.

L’influenza del nostro sole è di vasta portata. Il vento solare, il suo deflusso di materiale, riempie la parte interna del nostro sistema solare, creando una bolla che avvolge i pianeti e si estende oltre l’orbita di Nettuno. Incorporato nelle sue particelle energizzate e nel materiale solare, il vento solare porta con sé il campo magnetico del Sole. Altre eruzioni straordinarie di materiale solare chiamate eiezioni di massa coronale trasportano anche questo campo magnetico solare – e in entrambi i casi, questo materiale magnetizzato può interagire con il campo magnetico naturale della Terra e causare tempeste geomagnetiche. Tali tempeste possono innescare l’aurora o anche interruzioni di corrente, e altri tipi di attività solare possono causare problemi di comunicazione, interferire con l’elettronica satellitare e persino mettere in pericolo gli astronauti, specialmente al di là della bolla protettiva del campo magnetico terrestre.

Animazione del vento solare

Altri mondi nel nostro sistema solare sperimentano le loro versioni di questi effetti, e ben oltre i pianeti, il materiale del Sole si scontra con il mezzo interstellare, che riempie lo spazio tra le stelle. L’interazione in questa regione ha un ruolo nella frequenza con cui i raggi cosmici galattici ad alta energia arrivano nel nostro sistema solare. Tutti questi effetti derivano da sistemi complicati, ma tutti ricominciano dal Sole, rendendolo fondamentale per comprendere la fisica fondamentale che guida l’attività della nostra stella.

Parker Solar Probe è progettato per rispondere a tre importanti domande sulla fisica del sole. Primo: In che modo l’atmosfera esterna del Sole, la corona, viene riscaldata a temperature circa 300 volte più alte rispetto alla superficie visibile sottostante? Secondo: in che modo il vento solare ha accelerato così rapidamente fino alle alte velocità che osserviamo? E infine, in che modo alcune delle particelle più energetiche del Sole si muovono lontano dal Sole a più della metà della velocità della luce?

“Parker Solar Probe ci fornisce le misurazioni essenziali per comprendere i fenomeni solari che ci hanno lasciato perplessi per decenni”, ha dichiarato Nour Raouafi, scienziato del progetto Parker Solar Probe presso l’Applied Physics Lab della Johns Hopkins University a Laurel, nel Maryland. “Per chiudere il collegamento, è necessario il campionamento locale della corona solare e il vento solare giovane e Parker Solar Probe fa proprio questo.”

Gli strumenti di Parker sono progettati per guardare questi fenomeni in questione in modi che non erano stati possibili prima, dando agli scienziati l’opportunità di compiere nuovi passi nello studio dell’atmosfera solare.

Ad esempio, gli imager di Parker Solar Probe, nella suite WISPR, avranno una nuova prospettiva sul giovane vento solare, catturando una visione di come si evolve mentre la sonda solare Parker viaggia attraverso la corona solare.

La suite ISʘIS della navicella aiuterà gli scienziati a scavare nelle cause dell’accelerazione delle particelle energetiche. In questo momento, le teorie divergono su come le particelle energetiche solari vengono accelerate all’interno delle sottili strutture d’onda d’urto solitamente guidate da veloci espulsioni di massa coronale – ma le misure energetiche delle particelle raccolte mentre la navicella viaggia attraverso tali onde contribuirà a far luce su questo problema.

Le antenne di campo elettrico della suite di strumenti FIELDS della sonda spaziale possono rilevare esplosioni radio che potrebbero far luce sulle cause del riscaldamento coronale.

Questa immagine dello strumento WISPR (Wide-field Imager for Solar Probe) di Parker Solar Probe mostra uno streamer coronale, visibile sul lato orientale del Sole l'8 novembre 2018, alle 1:12 EST. Gli streamer coronali sono strutture di materiale solare all'interno dell'atmosfera del Sole, la corona, che di solito si sovrappongono a regioni di maggiore attività solare. La struttura fine dello streamer è molto chiara, con almeno due raggi visibili. Parker Solar Probe era circa 16,9 milioni di miglia dalla superficie del Sole quando è stata scattata questa immagine. L'oggetto luminoso vicino al centro dell'immagine è Mercurio e le macchie scure sono il risultato della correzione dello sfondo. Crediti: NASA / Naval Research Laboratory / Parker Solar Probe
Questa immagine dello strumento WISPR (Wide-field Imager for Solar Probe) di Parker Solar Probe mostra uno streamer coronale, visibile sul lato orientale del Sole l’8 novembre 2018, alle 1:12 EST. Gli streamer coronali sono strutture di materiale solare all’interno dell’atmosfera del Sole, la corona, che di solito si sovrappongono a regioni di maggiore attività solare. La struttura fine dello streamer è molto chiara, con almeno due raggi visibili. Parker Solar Probe era circa 16,9 milioni di miglia dalla superficie del Sole quando è stata scattata questa immagine. L’oggetto luminoso vicino al centro dell’immagine è Mercurio e le macchie scure sono il risultato della correzione dello sfondo. Crediti: NASA / Naval Research Laboratory / Parker Solar Probe

