Meccanismi di formazione delle macchie solari

Con il seguente articolo riporterò una teoria che descrive quei meccanismi che porterebbero alla formazione di una regione attiva, è più nello specifico di una macchia solare. Come detto nell’articolo “l’energia dei terremoti” il nostro pianeta potrebbe essere influenzato da due tipi di energie cosmiche (raggi cosmici, attività solare) che attraverso processi fisici e reazioni chimiche, determinerebbero l’andamento dell’attività sismica globale.

Paradossalmente una delle due forze dipende dall’altra, infatti la quantità di raggi cosmici diretti verso la terra aumenterebbe durante le fasi di scarsa attività solare e viceversa. Quindi per poter ipotizzare un aumento dei terremoti a livello globale bisogna prevedere in anticipo i “movimenti “ della nostra nana gialla.



La formazione delle macchie solari pare sia fortemente condizionata dalla velocità della superficie solare, in particolar modo le variazioni di velocità della superficie solare sembrano localizzate in particolare nella zone di maggiore attività.


"Il ruolo che queste componenti di velocità della superficie giocano nella dinamo solare non è chiaro, tuttavia esse suggeriscono una forte relazione con l’attività magnetica alla quale sono strettamente accoppiate.."



Il modello ondulatorio delle variazioni di velocità, negli strati esterni del sole, è noto come “oscillazione torsionale” e consiste in bande che scorrono vicino ai poli del sole e migrano verso l’equatore. Queste potrebbero svolgere un’azione sul campo magnetico del sole. Infatti a detta del National Solar Observatory di Frank Hill e attraverso lo studio dell’eliosismologia, le macchie solari si verificano lungo i sentieri sotterranei di queste bande superficiali. Costituiscono quindi un buonissimo indicatore d’attività del sole.

L’identificazione e lo studio di veloci strutture (circolazioni) su larga scala, della superficie solare risulta essere un compito tanto importante quanto arduo allo stesso tempo. Tali strutture occupano una larga frazione della superficie solare visibile e vivono per un lungo periodo se comparato con la rotazione solare. I flussi dominanti (le strutture) sono la rotazione differenziale e la circolazione meridionale. Il modello della dinamo solare (il cui scopo, è studiare nel dettaglio l’interazione tra campo magnetico e plasma) è basato sulla rotazione differenziale, dedotto, dall’eliosimologia e tende a produrre un attività magnetica piuttosto elevata alle alte latitudini, in contrasto con quanto osservato per le macchie solari (basse-intermedie latitudini). Pare inoltre che una circolazione meridionale penetri sotto la tachocline , li dove dovrebbe essere prodotto il campo toroidale, che poi si estenderebbe (verso l’esterno) attraverso la zona convettiva, dando vita alle macchie solari. Il flusso della circolazione meridionale sotto la tachocline sarebbe un complicato problema, ma comunque risolvibile. Infatti ogni flusso porta con esso, momento angolare (bisognerebbe capire come avviene il trasporto di momento angolare in tali condizioni). Sicuramente la circolazione meridionale risolverebbe molti problemi e numerose anomalie. Quindi alla base della attività solare/dinamo vi sarebbe la circolazione lungo i meridiani verso i poli solari in superficie e la circolazione equatoriale alla base della zona convettiva solare.
La velocità della circolazione verso i poli in superficie è modulata dalle forze di marea dei pianeti maggiori. La velocità superficiale e la circolazione profonda determinano l’ampiezza e la durata del ciclo delle macchie solari: maggiore è la velocità superficiale di circolazione verso i poli “Vsurf”, minore è la velocità equatoriale profonda “Vdeep” . Inoltre, maggiore è la velocità della circolazione profonda equatoriale “Vdeep”, più alto è il massimo delle macchie solari successivo, tuttavia, non vi è alcuna correlazione tra il massimo delle macchie solari e la velocità superficiale di circolazione verso i poli “Vsurf”. Vsurf che, come riportato in alto, dipende dagli effetti mareali indotti dai pianeti del sistema solare (marea che ha delle componenti che generano una forza perpendicolare e parallela alla superficie solare).

E’ impossibile non notare come le variazioni della velocità Vsurf hanno praticamente lo stesso periodo di rivoluzione di Giove; calcolando 22 oscillazioni in 255 anni, quindi 11.6 anni.

