Esistono vortici polari anche sul Sole? Finora, nessuna missione li ha osservati direttamente, ma secondo un gruppo di ricerca guidato dal National Center for Atmospheric Research degli Stati Uniti, la risposta è: probabilmente sì. A differenza della Terra, però, a governarli sarebbero i campi magnetici. Utilizzando modelli e simulazioni numeriche, il team è riuscito anche a dedurne le caratteristiche. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Proceedings of the National Academy of Sciences.
I vortici polari sono una caratteristica comune a quasi tutti i pianeti dotati di atmosfera, da quelli rocciosi come la Terra ai giganti gassosi come Giove e Saturno. Queste strutture, che si formano attorno ai poli, svolgono ruoli cruciali nella regolazione del clima e mostrano una dinamica molto complessa. Sulla Terra, specialmente se forti e stabili, confinano l’aria fredda nelle regioni polari. Quando si indeboliscono diventano più instabili e ondulati, spingendo l’aria fredda verso le latitudini medie e causando ondate di freddo. Su Giove, la missione Juno – che vanta un contributo italiano attraverso l’Asi – ha rivelato una struttura complessa, con il polo nord circondato da otto cicloni e anticicloni circumpolari e il polo sud da cinque vortici. Anche Saturno, osservato dalla sonda Cassini, presenta vortici polari singolari, con una forma esagonale visibile nell’emisfero nord e una più circolare nell’emisfero sud. Queste strutture rotanti sono state individuate anche su Marte, Venere, Urano, Nettuno e Titano, satellite naturale di Saturno. Nonostante le differenze in dimensioni, velocità di rotazione e composizione atmosferica, i vortici polari sembrano albergare in gran parte delle atmosfere planetarie. La domanda sorge quindi spontanea: e se li avesse anche il Sole?
Ci sono differenze fondamentali tra le dinamiche dei flussi nel Sole e nei pianeti. La più importante è che la nostra stella è composta da un fluido ionizzato chiamato plasma e, diversamente dalle atmosfere planetarie, gli strati sub-superficiali del Sole sono influenzati dalla presenza di potenti e dinamici campi magnetici. È ragionevole supporre che questi ultimi possano costituire il meccanismo fondamentale (detto magnetoidrodinamico) per la formazione, la morfologia e l’evoluzione dei vortici polari.
I campi magnetici solari seguono cicli complessi tra cui quello delle macchie solari che dura circa 11 anni e in cui i campi magnetici si invertono e si rinnovano. Ogni ciclo si articola su periodi di diversa durata, ciascuno con effetti differenti sulla forza complessiva e sulla configurazione dei campi magnetici, influenzando le ‘stagioni’ del clima spaziale.
Dicevamo che i vortici polari sono stati osservati in quasi tutti i pianeti che possiedono un’atmosfera. Le stelle, e in particolare il Sole, condividono con le atmosfere planetarie alcuni ingredienti fondamentali, come un fluido influenzato dalla forza di Coriolis. Questa forza agisce sul Sole in modo diverso rispetto ai pianeti. Il Sole non possiede una vera e propria atmosfera, ma è costituito dal plasma. La forza di Coriolis agisce sul plasma solare, con un’interazione fortemente influenzata dalla presenza dominante dei campi magnetici che organizzano il movimento del plasma stesso. La Coriolis aiuta comunque a mantenere e organizzare i flussi di plasma in strutture simili a vortici.
La “corsa verso i poli” — il movimento dei campi magnetici verso i poli nel corso del ciclo solare — potrebbe favorire la formazione di vortici polari magnetici, che si generano ed evolvono in risposta alle interazioni tra campi magnetici e forze fluidodinamiche. In questo processo, i campi magnetici tendono a organizzarsi in una stretta coppia di vortici ciclonici e anticiclonici, spinti dai flussi magnetoidrodinamici – ovvero il movimento del plasma sotto l’influenza dei campi magnetici – sulla superficie solare.
La ricerca suggerisce che, come nei pianeti, la formazione dei vortici sul Sole segue dinamiche cicliche, con il ciclo solare che influisce sulla stabilità dei vortici, analogamente ai cambiamenti stagionali sulla Terra, stabilizzandoli o destabilizzandoli in base alla fase del ciclo magnetico. Le simulazioni indicano inoltre che i vortici si formano intorno ai 55 gradi di latitudine, l’equivalente del circolo polare artico terrestre, e si sviluppano durante tutte le fasi del ciclo solare, tranne che al picco, cioè quando il campo magnetico ai poli del Sole scompare e viene sostituito da un campo magnetico di polarità opposta.
Dopo essersi formati, i vortici si dirigono verso i poli in un anello sempre più stretto, perdendo ‘pezzi’ lungo il percorso e lasciando alla fine solo una coppia di vortici direttamente adiacenti ai poli, prima di scomparire del tutto al massimo solare. Il numero e la configurazione mentre si spostano verso i poli varia in base all’intensità del ciclo solare.
La missione Solar Orbiter di Nasa ed Esa, lanciata nel 2020, rappresenta un passo importante per l’osservazione dei poli solari, ma la sua inclinazione orbitale di 30 gradi rispetto all’eclittica, non le permette di coprire completamente queste regioni. Saranno quindi necessarie ulteriori missioni per osservare da più angolazioni, specialmente durante fasi diverse dal massimo solare, quando i vortici potrebbero essere più evidenti.
La possibilità che il Sole, come gli altri pianeti, ospiti vortici polari potrebbe inoltre fornire nuove chiavi di lettura per comprendere il comportamento ciclico del suo campo magnetico, con importanti implicazioni per migliorare la precisione delle previsioni sui cicli solari futuri e sul clima spaziale.
Crediti immagine in apertura e video-simulazione: Ucar
