Grazie alla collaborazione tra il team di missione della sonda ESA/NASA Solar Orbiter e la Parker Solar Probe, è stato possibile ottenere per la prima volta misurazioni simultanee della struttura e delle proprietà della corona solare su larga scala, portando nuova luce su un mistero scientifico di lunga data. La corona solare, l'atmosfera esterna del Sole, ha una temperatura di oltre un milione di gradi centrigradi, molto più calda della superficie solare, che è di "soli" 6.000 °C. Questa discrepanza ha confuso gli scienziati per anni, poiché secondo la termodinamica, la corona dovrebbe essere più fredda della superficie.
Difficoltà. Si è ipotizzato da tempo che la turbolenza nell'atmosfera solare potrebbe essere responsabile del riscaldamento anomalo della corona. Tuttavia studiare questo fenomeno è stata una sfida a causa della necessità di raccogliere dati da più veicoli spaziali.
Solar Orbiter è stato progettato per eseguire misurazioni in situ e di telerilevamento mentre si avvicina al Sole, mentre Parker Solar Probe avvicindandosi al Sole è usato misurazioni in situ. La collaborazione tra questi due veicoli spaziali ha permesso di raccogliere dati complementari.
Manovra correttiva. Daniele Telloni, un ricercatore dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), è stato coinvolto nell'uso dello strumento Metis a bordo di Solar Orbiter. Questo strumento (realizzato per l'Agenzia Spaziale Italiana da Thales Alenia Space e OHB Italia) è stato utilizzato per misurare la corona solare in modo dettagliato. Tuttavia, affinché Parker Solar Probe fosse visibile da Metis, è stato necessario apportare alcune correzioni all'assetto di Solar Orbiter, una manovra che ha comportato rischi, ma è stata autorizzata per il suo alto valore scientifico.
Le delicate manovre che hanno reso possibile l'allineamento di Solar Orbiter con Parker Solar Probe sono state effettuate anche grazie ai sensori d'assetto di Leonardo a bordo di entrambe le missioni che, come bussole dello spazio, aiutano sonde e satelliti ad orientarsi e mantenere l'assetto corretto. Le due sonde sono state posizionate correttamente, e ciò ha permesso di effettuare le prime misurazioni simultanee della struttura della corona solare e delle proprietà del plasma che la compone. Questi dati hanno confermato che la turbolenza è probabilmente il meccanismo principale attraverso il quale l'energia viene trasferita dalla superficie solare alla corona, contribuendo al suo riscaldamento.
E dunque? In termini semplici, la turbolenza nella corona solare agisce in modo simile a quando si mescola il caffè in una tazza. Questa agitazione casuale trasferisce energia su scale più piccole, convertendola in calore.
Poiché il plasma nella corona solare è magnetizzato, l'energia magnetica può essere convertita in calore, e questo processo è alla base della turbolenza. Alle scale più piccole, la turbolenza permette alle fluttuazioni di interagire con le particelle, riscaldandole. Tuttavia, ulteriori ricerche saranno necessarie per comprendere completamente questo processo.
In definitiva questa collaborazione tra Solar Orbiter e Parker Solar Probe ha permesso di fare progressi significativi nello studio del riscaldamento anomalo della corona solare, ma ci sono ancora molte domande aperte che richiedono ulteriori indagini scientifiche.
Il Sole sarà più brillante. Come gran parte delle stelle che conosciamo, Il Sole si trova nella fase di sequenza principale della sua evoluzione. Nel suo nucleo avvengono reazioni di fusione nucleare che trasformano l'idrogeno in elio e sprigionano, ogni secondo, circa 4 x 10 alla 27 Watt di energia. Finora ha convertito qualcosa come 100 volte la massa della Terra in elio ed energia: quando la riserva di idrogeno sarà ai minimi, il nucleo si restringerà e gli strati di gas esterni si avvicineranno al nucleo stesso. L'aumentata pressione sul centro accelererà i processi di fusione e la luminosità crescerà: tra 1,1 miliardi di anni il Sole sarà più brillante del 10%. Per la Terra, significherà un effetto serra pari a quello che ha reso Venere un pianeta infernale. Infine, quando tutto l'idrogeno nel nucleo si sarà fuso in elio, la nostra stella inizierà a collassare sotto il suo stesso peso.
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Le stelle nascono, bruciano carburante, muoiono. Il Sole non sarà da meno: l'epilogo del nostro astro, che si trova a circa metà della sua vita, si consumerà a partire da 5,5 miliardi di anni da oggi (7, per i più ottimisti), e decreterà inevitabilmente anche l'epilogo della Terra, che finirà vaporizzata (non c'è un modo gentile per dirlo). Non avverrà dall'oggi al domani, ma attraverso una serie di apocalittiche fasi, osservate nell'evoluzione di stelle di massa simile: eccole, per chi è ansioso di sapere in dettaglio che cosa succederà. Vedi anche: come muore una stella.
