Si chiamano switchback e sono perturbazioni magnetiche che, come gigantesche fruste, si propagano nello spazio interplanetario. Queste oscillazioni consistono in rapide inversioni nella direzione del campo magnetico solare che, mentre viaggiano nel Sistema solare, disegnano grandi S come se fossero, appunto, sotto l’effetto di una frusta.
La sonda Solar Orbiter di Esa ha attraversato un gigantesco esemplare di questi switchback a forma di S, riuscendo ad analizzarne le particelle e scoprendo così la sua origine fino alla superficie del Sole.
Pubblicato su Nature Astronomy, lo studio rivela nuovi dettagli sul magnetismo solare e sulle particolari strutture turbolente che lo caratterizzano.

L’intenso e dinamico campo magnetico del Sole pervade lo spazio interplanetario dal vento solare, dando luogo alle cosiddette linee di campo, ossia strutture che descrivono la direzione del campo magnetico e lungo le quali si muove il plasma. Queste linee possono tuttavia distorcersi o piegarsi improvvisamente su sé stesse, dando origine a perturbazioni, gli switchback appunto, che possono viaggiare nello spazio interplanetario e accelerare particelle nel vento solare.

Questa particolare perturbazione si manifesta quando una linea di campo magnetico, indirizzata dal Sole verso l’esterno, improvvisamente si ripiega all’indietro per poi rigirarsi di 180 gradi e tornare nella direzione originaria. Un tracciato simile a quello che disegna un’auto quando affronta due tornanti di seguito mentre percorre una strada di montagna.

Gli switchback sono stati osservati nel vento solare da diversi decenni, ma gli scienziati stanno ancora discutendo sulle modalità con cui queste perturbazioni si formano, cercando di tracciarne l’origine nell’atmosfera del Sole. Le osservazioni effettuate negli ultimi anni da Solar Orbiter hanno contribuito a risolvere pian piano alcuni tasselli di questo enigma.

Nel 2022, lo strumento Metis, il coronografo italiano a bordo della missione Solar Orbiter, ha osservato direttamente uno switchback nella corona solare, confermando la forma a S di queste strutture, prevista dai modelli teorici ma mai osservata direttamente fino ad allora. Quella di Metis è stata la prima osservazione a distanza di uno switchback magnetico, mentre le precedenti osservazioni erano state effettuate in situ, attraverso il passaggio delle sonde all’interno di queste strutture.

I dati raccolti in quella occasione da Solar Orbiter hanno fornito nuovi indizi sul ruolo degli switchback nei processi di riscaldamento e accelerazione del vento solare e sulla possibilità che queste perturbazioni magnetiche possano avere origine nell’atmosfera del Sole.

La prova diretta di questa ipotesi arriva ora dalle nuove osservazioni della sonda Esa.

Quando Solar Orbiter si trovava all’incirca a metà strada tra la Terra e il Sole, la sonda si è immersa in un switchback particolarmente grande, effettuando rilevazioni in situ tramite lo strumento Solar Wind Analyser (Swa).
Il cervello di questo strumento, il Dpu (Data Processing Unit), è stato realizzato in Italia con il supporto dell’Asi.
I dati raccolti hanno individuato nello switchback una particolare firma chimica che, essendo una proprietà del vento solare che rimane inalterata durante la propagazione, permette di rintracciarne l’origine nell’atmosfera del Sole.

«Esistono due principali teorie in competizione per spiegare come si formano gli switchback e, di conseguenza, il vento solare – afferma Jesse Coburn, primo autore del nuovo studio – La specifica miscela di particelle rilevata da Solar Orbiter rappresenta la prova decisiva a favore di un processo di formazione noto come riconnessione di interscambio (interchange reconnection)».


Questo processo avviene quando entrano in interazione linee di campo magnetico con polarità opposta. Questo fenomeno può essere legato, ad esempio, all’interazione nell’atmosfera del Sole tra strutture magnetiche le cui linee di campo si estendono verso l’esterno, con strutture chiuse ad anello le cui linee si incurvano e tornano verso il Sole.

Quando una regione aperta entra in contatto con una regione chiusa e le linee di campo di polarità opposta si avvicinano, l’intera struttura magnetica diventa estremamente instabile e le linee di campo si riconfigurano rapidamente come un groviglio di elastici che, soggetti a torsione, si spezzano, accelerando il plasma precedentemente intrappolato nell’anello verso lo spazio.

La spiegazione alternativa a quella della riconnessione di interscambio chiama in causa, invece, le onde e la turbolenza, fenomeni che Solar Orbiter ha osservato negli switchback e che hanno un ruolo importante nel riscaldamento e nell’accelerazione del vento solare.

«È interessante notare che osserviamo anche segnali di questi fenomeni, ma probabilmente soltanto dopo che lo switchback si è allontanato dal Sole – spiega la coautrice Stephanie Yardley – Una volta che lo switchback ha lasciato il Sole, sono le onde e la turbolenza a prendere il sopravvento e a determinarne l’evoluzione».

Oltre a fornire un quadro molto più chiaro sull’origine e sull’evoluzione degli switchback, la nuova ricerca offre quindi nuove informazioni anche sui processi attraverso i quali il Sole riscalda la propria atmosfera e accelera le particelle del vento solare nello spazio.

I risultati confermano, infine, ancora una volta il valore della missione Solar Orbiter di Esa, frutto della collaborazione con Nasa e del fondamentale contributo dell’Agenzia Spaziale Italiana.
Le sue scoperte sono state rese possibili dalla combinazione di strumenti per le osservazioni remote, come il coronografo Metis, e strumenti per le misure in situ, come Swa, permettendo così di collegare ciò che accade sulla superficie del Sole con il suo ambiente più ampio.