L’imminente Grande Minimo di Attività Solare (Prima Parte)

Premessa

Il testo seguente è una traduzione di un articolo apparso di recente sul Journal of Cosmology, http://JournalofCosmology.com. Scopo della traduzione è esclusivamente quello di far conoscere il contenuto dell’articolo a chi non ha particolare dimestichezza con l’inglese, in particolare con la terminologia scientifica. Non conosco gli autori, tuttavia la fonte mi è parsa seria. Le argomentazioni non sono facili da comprendere, occorrono buone conoscenze di matematica e fisica. Le conclusioni sono invece ben comprensibili e nette. Lascio comunque a voi valutare, sperando che la traduzione sia sufficientemente fedele al testo originale da non averne modificato il senso. Ho lasciato i riferimenti contenuti nella sezione delle referenze, che potete trovare al link presente a fine articolo, qualora voleste approfondire il tema.

Fabio2

Riassunto

Di seguito si riportano in sintesi recenti scoperte circa le periodicità della tachocline (fascia interna alla superficie della nostra stella) solare e le loro interpretazioni fisiche. Queste ci portano a concludere che la variabilità solare sta attualmente entrando in un Grande Minimo, che è un episodio di attività solare molto bassa, di durata non inferiore ad un secolo. Conseguenza di ciò è un aggiornamento della nostra precedente previsione sulla forza del presente ciclo di Schwabe (n. 24). Il massimo sarà ritardato (metà 2013) con un sunspot number pari a 55.

1. Introduzione

Si ritiene che l’attività solare sia associata al cambiamento climatico (De Jager and Duhau, 2009; De Jager et al., 2010; Miyahara et al., 2010). L’attività delle macchie solari può essere riassunta nei due emisferi solari ed esse appaiono fluttuare secondo cicli di 11 anni (cicli di Schwabe, ndr). Comunque, episodi prolungati di ridotta attività delle macchie solari, come il Minimo di Maunder (così nominato in onore dell’astronomo solare Edward W. Maunder), erano collegati con chiarezza ad un episodio di estremo raffreddamento ed inverni caratterizzati da freddo pungente in Europa e Nord America, noto come la “piccola era glaciale.”

Figura 1. Una macchia del ciclo 23 (presso l’equatore) e la prima macchia del ciclo 24 (in alto). (4 Gennaio 2008). (Ad onor del vero, David Hathaway aveva riconosciuto come appartenente già al ciclo 24 una macchia apparsa nel 2006, ndr)

Le previsioni del massimo “sunspot number” (R_max) per l’attuale ciclo 24 spaziano da valori estremamente elevati, attraverso valori intermedi, fino a valori estrememente piccoli (si veda De Jager and Duhau, 2009). Le previsioni di quest’ultimo tipo possono condurre ad un altro episodio di Grande Minimo (Miyahara et al., 2010).

Le previsioni contrastanti possono essere dovute alla possibilità che, attualmente, il sistema della dinamo sia sottoposto ad una transizione caotica dal Grande Massimo del 20° secolo ad un altro regime (Duhau, 2003; De Jager and Duhau, 2009).

Specificamente, sebbene i suoi meccanismi di dettaglio siano sconosciuti, la dinamo solare genera il campo magnetico del Sole tramite una corrente elettrica circolare che fluisce in profondità all’interno della stella. Il plasma solare è un ottimo mezzo conduttore (di elettricità, ndr). Nella tachocline, circa 200.000 km sotto la superficie, in presenza di un “seed field” (campo magnetico iniziale, ndr), si generano correnti a livelli dove differenti latitudini del Sole ruotano a velocità differenti, mentre interagiscono con moti convettivi che hanno origine in profondità, così amplificando forti campi magnetici (come specificato dalle leggi della magnetoidrodinamica). Come il ciclo delle macchie, la dinamo solare si inverte ogni 11 anni, e questo innesca dell’attività solare. Si ritiene che, durante il Minimo di Maunder, la rotazione del sole possa aver rallentato. Perciò, il comportamento futuro delle macchie dipende in larga misura dallo stato della dinamo solare durante la transizione (Lorentz, 1993).

Figura 2. Variazioni dell’attività solare che evidenziano il Minimo di Maunder.

Un metodo per predire il prossimo Grande Episodio, basato su precedenti risultati riguardo i modi di oscillazione della dinamo solare (riassunti in De Jager e Duhau, 2010) è stato introdotto da de Jager e Duhau (2009). Uno dei risultati è il riconoscimento di una transizione dal Grande Massimo del 20° secolo ad un altro Grande Episodio. Questa transizione è iniziata nel 2000 e ci si attende si concluda nel 2013 (2000 e 2013 sono rispettivamente l’anno del massimo del ciclo 23 ed il previsto anno del massimo del ciclo 24, ndr).