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La vita sulla Terra finirà. Meglio escludere da subito ogni velleità di sopravvivenza: tra 3,5 miliardi di anni il Sole sarà diventato il 40% più luminoso. La Terra svilupperà dapprima un massiccio effetto serra: i gas atmosferici tratterranno ancora più calore e l'acqua evaporerà, formando una spessa coperta di nubi che proteggerà la vita per qualche tempo. Non durerà a lungo: gli oceani terrestri inizieranno a bollire, le calotte di ghiaccio saranno fuse e ogni forma di vita rimasta in superficie sarà annientata.
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La nuova fase: gigante rossa. La nostra stella non diverrà soltanto più brillante, ma inizierà ad espandersi passando alla fase successiva del suo ciclo vitale. Sarà una gigante rossa, una stella più fredda ("solo" 2000-3000 °C, contro i 5000-9000 attuali in superficie) ma di maggiori dimensioni. I suoi strati più esterni arriveranno a lambire Mercurio, Venere e la Terra (la quale, nel frattempo, per la mutata attrazione gravitazionale solare, avrà modificato la sua orbita). L'intero processo richiederà circa 5 milioni di anni: un battito di ciglia nella vita del Sole.
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Marte sarà più ospitale della Terra (ma per poco). La zona abitabile, la regione attorno a una stella entro la quale è possibile per un pianeta ospitare acqua liquida (e che ora è compresa tra 0,95 e 1,37 volte il raggio medio dell'orbita terrestre, o unità astronomiche) si sposterà progressivamente verso l'esterno. Per qualche tempo Marte si troverà in quest'area privilegiata (se escludiamo la questione della sottile atmosfera). Per allora, avremo forse imparato a vivere sul Pianeta Rosso: ma non potremo contarci molto a lungo.
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Si creeranno altrove le condizioni per la vita. Nella fase di espansione del Sole, alcuni pianeti o satelliti ghiacciati come Europa (luna di Giove, nella foto) che già oggi appaiono interessanti per possibili forme di vita extraterrestri, potrebbero divenire, per un breve periodo, ancora più ospitali. La loro crosta di ghiaccio sublimerà dando luogo a transitorie atmosfere o oceani superficiali. Ma quando il Sole sarà definitivamente passato allo stadio di gigante rossa, la zona di abitabilità si sposterà tra le 49 e le 70 unità astronomiche, e persino su Nettuno farà troppo caldo.
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Gli asteroidi del Sistema Solare non avranno vita facile. Le mutate orbite di Giove e di altri giganti della nostra famiglia planetaria disturberanno quelle degli asteroidi interni al Sistema, scagliandoli verso l'esterno o, al contrario, spingendoli verso la nana bianca, dove finiranno in briciole. Lo sappiamo perché attorno alle nane bianche osservate finora, sono stati individuati frammenti di corpi celesti avventuratisi troppo vicini all'astro.
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La Nebulosa-Sole. Gli strati più esterni del Sole, sempre più sganciati dal nucleo e scagliati all'esterno in una nube di gas, formeranno una nebulosa planetaria, simile alla Nebulosa Anello oggi visibile nella costellazione della Lira. Lo spettacolo illuminato dagli ultimi scampoli di energia della nana bianca, durerà circa 10 mila anni.
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La fase finale: nana bianca. Quando la fusione dell'idrogeno in elio sarà completata, il Sole inizierà a collassare di nuovo. Per 2 milioni di anni fonderà l'elio in carbonio e ossigeno, seppur con reazioni meno energetiche di quelle descritte finora. Terminato anche l'elio, senza più energia radiante a contrastare il suo peso, il nucleo del Sole si ridurrà a una nana bianca. Questo residuo stellare è estremamente longevo e potrebbe rimanere così per miliardi di anni, prima di estinguere tutto il suo calore e "spegnersi" definitivamente (diventando nero).
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Dovremo cercarci un'altra stella. E un altro sistema planetario meno in difficoltà: Proxima Centauri b (nell'illustrazione), un pianeta che orbita intorno a Proxima Centauri, la stella più vicina alla Terra dopo il Sole (4,25 anni luce), ha dato finora segnali di abitabilità, tuttavia quest'astro è già una nana rossa (e per allora...). Intanto, stiamo lavorando a sistemi, ancora molto lontani, di trasporto interstellare - come racconta Focus 349 - novembre 2021.
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