I cicli del Sole - IW6ON - C.I.S.A.R. - Associazione Italiana Radioamatori Giulianova

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I cicli del Sole

Radioastronomia
 
A partire dal 1924 Edwin Hubble, utilizzando il telescopio “Hooker” dell'Osservatorio di Monte Wilson, mise a punto una serie di indicatori di distanza che sono i precursori dell'attuale scala delle distanze cosmiche. Questo gli permise di calcolare la distanza di nebulose a spirale il cui redshift era già stato misurato, soprattutto da Slipher, e di mostrare che quei sistemi si trovano a enormi distanze e sono in realtà altre galassie. Nel 1927 Georges Lemaître, fisico e sacerdote cattolico belga, sviluppò le equazioni del Big Bang in modo indipendente da Friedmann e ipotizzò che l'allontanamento delle nebulose fosse dovuto all'espansione del cosmo. Infatti egli osservò che la proporzionalità fra distanza e spostamento spettrale, oggi nota come legge di Hubble, era parte integrante della teoria ed era confermata dai dati di Slipher e di Hubble. Nel 1931 Lemaître andò oltre e suggerì che l'evidente espansione del cosmo necessita di una sua contrazione andando indietro nel tempo, continuando fino a quando esso non si può più contrarre ulteriormente, concentrando tutta la massa dell'universo in un volume quasi nullo, del diametro della lunghezza di Planck, detto da Lemaître "l'atomo primitivo". Il nome "atomo" è da intendersi in senso etimologico come un riferimento all'indivisibilità di questo volume, prima del quale lo spazio e il tempo, ovvero lo Spaziotempo della teoria della relatività, non esistono. Nel 1929 Hubble pubblicò la relazione tra la distanza di una galassia e la sua velocità di allontanamento formulando quella che oggi è conosciuta come legge di Hubble. Per spiegare le osservazioni di Hubble negli anni trenta furono proposte altre idee, note come cosmologie non standardcome per esempio il modello di Milne, l'universo oscillante, ideato originariamente da Friedmann e supportato da Einstein e da Richard Tolman, e l'ipotesi della luce stanca di Fritz Zwicky. Dopo la seconda guerra mondiale emersero due differenti teorie cosmologiche: La prima era la teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle, in base alla quale nuova materia doveva essere creata per compensare l'espansione. In questo modello l'universo è approssimativamente lo stesso in ogni istante di tempo. L'altra è la teoria del Big Bang di Georges Lemaître, supportata e sviluppata da George Gamow che nel 1948 assieme a Ralph Alpher introdusse il concetto di nucleosintesi. Questa pubblicazione segnò l'inizio della cosmologia del Big Bang come scienza quantitativa. Sempre Alpher, con Robert Herman, ipotizzò nello stesso anno l'esistenza di una radiazione cosmica di fondo.


APPUNTI DI RADIOASTRONOMIA
a cura di Giovanni Lorusso IK0ELN
IARA Group, SAIt, SdR Radioastronomia UAI