Basata sulla metodologia menzionata sopra e utilizzando nuovi dati per l’indice geomagnetico aa, si prevede che un Grande Minimo sia imminente. Di conseguenza, si prevede un prolungato periodo di relativo raffreddamento globale. Si descrivono di seguito i relativi meccanismi.

2. Variabilità solare e il Diagramma di Fase.

La variabilità solare è dominata dalle due principali componenti del campo magnetico solare: i componenti toroidale e poloidale del campo magnetico del tachocline, che è uno strato di spessore pari a circa 30.000km, situato grosso modo a 200.000km sotto la superficie solare. Poiché questi campi interni non sono direttamente osservabili, mentre le osservazioni dirette dei campi equatoriale e polare sono disponibili solo per un periodo di tempo limitato, si necessita di approssimazioni per queste componenti di campi magnetici.

Un’approssimazione per la forza del campo magnetico toroidale è R_max, il numero massimo di macchie in cicli di Schwabe successivi (Nagovytshin, 2005); cfr. Fig.3a. Con riferimento al componente del campo poloidale, è stato suggerito da Russell (1975), Russell e Mulligan (1995), e Duhau e Chen (2002), che un’approssimazione per la forza del campo poloidale massimo è aa_min,, il valore minimo del componente magnetico aa. I dati di aa sono basati su misure simultanee della forza del campo terrestre a Greenwich (UK) e Adelaide (Australia). La prima serie, dal 1868 (Mayaud, 1975), fu estesa fino al 1844 (Nevanlinna e Kataja, 1993), mentre dati migliori, a partire dal 1868, sono stati forniti da Lockwood (priv.com.), cfr. Fig. 3b.

Fig. 3. Valori di R_max dal 1610 (a) e aa_min dal 1844 (b). I dati di R_max da prima e dopo il 1705 sono rispettivamente il numero di Wolf e il cosiddetto “Group Sunspot Number” (Hoyt and Schatten, 1998; R_g sunspot number dei gruppi di macchie, ndr), mentre i dati di aa sono forniti da Nevanlinna e Kataja (1993) e Lockwood (priv. comm.). Le linee orizzontali sono le coordinate del punto di Transizione (vedi testo). Gli incroci rappresentano rispettivamente: (a) i valori previsti per il massimo del ciclo 24 (67 ± 17) e (b) the precedente indice geomagnetico aa_min (9.8 ± 1.2) nT (previsione di De Jager e Duhau, 2009). I triangoli in (a) e (b) sono rispettivamente il nuovo valore previsto di R_max per il ciclo 24 (vedere sezione 4) e il valore medio annuo osservato di aa_min centrato a metà del 2009 (8.7 nT). M, R ed H si riferiscono ai tipi di Grandi Episodi che si verificano tra gli anni indicati dalle linee verticali. D si riferisce al Minimo di Dalton.

Per lo studio della storia della tachocline solare ha senso esaminare la variazione simultanea e la mutua dipendenza delle due approssimazioni. In quel senso, Duhau e Chen (2002) hanno introdotto un diagramma di fase nel quale R_max è rappresentata come una funzione di aa_min. Il suo studio conduce ad una interessante conclusione: appare (Duhau e Chen, 2002; Duhau e De Jager, 2008) che, al momento della transizione da un Grande Episodio ad un altro, le due approssimazioni assumono valori ben definiti che sono chiamati “Punto di Transizione”. Questo punto si ricava dal comportamento (vedi Figg. 3a e 4) di un componente di lungo periodo, definito come la somma della tendenza lineare e le periodicità delle componenti di “wavelet” (funzione per la rappresentazione di serie temporali,che può essere scomposta in un certo numero di funzioni elementari, ndr) nelle parti superiori delle bande di Gleissberg e Suess (de Vries).

Nella figura 3a viene mostrata una sequenza completa dei tre tipi di Grandi Episodi che si sono alternati durante l’ultimo millennio (Duhau e de Jager, 2008). Questi episodi sono il Grande Minimo (M: 1620 – 1724), le Oscillazioni Regolari (R: 1724 – 1924) e il Grande Massimo (H: 1924 – 2009). Durante questi tre periodi R_max e aa_min erano rispettivamente sotto, oscillando intorno, e sopra il livello del punto di transizione. Come si vede nel diagramma di fase (Fig. 4), la variazione di lungo termine è costituita da una successione di ellissi chiuse attorno al punto di transizione. Questo ciclo secolare è chiamato il ‘Ciclo di Gleissberg’.

Fine prima parte

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