Lo strumento a coppa a sonda solare, che si estende oltre lo scudo termico della navicella ed è esposto all’intero ambiente solare, misura le proprietà termiche di diverse specie di ioni nel vento solare. In combinazione con i dati della suite FIELDS, queste misurazioni potrebbero aiutare a rivelare come il vento solare viene riscaldato e accelerato.

Il team scientifico si aspetta anche di essere sorpreso da alcune informazioni che vengono ad apprendere.

“Non sappiamo cosa aspettarci così vicino al Sole finché non avremo i dati, e probabilmente vedremo alcuni nuovi fenomeni”, ha detto Raouafi. “Parker è una missione di esplorazione: il potenziale di avere nuove scoperte è enorme.”

I rapporti di Parker Solar Probe indicano che i buoni dati scientifici sono stati raccolti durante il primo incontro solare, e i dati stessi hanno iniziato il downlinking verso la Terra il 7 dicembre. A causa delle posizioni relative di Parker Solar Probe, del Sole e della Terra e dei loro effetti sulla trasmissione radio, alcuni dei dati scientifici di questo incontro non si collegheranno fino a dopo il secondo incontro solare della missione nell’aprile 2019.

Il team di missione ha avuto la possibilità di eseguire alcuni test sugli strumenti reali durante il sorvolo Venus di Parker Solar Probe nel settembre 2018. Parker Solar Probe ha effettuato un passaggio ravvicinato sul pianeta mentre eseguiva un aiuto gravitazionale per disegnare la sua orbita più vicino al Sole. Sebbene non sia previsto lo studio dell’ambiente intorno a Venere, gli strumenti di Parker hanno registrato con successo i dati, dando agli scienziati una prima occhiata a ciò che i loro strumenti sono in grado di fare nel duro ambiente dello spazio.

Come la più recente aggiunta alla flotta di missioni di eliofisica della NASA, la sonda solare Parker lavora a fianco di prolifici satelliti di ricerca solari ed eliosferici come il Solar Dynamics Observatory della NASA, il Solar and Terrestrial Relations Observatory e l’Advanced Composition Explorer. Per anni – o decenni, in alcuni casi – questi osservatori hanno scrutato il Sole e il suo materiale in uscita, cambiando il modo in cui vediamo la nostra stella. Ma sono limitati da dove vivono.

Mentre Parker scopre nuove informazioni, gli scienziati che lavorano con i suoi dati si affideranno al resto della flotta eliofisica della NASA per mettere questi dettagli nel loro contesto.

“Parker Solar Probe sta andando in una regione che non abbiamo mai visitato prima”, ha detto Terry Kucera, un fisico solare del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Nel frattempo, da una certa distanza, possiamo osservare la corona del Sole, che sta guidando l’ambiente complesso attorno alla sonda solare Parker.”

Questo video mostra i dati effettivi dall'astronave della NASA Solar Observatory Relations Observatory Ahead (STEREO-A), insieme alla posizione di Parker Solar Probe mentre vola attraverso l'atmosfera esterna del Sole durante la sua prima fase di incontro solare nel novembre 2018. Tali immagini saranno consentirci di fornire un contesto chiave per la comprensione delle osservazioni di Parker Solar Probe.
Questo video mostra i dati effettivi dall’astronave della NASA Solar Observatory Relations Observatory Ahead (STEREO-A), insieme alla posizione di Parker Solar Probe mentre vola attraverso l’atmosfera esterna del Sole durante la sua prima fase di incontro solare nel novembre 2018. Tali immagini saranno consentirci di fornire un contesto chiave per la comprensione delle osservazioni di Parker Solar Probe.

