L’effetto delle macchie solari sulla dimora dell’uomo

“LE MACCHIE SOLARI HANNO INTERROTTO LE COMUNICAZIONI RADIOFONICHE”, dichiarò un titolo del Times di New York. La notizia proseguiva dicendo:
“Una mondiale interruzione delle comunicazioni causata dalle macchie solari ha isolato ieri gli Stati Uniti dalla maggior parte delle aree dell’Europa e dell’Estremo Oriente. I soprintendenti delle comunicazioni hanno descritto i disturbi atmosferici come ‘i peggiori che abbiamo avuti nei recenti anni’”.
Potete aver visto di tanto in tanto articoli simili che narravano interruzioni nelle comunicazioni radiofoniche internazionali. I segnali radiofonici a onde corte divengono così deboli che non possono essere trasmessi con efficacia. Questi disturbi, e altri, sono il diretto risultato delle macchie solari.
Le macchie solari sono intense tempeste sulla superficie del sole. Causano eruzioni che lanciano gigantesche masse di materia lontano nello spazio. Ma che cosa causa le macchie solari? Come appaiono? Che cosa producono? Quali effetti causano sulla dimora dell’uomo, la terra?
Per trovare alcune risposte a queste domande, dobbiamo prima guardare più da vicino il punto di origine, il sole.

Il sole

Il sole è una palla incandescente di gas surriscaldati. È una stella di media grandezza con un diametro di circa 1.390.000 chilometri, più di cento volte quello della terra. Essendo il sole situato a circa 149.600.000 chilometri, un razzo che viaggiasse a 40.000 chilometri l’ora impiegherebbe dalla terra 155 giorni per raggiungerlo. Tuttavia, il sole è relativamente vicino, poiché la successiva stella più vicina, chiamata “Proxima Centauri” è così lontana che lo stesso razzo impiegherebbe per giungervi quasi 155.000 anni!
Il sole è la principale fonte di energia della terra. E la quantità che ne produce è fantastica. Può essere paragonata a un’emissione di circa 84.000 cavalli vapore provveduta di continuo per ogni metro quadrato della sua superficie. L’energia diretta verso la terra in un solo giorno si dice sia pari all’energia che potrebbe essere prodotta bruciando 550 miliardi (550.000 milioni) di tonnellate di carbone. Questo è tanto carbone quanto gli Stati Uniti o la Russia ne produrrebbero in circa 1.000 anni all’attuale ritmo produttivo.
L’unico processo finora conosciuto dall’uomo che può generare tale enorme energia è la fusione nucleare. In realtà, il sole è dunque una grandissima fornace atomica. Produce energia fondendo atomi d’idrogeno, il più leggero elemento noto, in elio, il successivo elemento più leggero. Quando quattro atomi di idrogeno si uniscono, o si fondono insieme, formano un atomo di elio. Ma nel processo, circa l’1 per cento del materiale idrogenico si cambia in calore e luce. È pressappoco come forzare un cuneo quadrato in un buco rotondo: parte degli angoli sono tagliati fuori.
Si calcola che ogni secondo più di 453 trilioni (milioni di milioni) di tonnellate di idrogeno si fondano in questo modo. E si dice che da ogni mezzo chilo di idrogeno “bruciato” si liberano 100.000.000 di chilowattora di energia. Tuttavia, non c’è nessun pericolo che il reattore atomico del sole si esaurisca presto, giacché ciò che usa è solo una minima frazione della sua quantità.
Questa reazione nucleare entro il sole produce temperature che si calcola siano così alte da raggiungere 20.000.000 di °C. (36.000.000 di °F.). Per mezzo delle radiazioni questa energia si dirige verso l’esterno della superficie solare dove la temperatura si “raffredda” fino a circa 6.000 °C. (circa 11.000 °F.) E se pensate che questo debba essere abbastanza freddo, ricordate che ci vogliono solo 100 °C. (212 °F.) per far bollire l’acqua sulla terra al livello del mare!
In questo processo, turbinanti colonne di gas escono dall’interno del sole e si portano verso la superficie dove la pressione è minore. Questo processo dà luogo alla creazione delle macchie solari.