Le forze di marea dipendono dalla distanza e posizione relativa dei pianeti che cambiano con il tempo. La figura sotto riportata, mostra nelle rispettive visioni, orizzontale (immagini superiori) e verticali (immagini inferiori) le forze di marea, dalle posizioni di Mercurio (M), Venere (V), il sistema Terra-Luna (E), Giove (J), Saturno (S), e il baricentro del sistema solare (SSB), in due periodi: settembre 2005 (a sinistra) e settembre 2009 (a destra). La figura sotto riportata, mostra che le forze di marea, sia orizzontale che verticale, variano fortemente a seconda della posizione dei pianeti. La velocità della circolazione superficiale verso il polo meridionale è modulata dalla forza delle maree meridionale ed è sempre diretta verso l’equatore e il suo effetto è quello di rallentare “Vsurf” .
Vi è una buona corrispondenza tra la forza planetaria di marea e l’ampiezza del ciclo delle macchie solari (linea tratteggiata), con il minimo di Dalton (agli inizi del 19 ° secolo) e minimo Gleissberg (fine del 19° e all’inizio del 20° secolo), in concomitanza con le basse forze di marea durante il trasporto del flusso superficiale, e nei massimi solari nel 18 secoli 19 e 20, con i massimi nelle forze di marea durante questi periodi. Possiamo adesso quindi fare una stima approssimativa della grandezza degli effetti planetari sulle forze di marea indotte.
La magnitudo calcolata della forza di marea è dell’ordine di ~ F 10-10 N / kg. L’accelerazione causata da questa forza è pari a F / ρ, dove ρ è la densità dello strato superficiale del Sole pari a ~ gr/cm3 10-5 = 10-2 kg/m3. Durante il periodo di tempo in cui c’è il trasporto del flusso verso i poli (dell’ordine di 10e8 sec.), questa accelerazione può modificare la velocità della circolazione meridionale superficie di pochi m/s. che corrispondono alle variazioni riscontrate in Vsurf .



In conclusione potremmo dire che la durata e l’ampiezza del ciclo delle macchie solari sono determinati da quelle importanti “circolazioni “ ormai oggetto di studio dell’eliosimologia. Circolazioni che a loro volta dipendono dagli effetti mareali dei pianeti del sistema solare.
Attraverso il calcolo degli effetti mareali sul sole da parte di ogni pianeta e dopo aver maggiormente compreso il breve studio “eliosismologico” riportato dal sottoscritto, sarà possibile prevedere o quantomeno tentar di capire la nascita di una regione attiva, o di una macchia solare.

Per poter far ciò è consigliata una buona conoscenza della rotazione differenziale e del diagramma a farfalla (la rotazione differenziale per poter capire il periodo di rotazione della macchia solare a seconda della latitudine in cui essa sarà localizzata).


La velocità è massima all'equatore (latitudine φ=0°) e decresce al crescere della latitudine. Il tasso di rotazione è solitamente descritto dall'equazione:

• ω = A+Bsin²(φ)+ C sin4(φ)

dove ω è la velocità angolare (misurata in gradi al giorno), φ è la latitudine ed A e B e C sono constanti. Da notare che vi sono delle interessanti deviazioni da questa semplice relazione.

• A = 14,713 °/d (+/- 0,0491)
• B = -2,396 °/d (+/- 0,188)
• C = -1,787 °/d ( +/- 0,253 )

All'equatore = 25,38 giorni. (Rotazione SIDEREA)
All'equatore = 27,2753 GIORNI ( Rotazione SINODICA)
A e B sono state misurate cronometrando il moto delle strutture spiraliforme attive (dette TRACER) come le Macchie solari.
Prendendo in considerazione la rotazione siderea all'equatore la Velocità risulta di " 2 Km/s".

Ai poli il periodo è di 34 giorni circa.



Conoscendo la rotazione differenziale, ora possiamo trattare una semplice legge, che cerca di prevedere la variazione della latitudine di una macchia solare a seconda della fase della fase del ciclo solare. Stiamo parlando della legge sperimentale di Spörer.
All'inizio di un ciclo solare, le macchie solari tendono ad apparire ad una latitudine compresa tra 30° e 45° sulla fotosfera del Sole. Man mano che il ciclo avanza, le macchie appaiono a latitudini sempre più basse, fino ad approssimarsi a 15° durante il massimo del ciclo. La latitudine media delle macchie solari continua dunque ad abbassarsi sempre di più, sino ad arrivare a circa 7°; quindi le macchie solari più vecchie scompaiono. All'inizio del ciclo seguente, le nuove macchie compaiono a latitudini elevate, per poi abbassarsi gradualmente col procedere del ciclo.

Fonti:

http://obs.astro.ucla.edu/torsion.pdf
http://tallbloke.files.wordpress.com/2011/01/kgeorgieva-pulkovo2009-1.pdf