Le distinte prospettive di questi osservatori dovrebbero essere un vantaggio per contestualizzare le osservazioni di Parker. Mentre SDO è in orbita terrestre geosincrona, STEREO orbita attorno al Sole a poco meno di 1 UA – una unità astronomica è la distanza media tra la Terra e il Sole – rendendola appena un po’ più veloce della Terra. Ciò significa che STEREO di solito osserva il Sole da un’angolazione diversa rispetto a noi qui sulla Terra. Insieme alle misurazioni di Parker vicino al Sole e spesso da un’angolazione diversa da quella degli altri nostri satelliti, ciò fornirà agli scienziati un quadro più completo di come gli eventi solari cambiano e si sviluppano mentre si propagano nel sistema solare.

“La missione STEREO consiste nell’osservare l’eliosfera da luoghi diversi e Parker ne fa parte, effettuando misurazioni da una prospettiva che non avevamo mai avuto prima”, ha affermato Kucera.

Parker Solar Probe will give scientists another new perspective on the Sun, joining those from other Sun-observing spacecraft. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center
Parker Solar Probe will give scientists another new perspective on the Sun, joining those from other Sun-observing spacecraft. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center

La modellazione è un altro strumento fondamentale per dipingere il quadro completo intorno alle osservazioni di Parker.

“I nostri risultati di simulazione forniscono un modo per interpretare sia le misure localizzate dagli strumenti in situ, come FIELDS e SWEAP, sia le immagini più globali prodotte da WISPR”, ha dichiarato Pete Riley, ricercatore presso la Predictive Science Inc., in San Diego, California.

I modelli sono un buon modo per testare le teorie sulla fisica sottostante del Sole. Creando una simulazione che si basa su un certo meccanismo per spiegare il riscaldamento coronale, ad esempio un certo tipo di onda al plasma chiamata onda Alfvén, gli scienziati possono controllare la previsione del modello rispetto ai dati effettivi di Parker Solar Probe per verificare se si allineano. Se lo fanno, ciò significa che la teoria sottostante potrebbe essere ciò che sta realmente accadendo.

“Abbiamo avuto molto successo nella previsione della struttura della corona solare durante le eclissi solari totali”, ha affermato Riley. “Parker Solar Probe fornirà misurazioni senza precedenti che limiteranno ulteriormente i modelli e la teoria incorporata in essi.”

Parker Solar Probe si trova in una posizione unica per aiutare a migliorare i modelli – in parte a causa della sua velocità da record.

Il Sole ruota circa una volta ogni 27 giorni visto dalla Terra, e le strutture solari che guidano gran parte della sua attività si muovono insieme ad essa. Ciò crea un problema per gli scienziati, che non possono sempre dire se la variabilità che vedono sia guidata da cambiamenti effettivi nella regione che produce l’attività – variazione temporale – o è causata semplicemente dalla ricezione di materiale solare da una nuova regione sorgente – variazione spaziale.

I modelli numerici forniscono un contesto globale per l'interpretazione delle osservazioni di Parker Solar Probe. Questa animazione proviene da un modello che mostra come il vento solare fuoriesce dal Sole, con la prospettiva dello strumento WISPR di Parker Solar Probe sovrapposto. Credits: Predictive Science Inc.
I modelli numerici forniscono un contesto globale per l’interpretazione delle osservazioni di Parker Solar Probe. Questa animazione proviene da un modello che mostra come il vento solare fuoriesce dal Sole, con la prospettiva dello strumento WISPR di Parker Solar Probe sovrapposto. Credits: Predictive Science Inc.

Per parte della sua orbita, Parker Solar Probe supererà questo problema. In alcuni punti, Parker Solar Probe viaggia abbastanza veloce da adattarsi quasi esattamente alla velocità di rotazione del Sole, il che significa che Parker “si libra” su un’area del Sole per un breve periodo di tempo. Gli scienziati possono essere certi che i cambiamenti nei dati durante questo periodo sono causati da cambiamenti effettivi sul Sole, piuttosto che dalla rotazione del Sole.

Parker Solar Probe fa parte del programma Living with a Star della NASA per esplorare aspetti del sistema Sole-Terra che influenzano direttamente la vita e la società. Il programma Living with a Star è gestito dal Goddard Space Flight Center dell’agenzia a Greenbelt, nel Maryland, per la Direzione della missione scientifica della NASA a Washington. APL ha progettato, costruito e azionato il veicolo spaziale.

Video dell’attività solare ripresa su varie frequenze di luce

Banner image: Illustration of Parker Solar Probe at the Sun. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center
By Sarah Frazier
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Last Updated: Dec. 13, 2018
Editor: Rob Garner

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