Macchie solari

Se osservaste una macchia solare con uno speciale telescopio, vedreste una macchia scura sulla superficie solare. Ma sembra scura solo perché non è così brillante o calda come la normale superficie del sole, essendo di circa 2.000 °C. (3.600 °F.) “più fredda”. Questa “freddezza” è prodotta dall’espansione dei gas che formano la macchia solare. Appare dunque scura solo in contrasto con la parte circostante assai più calda.
Una normale macchia solare appare come una scura area centrale (chiamata “ombra”) circondata da una più diffusa area d’ombra (chiamata “penombra”). Sembra molto simile a una buca nella superficie solare. Da un piccolissimo inizio la grandezza dell’area scura varia da alcune centinaia di chilometri di diametro nelle macchie più piccole a 80.000 chilometri o più di diametro nelle più grandi. E la misura dell’area diffusa è all’incirca il doppio o il triplo dell’area oscura. La durata media di una macchia solare è di una o due settimane.
Forse il miglior modo di descrivere le macchie solari è quello di paragonarle a tempeste che abbiamo nell’atmosfera della nostra dimora, la terra. Come un uragano o ciclone è una turbinante massa di nuvole, una macchia solare, o tempesta solare, è una massa di gas turbinanti e turbolenti altamente carichi di elettricità.
Studi relativi al numero delle macchie solari apparse nel corso degli anni hanno indicato che hanno un ciclo di circa undici anni. A questo riguardo, il 1964 e il 1965 furono designati gli anni della “quiete del sole”, periodi di bassa attività delle macchie solari. Si attende, comunque, che l’attività delle macchie solari raggiunga il massimo nel 1970. Comunque, altri, che usano il campo magnetico solare e le sue variazioni come base di misurazione, dicono che l’effettivo ciclo delle macchie solari è di circa ventidue anni, e indicano lo stesso anno per la massima attività delle macchie solari.

Bagliori solari, generati dalle macchie solari

Le macchie solari generano giganteschi bagliori solari, pure chiamati prominenze. Questi bagliori sono fiammeggianti esplosioni di gas, per lo più di idrogeno. Possono eruttare fino a 400.000 chilometri o più dal sole. Se ne osservò uno che si estese di circa un milione e seicentomila chilometri, più del diametro del sole!
Questi bagliori si avvolgono intorno a magnetiche linee di forza del sole. L’attrazione del sole di solito li fa ricadere sulla sua propria superficie, ma alcune parti possono sfuggire alla forza gravitazionale del sole, separarsi e proiettarsi nello spazio.
Come si formano questi bagliori solari? Si pensa che mentre le macchie solari si spostano sulla superficie del sole, producono enormi forze magnetiche. Spesso i campi magnetici intorno alle diverse macchie solari sono così forti che sono spinti l’uno nell’altro. I campi magnetici quindi cedono e si sopprimono. Questi campi magnetici delle macchie solari si dice abbiano oltre 10.000 volte la forza del campo magnetico terrestre. Perciò, la loro soppressione libera enormi quantità di energia e materia che viene eruttata nello spazio.
Durante lo “sprazzo” di un bagliore, che impiega solo alcuni minuti per giungere al suo massimo splendore, trilioni di particelle cariche elettricamente e onde elettromagnetiche, sono lanciate nello spazio. Aumenta l’emissione delle onde radio. A volte, sono pure prodotti raggi cosmici solari che si dirigono verso la terra quasi alla velocità della luce.
I bagliori sono composti principalmente di ionizzato gas idrogenico. Questi sono atomi di idrogeno che hanno perduto i loro elettroni, lasciando il nucleo dell’atomo di idrogeno, il protone. Questo flusso di particelle cariche di elettricità è proiettato nello spazio.
Queste, e altre particelle, emesse durante i bagliori solari si aggiungono tutte a quelle cedute dal sole nella sua attività regolare.

