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in cosa consistono le macchie solari Fonte foto: Shutterstock
SCIENZA

Cosa sono le macchie solari e perché sono importanti

Le macchie solari sono delle aree esterne del Sole che hanno una temperatura meno calda rispetto a quelle più vicine: ecco cosa sono e chi è stato a scoprirle.

Legate all’altisonante nome di Galileo Galilei, le macchie solari sono uno dei fenomeni più affascinanti tra quelli offerti dalla nostra stella. Si tratta di regioni della superficie del Sole che presentano una temperatura inferiore rispetto alle aree più vicine.

Se osservate al telescopio, appaiono decisamente più scure e, allo stesso tempo, sono caratterizzate da un’attività magnetica piuttosto intensa. Macchie simili sono state osservate nel corso dei secoli anche in stelle diverse dal Sole, prendendo il nome più generico di macchie stellari. Focalizziamoci però su quelle che “colorano" il nostro Sole, scoprendone storia, origini e influenze sulla vita terrestre.

Cosa sono le macchie solari

Come già accennato, si definiscono macchie solari quelle regioni della superficie del Sole, conosciuta dalla comunità astronomica come fotosfera, che si distinguono dall’ambiente circostante per una temperatura minore, e assieme per un’elevata attività magnetica. Nonostante una macchia solare sia in realtà estremamente luminosa, forte di una temperatura che viaggia pur sempre attorno ai 4000 gradi Kelvin, è visibile sotto forma di una vera e propria macchia scura. Questo avviene per via del contrasto tra la zona più fredda e quella più calda, superiore a 6000 gradi Kelvin, ed è quindi generato dalla maggiore brillantezza di quest’ultima.

Grazie a strumenti decisamente più sofisticati rispetto a quelli del passato, oggi sappiamo che le macchie solari, che molto spesso si vanno a riunire in coppie o addirittura in gruppi, si presentano con una forma approssimativamente circolare e molto spesso dai contorni frastagliati. Proprio a causa della loro natura, queste zone che contraddistinguono il Sole emettono molta meno energia delle altre, visibilmente più luminose e dal “carattere" incandescente.

Macchie solari: Galileo Galilei e storia delle osservazioni

Le macchie solari sono state osservate fin dall’antichità. I primi riferimenti risalgono quasi sicuramente agli astronomi cinesi del primo millennio d.C., che già ne rimasero affascinati. Fu però Galileo Galilei a scoprirle effettivamente nel 1610, grazie all’impiego di una delle sue più grandi invenzioni: il cannocchiale.

Costituito da due lenti, un obiettivo ed un oculare, tenuti insieme alla giusta distanza da un tubo di cartone o di legno rivestito in pelle, il cannocchiale, battezzato telescopio, permetteva un ingrandimento di circa 20 volte maggiore rispetto alla realtà, sufficiente al celebre astronomo per formulare le sue convinzioni sulla validità del sistema copernicano, e per scoprire le fasi di Venere, i satelliti di Giove, e naturalmente il fenomeno delle macchie solari.

Fenomeno che, per lo scienziato pisano, stava a rappresentare delle nubi piatte incollate sulla superficie del Sole. Dallo spostamento costante delle macchie solari, Galileo dedusse che il Sole doveva necessariamente ruotare sul proprio asse con velocità uniforme, mettendo in crisi le teorie degli aristotelici fondate sull’immutabilità dei cieli e sulla convinzione che la nostra stella fosse un astro perfetto e incorruttibile.

Dopo le ricerche del “papà" del telescopio, negli anni successivi il Sole venne osservato a cadenza irregolare. Tra il 1650 e il 1715, viene notato un evidente calo dell’attività solare, per un periodo chiamato minimo di Maunder dall’astronomo che per primo si accorse del fenomeno. Dobbiamo arrivare agli albori dell’800 per assistere alla scoperta da parte di Fraunhofer di righe di assorbimento sullo spettro solare, dando modo a Ramsay di identificare in laboratorio l’elio, la causa di alcune righe. Nel 1900, poi, Hale sfrutta lo spettroeliografo per osservare la connessione tra le macchie e le protuberanze stesse, e contemporaneamente va a scoprire i campi magnetici solari.

Come osservare il Sole

Per osservare il Sole si può utilizzare sia un telescopio rifrattore, vale a dire con le lenti, sia uno con un riflettore, caratterizzato invece dalla presenza di uno specchio concavo. Nel primo scenario, il telescopio deve avere un un obiettivo con diametro minimo di 50 mm, e offre anche la possibilità di proiettare l’immagine catturata su uno schermo esterno. Se invece si utilizza un riflettore, la proiezione è sconsigliata in quanto lo strumento potrebbe surriscaldarsi, andando così a danneggiarsi.