 
Il ciclo solare (o ciclo dell'attività magnetica solare) è il "motore" dinamico e la sorgente energetica alla base di tutti i fenomeni solari. L'attività solare viene misurata in base al numero di macchie solari che compaiono in maniera ciclica e più o meno intensa sulla superficie solare. Quando la superficie solare mostra un ampio numero di macchie, il Sole sta attraversando una fase di maggior attività e emette maggior energia nello spazio circostante. Il numero medio di macchie solari presenti sul Sole non è costante, ma varia tra periodi di minimo e di massimo. Il ciclo solare è il periodo, lungo in media 11 anni, che intercorre tra un periodo di minimo (o massimo) dell'attività solare e il successivo. La lunghezza del periodo non è strettamente regolare, ma può variare tra i 10 e i 12 anni. Durante il periodo di minimo dell'attività possono passare anche settimane intere senza che sia visibile alcuna macchia sul disco del Sole, mentre durante il massimo è possibile osservare la presenza contemporanea di diversi grandi gruppi di macchie. Questo ciclo nella variazione del numero delle macchie solari venne intuito per primo dall'astronomo danese Christian Pedersen Horrebow ma il fenomeno fu riconosciuto solo nel 1845 sulla base delle osservazioni, estese su decine di anni, compiute dall'astrofilo tedesco Heinrich Schwabe. Il ciclo venne poi esaminato in maniera più sistematica negli anni 50 dell'Ottocento dall'astronomo svizzero Rudolf Wolf, che introdusse il numero di Wolf per la caratterizzazione dell'attività solare. Questo numero viene calcolato moltiplicando per 10 il numero di gruppi di macchie presenti sul disco solare aggiungendovi poi il numero di macchie presenti in tutti i gruppi. Questo numero viene poi rinormalizzato per tenere conto delle differenti prestazioni degli strumenti utilizzati dai vari osservatori. L'attività solare si manifesta in svariati modi e oltre alla variazione del numero di macchie solari, molti fenomeni osservabili del sole manifestano variazioni cicliche undecennali, tra cui la frequenza di brillamenti solari, espulsioni di massa coronali, come pure la frequenza di aurore sulla Terra.
 


CICLI SOLARI
 
CQ DX, CQ DX, CQ DX … ma la propagazione non ce; o appare e scompare! Perchè? Perchè è appena cominciato il 25° Ciclo Solare. Vediamo di essere più chiari. Innanzitutto, va detto che il Sole ha una attività undicennale, che corrisponde al minimo di attività, al picco massimo di attività, ed al picco minimo. Tutto questo per la durata di undici anni. Poi inizia un nuovo ciclo con le stesse caratteristiche. Fin qui tutto chiaro? No, niente affatto! Intanto come ci si accorge che è iniziato un nuovo ciclo? Bene, ecco la spiegazione: occorre dire che due fattori entrano in gioco per l’identificazione che possa determinare un nuovo ciclo solare effettivamente in corso; e cioè l’apparizione di nuove macchie solari a latitudini solari relativamente alte e l’inversione del campo magnetico del Sole. Il primo fattore può essere visto osservando la luce bianca del disco del Sole nell’arco di un ciclo solare, cosa che fu identificata per la prima volta da Richard Carrington nel 1861 e successivamente da Gustav Spörer, riportata in una legge che ora porta il suo nome.

La legge calcola l’aspetto delle macchie solari nel tempo a una determinata latitudine, come aveva notato Spörer, in modo da creare un ordinato “grafico a farfalla” (Fig.1) che raffigura il ciclo solare di 11 anni dal minimo al massimo. Il secondo fattore ha atteso l’arrivo della tecnologia del 20°secolo affinché gli astronomi lo scoprissero. Quindi è’ stato osservato che ce una componente magnetica nel Sole, la quale da origine ad una maggiore attività aurorale, derivata dalle tempeste solari sulla Terra. Nel 1908, George Ellery Hale, un pioniere nell’astronomia americana, usò il telescopio della torre solare di 60 cm. presso l’Osservatorio del Monte Wilson per notare che le spicole roteano attorno a coppie di macchie ruotate in direzioni opposte.

Tornando ad oggi il Sole osservato al telescopio in idrogeno alfa, dal 25 agosto 2018 mostra la macchia solare AR 2720 che ha cambiato polarità (Fig.2) in quanto anche le macchie solari hanno un campo magnetico proprio e quando invertono la polarità è segno che è iniziato un nuovo ciclo. E poiché l’inversione della polarità è già avvenuta … benvenuti nel 25° ciclo solare. Il Sole attraversa cicli di 11 anni, durante i quali l’attività solare aumenta e diminuisce in modo alquanto imprevedibile. E, tenuto conto che siamo appena all’inizio del neonato 25° ciclo, va da se che il Sole si trova nella fase minima di attività; quindi propagazione ridotta al lumicino, magari con giornate apprezzabili. Pazienza, arriveranno anni migliori.

