Una simulazione ad alta risoluzione del campo magnetico solare

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Un gruppo di astrofisici giapponesi è riuscito per la prima volta a simulare la dinamica del campo magnetico del Sole alle diverse scale: da quella globale, in cui si mantiene una struttura coerente, a quella più piccola, dove prevalgono piccoli campi magnetici dal comportamento caotico. Il risultato apre la strada a una migliore comprensione dell’attività solare e della sua influenza sull’ambiente cosmico e terrestre(red)

Simulare il campo magnetico del Sole a diverse scale e con risoluzione elevata: è questo l’obiettivo raggiunto da Hideyuki Hotta e colleghi dell’Università di Chiba, in Giappone, che ne riferiscono in un articolo su “Science”.

Il Sole, come le altre stelle, ha un proprio campo magnetico, generato dal moto convettivo dei plasmi, cioè gas ad altissima temperatura formati da elettroni e ioni, che trasportano il calore dal nucleo verso la superficie. Come in una gigantesca dinamo, l’energia cinetica dei plasmi della zona convettiva viene trasformata in energia magnetica.

Una delle principali caratteristiche del campo magnetico del Sole è quella di cambiare verso ogni 11 anni: è proprio questo fenomeno a conferire una corrispondente ciclicità all’attività solare, che si manifesta con le macchie solari, i brillamenti e le variazioni d’intensità del vento solare.

L’attività solare a sua volta influenza molti importanti processi fisici che si verificano nello spazio così come nell’atmosfera e sulla superficie della Terra, ed è per questo che gli astrofisici cercano da anni ldi simulare il comportamento del campo magnetico della nostra stella.

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Il contesto formale in cui si muovono questi studi è quello della magnetoidrodinamica, la disciplina che studia il moto dei fluidi elettricamente carichi mettendo insieme le leggi della dinamica dei fluidi e le equazioni di Maxwell, che spiegano i fenomeni elettromagnetici. Nel caso del Sole, tuttavia, il compito è estremamente arduo, data la complessità dei moti dei plasmi e, di conseguenza, dei campi magnetici che generano.

Un mistero rimasto ancora inspiegato, per esempio, è in che modo il campo magnetico a grande scala del Sole mantenga una struttura coerente anche in presenza di innumerevoli campi magnetici di piccole dimensioni che si comportano in modo caotico. In effetti, finora le simulazioni del ciclo magnetico del Sole hanno avuto un certo successo, ma solo in contesti separati: la riproduzione dei processi su piccola scala e di quelli su grande scala nella stessa simulazione è rimasta fuori portata.

L’ostacolo è stato ora superato da Hotta e colleghi verificando l’effetto di diversi valori dei parametri chiave dei plasmi, come la viscosità, e dei campi magnetici su piccola scala, come la diffusività. Il loro modello riproduce per la prima volta la dinamica del campo magnetico del Sole con una risoluzione estremamente elevata, aprendo la strada a una migliore comprensione dell’attività solare e della sua influenza sull’ambiente spaziale.

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