Come influiscono sulla terra

Le esplosioni di vari tipi di particelle e raggi che risultano dai bagliori solari si allontanano dal sole in ogni direzione. Alcune, naturalmente, vanno verso la terra.
Prima ancora che le più veloci particelle raggiungano la terra, sono precedute da potenti onde elettromagnetiche, che includono luce, calore e onde radio, nonché raggi ultravioletti e raggi X, che fanno tutti il loro viaggio in otto minuti, muovendosi alla velocità della luce.
L’atmosfera superiore della terra è dunque già “sovraccarica” al tempo in cui i raggi cosmici e altre particelle, correndo subito dopo, raggiungono il campo magnetico della terra in circa otto minuti. Se, circa mezz’ora dopo, una nube di particelle cariche di elettricità prodotta dal bagliore colpisse il campo magnetico terrestre, questo produrrebbe una violenta tempesta magnetica che influirebbe sui mezzi di navigazione e sui magneti non controllati dall’elettricità o da altre forze esterne. Ne risentono perfino le bussole tascabili. Questo effetto può durare parecchi giorni, a volte più di una settimana. Questo fenomeno causa violente, strane manifestazioni boreali, che si accendono e si spengono come un’insegna al neon, alcune delle quali si vedono fino all’altezza di 965 chilometri da terra.
Alcune particelle, lanciate a velocità inferiore in una vasta nuvola di “plasma”, raggiungono la terra circa ventiquattro ore o più dopo. Quando queste particelle colpiscono l’atmosfera terrestre, ne eccitano gli atomi di ossigeno e di azoto. Ciò causa i soliti fenomeni dell’aurora, l’aurora boreale e l’aurora australe. Queste risplendono simultaneamente in tutto il cielo sia nell’emisfero settentrionale che nell’emisfero meridionale all’altezza di 95-150 chilometri o più. Si creano fiammeggianti drappi, archi e raggi di brillanti rosso, verde e azzurro.
Un altro risultato della nube di plasma è l’interruzione dei segnali radio a onde corte. Le comunicazioni radiofoniche a onde corte possono pure divenire impossibili per ore o giorni. Inoltre, la corrente elettrica può accumularsi nell’atmosfera, dando luogo alla fusione delle valvole di sicurezza dei circuiti telegrafici.
Un effetto insolito di una nuvola di plasma che colpisce la terra è che riduce il numero di raggi cosmici che raggiungono la superficie terrestre dall’esterno del sistema solare. I raggi cosmici si compongono delle più violente particelle di alta energia note all’uomo. Hanno energie molti milioni di volte maggiori delle particelle prodotte dai più grandi acceleratori atomici dell’uomo. Questi raggi cosmici che vengono da oltre il nostro sistema solare bombardano l’atmosfera terrestre da ogni direzione. Si compongono principalmente di nuclei di diversi elementi, per lo più idrogeno.
Ma come il bagliore solare produce la sua nuvola di plasma e questa raggiunge la terra, si verifica anche una diminuzione d’intensità di quei raggi cosmici che vengono dal di fuori del sistema solare. Apparentemente molti d’essi sono deviati dalle linee di forza magnetica entro la nuvola di plasma. E tale intensità dei raggi cosmici non torna al normale finché la nube solare non passi oltre la terra.
Negli anni di massima attività delle macchie solari, ci sono tanti bagliori solari i quali producono nuvole di plasma che raggiungono la terra che l’intensità dei raggi cosmici sulla superficie della terra è ridotta a meno della metà del livello normale. Esattamente quale effetto questo causi alla terra è una delle molte domande a cui l’uomo cerca di rispondere.
Nello stesso tempo in cui questi raggi cosmici dal di fuori del sistema solare sono deviati dalle nubi di plasma, il medesimo bagliore solare che ha generato la nube di plasma produce a volte i suoi propri raggi cosmici. Questi si chiamano raggi cosmici solari e sono alquanto più moderati di quelli che vengono dal di fuori del sistema solare. La loro intensità può aumentare nettamente durante bagliori solari particolarmente potenti.

Pericolo per i viaggi spaziali

Gli scienziati s’interessano specialmente dell’attività delle macchie solari a causa dei viaggi spaziali. Finché gli astronauti sono entro l’atmosfera e il campo magnetico terrestre (che si estende all’ingrosso da 65.000 a 80.000 chilometri al di sopra della terra dalla parte verso il sole e che si estende maggiormente dalla parte all’ombra) sono protetti dalle particelle e dai raggi pericolosi che derivano dai bagliori solari. Questi viaggi non subiscono l’indebita influenza dei bagliori solari nemmeno se si verificano.
Comunque, il volo umano verso la luna o intorno a essa è una cosa diversa, poiché è fuori di questa protezione. Gli scienziati devono dunque predire le eruzioni o i bagliori potenzialmente pericolosi del sole che sono prodotti dalle macchie solari. Ma non possono far questo accuratamente per ora. Perché no? Perché, mentre gruppi di macchie solari possono sembrare relativamente calmi, essi ruotano intorno al sole. Dall’altra parte, lontano dalla terra e invisibili, possono ben esplodere in giganteschi bagliori. Pertanto, quando ricompaiono dalla parte del sole volta verso la terra, possono ora eruttare pericolose nuvole di particelle.
In viaggio verso la luna, gli astronauti possono così essere investiti da nuvole di plasma dei bagliori solari che non si vedevano all’inizio del loro viaggio. E possono anche essere colpiti da penetranti raggi cosmici solari, nonché da raggi cosmici provenienti dal di fuori del sistema solare. Se gli astronauti sono soggetti a radiazioni dannose, possono non notarne gli effetti per giorni. Infatti, gli effetti delle radiazioni possono non manifestarsi per un anno o più. Questo dipende dall’attività del sole al tempo del loro viaggio fuori della protettiva atmosfera e del campo magnetico terrestre.
Per cui, predisponendo l’esplorazione spaziale, non si può ignorare il sole. Se l’uomo potesse esplorare il sistema solare, ciò sarebbe possibile solo in certi tempi. I bagliori solari che si verificano frequentemente nei tempi di massima attività delle macchie solari proibirebbero lunghi viaggi verso i pianeti. Solo durante gli anni di “quiete del sole”, negli anni di minima attività delle macchie solari, l’uomo può sia pure sperare di esplorare i pianeti con qualche grado di sicurezza.
Sì, le macchie solari e i bagliori solari che esse generano, influiscono in effetti sulla terra, la dimora dell’uomo. Ma la piena misura di questo effetto non è ancora nota. Comunque, si conosce abbastanza per apprezzare l’incomparabile provvedimento dell’atmosfera e del campo magnetico terrestre, che proteggono la dimora dell’uomo, rendendo possibile sulla terra la continua esistenza della vita.

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