Trattiamo adesso l’attività solare. Per attività solare si intende la presenza delle macchie che compaiono sul disco solare; il numero di gruppi di macchie; il numero relativo di macchie (Fig.3); l’area delle regioni di brillamento il flusso di potenza della radiazione rilevabile a 10,7 cm di lunghezza d’onda emessa dal Sole. Difficile? Beh, credo di si, in quanto questi indici sono determinati con metodi scientifici. Comunque, tradotto in maniera semplice, è sufficiente capire che il Sole deve necessariamente “ribbollire” come una pentola a pressione, perché possa inviare verso la Terra una quantità sufficiente di particelle, tali da mescolarsi con l’atmosfera terrestre fino a ionizzare gli strati alti, formando così la Ionosfera, dove le onde elettromagnetiche si riflettono e cadono a lunga distanza.

Domanda: … come arrivano le particelle solari sulla Terra? Il flusso di particelle emesse dal Sole, arrivavano sulla Terra con il vento solare (Fig.4) Altra domanda: … come ci si accorge che il Sole ribolle? Il disco solare, osservato con un telescopio, anche amatoriale, ma con i filtri solari appropriati, (luce bianca, idrogeno alfa, polimero nero) mostrerà le macchie se osservato con il filtro in luce bianca; il filtro sulla riga dell’idrogeno evidenzierà le protuberanze (le lingue di fuoco nucleare che si staccano dalla corona solare – Fig.5); ed il filtro in polimero nero la granulosità della superficie solare la Fotosfera e la Cromosfera (la parte più calda delle regioni attive del Sole). E chi non possiede un telescopio?

E’ sufficiente accendere la radio (mi riferisco ai radioamatori) e, se dopo il primo CQ DX, qualcuno risponde da molto lontano vuol dire che il Sole ha provveduto ad inviare il “foraggio” per creare la Ionosfera negli strati atmosferici del nostro pianeta... Ora, conoscendo la “filiera”, e cioè macchia solare invertita di polarità, quindi inizio del nuovo ciclo solare; attività solare a pieno regime (macchie, brillamenti, protuberanze ecc.); vento solare gonfio di particelle; ionizzazione degli strati alti dell’atmosfera terrestre, ovvero ottimo strato ionosferico; va da se che anche il ricetrasmettitore diventa un valido osservatorio solare. Ovvio che un DX ben riuscito vede come attori, principalmente il Sole, lo strato ionosferico terrestre, le capacità tecnico/elettroniche di chi opera, e un’ottima professionalità dell’operatore Conosciuta questa attività si arriva all’inizio del primo ciclo solare nel 1755. Oggi, il semplice conteggio dei numeri delle macchie solari hanno dato il via alle operazioni terrestri e spaziali che monitorano il Sole 24 ore su 24. Va aggiunto che per la nostra società dipendente dalla tecnologia, è importante sapere costantemente la giornaliera attività del Sole. Ad esempio, i brillamenti solari possono danneggiare i GPS, i satelliti e gli astronauti attualmente nello spazio, ma anche l’equipaggio e i passeggeri di una compagnia aerea se ricevono una dose nettamente più alta di radiazioni durante le tempeste solari, in modo particolare durante i voli transoceanici volando su rotte polari. Ma come si muove il Sole nello Spazio? Sua maestà il Sole si muove come un’enorme sfera di gas, La nostra stella non ruota uniformemente, ma al contrario, gira sul suo asse una volta ogni 34 giorni vicino ai suoi poli, e ogni 25 giorni vicino all’equatore solare. In sostanza, i poli opposti del Sole ruotano più velocemente rispetto all’equatore. Siamo giunti alla fine di questa interessante trattazione. Tuttavia, Ci sarebbe ancora tanto da dire, ma fermiamoci qua. Una cosa è certa, il Sole è un argomento affascinante oggetto celeste che continuerà sempre a sorprendere. Pertanto, per chi fa uso del telescopio, il suggerimento è: tenete i filtri solari a portata di mano; mentre per chi utilizza le apparecchiature radio per comunicazioni a lunga distanza, accenda spesso il ricetrasmettitore, così che, anche se indirettamente, potrà osservare cosa farà la macchia solare AR 2720 quando tra 11 anni, invertirà nuovamente la sua polarità. Cieli sereni e buoni collegamenti.
 