Due sono poi le tecniche di osservazione più diffuse. La prima è quella per proiezione che, con un apposito oculare, restituisce appunto la proiezione dell’immagine del Sole su uno schermo bianco, posizionato ad una certa distanza dallo stesso strumento. Un sistema, questo, particolarmente utile, in quanto consente di osservare e ricopiare in tutta tranquillità le macchie solari della fotosfera.

Di contro, non permette di osservare altri fenomeni solari, e non offre una definizione ottimale. Il secondo metodo è invece quello dell’osservazione diretta, che consiste nell’osservare direttamente il Sole applicando un filtro solare al telescopio. Posto davanti all’obiettivo, il filtro protegge la retina degli occhi dall’altissima intensità della luce solare, che viene per altro ingigantita dall’effetto delle lenti.

Origine delle macchie solari

Stando agli scienziati, le macchie solari derivano da potenti flussi magnetici che si muovono verso l’esterno del Sole. Flussi che, in quei punti specifici, è come se si arrotolassero su se stessi fino ad andare a “bucare" la superficie della stella. Qui il flusso di calore viene ostacolato, ed è proprio questo il motivo per cui le aree in questione sono più fredde di quelle vicine.

Una macchia solare, tipicamente, si compone di un’area approssimativamente circolare oscura, che viene definita ombra, circondata da una zona grigiastra, detta invece penombra. Il tutto con una struttura radiale caratteristica. Le macchie di dimensioni più grandi vantano un diametro che può raggiungere addirittura alcune decine di migliaia di chilometri, e potrebbero senza problemi contenere al loro interno il nostro intero pianeta.

Le osservazioni consentono di affermare che le macchie sono sedi di vere e proprie aree cicloniche, quasi fossero delle gigantesche trombe d’aria. Queste sono in grado di succhiare il materiale presente negli strati immediatamente inferiori della fotosfera, per andare a proiettarlo verso l’alto con moto vorticoso, raffreddandolo. Come sottolineato in precedenza, un dato rilevante associato alle macchie è quello del loro forte campo magnetico, che tocca qualche migliaio di gauss.

Nella fase iniziale, una macchia compare sul disco solare presentandosi come un piccolo poro, che in soli pochi giorni si sviluppa, andando a proliferare, allargandosi e di frequente unendosi agli altri pori appena percettibili sulla fotosfera. Si formano così diversi gruppi di macchie, dal ciclo di vita molto breve: in circa un mese, infatti, si dissolvono per dare spazio ad altri gruppi di macchie. In tutti i gruppi di macchie, possiamo fare una distinzione tra una macchia di testa e una macchia di coda, individuate seguendo la rotazione solare.

Il fenomeno della comparsa di macchie sulla fotosfera del Sole è periodico, e gli scienziati lo chiamano ciclo del Sole o, più comunemente, ciclo delle macchie. C’è da dire poi che le macchie solari, come già intuito da Galileo Galilei, lasciano visivamente dettagli ben identificabili sulla superficie della nostra stella, che possono essere seguiti nel tempo per avere l’evidenza della rotazione del Sole intorno ad un asse polare.

Ciclo del Sole, macchie solari e effetti sul clima

Sin dalla fine del ‘700, agli studiosi era noto che le attività solari seguissero cicli più o meno regolari di 11 anni. Non a caso, questo è il valore medio della durata del ciclo solare. Il più lungo è stato però di 17 anni, mentre l’intervallo più breve ha fatto registrare appena 7 anni. A variare è anche l’intensità di attività, con un picco toccato nel lontano 1816. Successivamente, e fino ai giorni nostri, i cicli solari sono stati numerati tenendo fermo come primo ciclo quello iniziato nel 1755: attualmente ci troviamo nel 23esimo ciclo, partito ufficialmente nel 1997.

Proprio a partire dagli anni ’90, si è diffusa l’idea, poi dimostratasi erronea, che le macchie solari fossero la causa principale dell’attuale surriscaldamento globale della Terra, con un ruolo marginale attribuibile all’immissione in atmosfera di massicce quantità di gas serra da parte dell’uomo. Questa teoria, inizialmente proposta da Friis-Christenses e Lassen e poi smentita dopo un acceso dibattito scientifico, poneva in correlazione il ciclo solare con il clima terrestre e, in particolare, proprio con l’attuale riscaldamento climatico.

Resta comunque da dire che, le osservazioni fatte dalla fine del 1600 ad oggi, dimostrano statisticamente che la Terra è più fredda nei periodi di più debole attività del Sole. Le indagini statistiche avviate all’inizio del nostro secolo hanno in più sottolineato come le anomalie meteorologiche più evidenti si siano andate a scatenare in concomitanza della massima attività solare, e quindi in presenza di macchie solari.

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