Dott. Giovanni Lorusso (IK0ELN)

Attività solare e variazioni del clima terrestre. Da sempre la comunità scientifica ha riconosciuto nel Sole l'elemento che fornisce la quasi totalità dell'energia che muove le dinamiche climatiche terrestri (venti, piogge, correnti oceaniche, movimenti delle nuvole e delle masse d'aria...) Più complicato è stato trovare quanto e come l'attività del Sole influisca oggi sulle variazioni del clima terrestre. Fino a qualche anno fa la quasi totalità della comunità scientifica internazionale, sulla base della ricostruzione del clima da parte dei modelli, aveva maturato la convinzione che da sole le variazioni più o meno periodiche nella intensità della radiazione solare, non riuscirebbero a giustificare il forte riscaldamento attuale perché al più potevano provocare fluttuazioni di non più di 0.2 °C nel clima terrestre nell'arco di qualche decennio. Tuttavia oggigiorno molti studiosi fanno notare che l'influenza del Sole sul clima della Terra si esplica, non tanto attraverso le fluttuazioni – modeste - della quantità di energia solare in arrivo sul pianeta, quanto piuttosto attraverso un meccanismo più complesso legato all'attività solare. L'attività del Sole, infatti, viene misurata non in base alla quantità di energia irradiata nello spazio dalla nostra stella ma quanto piuttosto dal numero di macchie solari (Sunspot Number) che compaiono sulla sua superficie e che raggiungono un valore massimo ogni 11-12 anni. Approfonditi studi portati a termine nel 2009 da scienziati statunitensi e tedeschi del National Center for Atmospheric Research (NCAR) a Boulder, Colorado, avvalendosi di più di un secolo di osservazioni meteorologiche e delle tecnologie più avanzate attualmente disponibili, hanno costruito un modello che ipotizza tale legame tra attività solare e fluttuazione del clima terrestre, producendo una simulazione volta a riprodurre la complessa interazione tra la radiazione solare, l'atmosfera e l'oceano. I risultati degli studi, pubblicati sul Journal of Climate e su Science, dimostrano come in questo modello anche un piccolo aumento di attività solare influenza in maniera determinante l'area tropicale e le precipitazioni di tutto il globo terrestre. In particolare gli effetti di una maggiore attività solare si fanno sentire in maniera forte nel riscaldamento della troposfera tropicale (dove aumenta la quantità di ozono prodotta dai raggi UVA), nell'aumento della forza dei venti alisei, nell'aumento dell'evaporazione nella zona equatoriale e nell'aumento dell'annuvolamento e delle precipitazioni. Lo studio rileva come ci sia una indubbia associazione fra il periodico picco dell'attività solare e lo schema delle precipitazioni e della temperatura superficiale delle acque del Pacifico. Il modello messo a punto dai ricercatori mostra anche le influenze che i picchi solari hanno con due importanti fenomeni collegati al clima: La Niña e El Niño che sono originati da eventi associati ai cambiamenti nella temperatura delle acque superficiali del Pacifico orientale. In particolare, l'attività solare risulta influire su La Niña e El Niño, rafforzandoli o contrastandoli. Molti climatologi ritengono che, al fine di comprendere meglio i meccanismi legati ai cambiamenti climatici e per rendere più affidabile gli scenari climatici futuri, tali studi siano importanti per capire la base naturale della variabilità climatica e per comprendere come la variabilità climatica naturale, in tempi diversi, sia significativamente influenzata dal sole.
 
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