di Orazio
Mainieri *
Una macchia
solare è una regione della superficie del Sole (la fotosfera) che è
distinta per una temperatura minore
dall’ambiente circostante, e dotata di una forte attività magnetica. Numerose
macchie simili sono state osservate anche in stelle diverse dal Sole, e
prendono il nome più generale di macchie
stellari. La temperatura nel nucleo di una macchia può variare da 4.000 a
5.200 gradi centigradi, mentre nella penombra raggiungiamo valori pari a 5.500
gradi centigradi; di conseguenza le macchie appaiono scure solo per contrasto
con le regioni fotosferiche adiacenti soggette a temperature più elevate.
Quindi il sole non è immutabile ma ha un’attività che varia
nel tempo e che incide sul clima del nostro pianeta. Le ricerche sulle macchie
solari segnarono il passo per la maggior parte del XVII el’inizio del XVIII secolo, perché a causa del Minimo di Maunder quasi nessuna macchia
solare fu visibile per molti anni. Durante il Minimo di Maunder (cioè il periodo di bassa attività solare che va dal
1645 al 1715 d.C. che con molta probabilità causò la Piccola Era Glaciale) esse quasi scomparirono, e la Terra nello
stesso periodo si raffreddò in modo consistente. La correlazione tra i due eventi
è oggetto di discussioni nella comunità scientifica per l’analisi del riscaldamento
globale. Quello che avviene in assenza di macchie solari può essere spiegato in
maniera semplice: le molecole d’aria
elettrizzate dai raggi cosmici che penetrano nell’atmosfera terrestre
sono, infatti, insieme al pulviscolo
atmosferico, nuclei privilegiati per coagulare su di sé il vapore acqueo
circostante, favorendo in tal modo la formazione di nubi nella bassa atmosfera.
A sua volta, le nubi basse hanno la proprietà di raffreddare la Terra. In
generale diciamo che, in passato, nelle sue osservazioni, dopo la ripresa
dell’attività solare, Heinrich Schwabe poté
osservare nel 1843 un cambiamento
periodico nel numero delle macchie solari, che sarebbe poi stato chiamato il ciclo undecennale dell’attività solare(numero
medio fra cicli di 8 e 14 anni). L’esistenza di un ciclo periodico nella
comparsa delle macchie solari fu scoperta, quindi, nel 1844 da H. SCHWABE, un farmacista
appassionato di osservazioni solari. Per mettere in evidenza tale periodicità
occorre costruire un indice di attività che descriva in ogni momento lo stato
della fotosfera solare sotto il profilo della presenza di macchie. Solitamente
si fa riferimento al cosiddetto numero
di Wolf, legato al numero delle macchie e dei gruppi di macchie presenti in un
dato momento sul Sole. Facendo una media annuale dei numeri di Wolf determinati giornalmente e
riportando questi dati in un grafico in funzione del tempo, si visualizza il
ciclo delle macchie solari. La periodicità è evidentissima. Il ciclo passa da minimi
(quasi totale assenza di macchie) a massimi con periodicità di circa 11,2 anni in media. Il ciclo iniziato nel 1755 (convenzionalmente
il n°1) è il primo ciclo di cui possediamo dati mensili sufficientemente
attendibili. Quindi i cicli solari sono
stati numerati considerando come primo ciclo quello iniziato nel 1755; attualmente
ci troviamo nel 24° ciclo. A dire la
verità, tale ciclo continua a classificarsi come uno dei più deboli degli
ultimi 250 anni. In figura sono schematizzati i 24 cicli a partire dal 1755.
Sono evidenti il Minimo di Maunder che ci ha dato la Piccola Era Glaciale(PEG)
e il Minimo di Dalton, che ha portata all’assenza dell’estate nel 1816.
Attività solare e clima
Alcuni scienziati ritengono che le macchie solari potrebbero essere la causa alla base del riscaldamento
globale(o raffreddamento ?) e non l’uomo e i suoi consumi. Le macchie solari,
sappiamo oggi, sono intensi campi magnetici che appaiono durante periodi
d’elevata attività solare, ma per secoli e da molto prima che se ne conoscesse
la natura gli astronomi ne hanno registrato il numero, e dai dati raccolti, si
potè notare tra il 1645 e il 1715 una drastica riduzione nel numero delle
macchie solari che portò al famoso minimo di Maunder (già citato), dal nome
dell’astronomo inglese che osservò la circostanza. Quanto il numero di macchie
solari sia un ‘attendibile indicatore del clima lo scoprirono il ricercatore
danese Friis-Christensen e i suoi collaboratori, che nel 1991 dimostrarono la stretta
correlazione tra attività solare e la
temperatura globale in tutto il periodo compreso fra il 1860 e il 1990. La
potenza di questo effetto è diventata chiara solo recentemente, dopo che si
sono confrontate, nel corso degli anni, le temperature globali con il flusso di
raggi cosmici, scoprendo una stretta correlazione tra temperatura globale e flusso
cosmico, con la prima che aumenta ogni volta che il secondo diminuisce, e
viceversa: il clima è, infatti, controllato soprattutto dalle nuvole, queste
sono controllate dal flusso di raggi cosmici, a sua volta controllato
dall’intensità del campo magnetico dal sole, cioè dalla attività della nostra stella. Va detto però che tali
teorie sono ancora al vaglio della
Comunità Scientifica, e al momento sono oggetto di dibattito e contestazione
accademica. In Italia chi ha abbracciato l’ipotesi della correlazione tra
macchie solari e clima è il metereologo Paolo Ernani (ha scritto anche un libro
sull’argomento),che azzarda l’ipotesi di un pianeta che si sta
raffreddando. Comunque comprendere eventuali connessioni tra la nostra stella
e il clima terrestre, richiede competenze specifiche in settori come la fisica,
l’attività solare, la chimica atmosferica e la dinamica dei fluidi, la fisica delle
particelle energetiche, e la storia geologica della Terra. Per cui i meccanismi
di influenza del sole sul clima sono molto complicati e ci dovranno lavorare
molti ricercatori di vari campi per avere validi risultati. Dal momento che nessun singolo ricercatore
possiede l’intera gamma di conoscenze necessarie per poter affrontare il
problema, l’NRC ha dovuto riunire decine di esperti provenienti da tutto il
mondo, unendo gli sforzi in un contesto multi-disciplinare. Il tutto per
spiegare gli eventi attuali dovuti agli ultimi cicli.
Cicli solari
L’attività solare sta,quindi,
rallentando visibilmente, tanto che le macchie solari sono ormai al minimo,
come non apparivano da quasi un secolo. Il
ciclo 24 ebbe inizio ufficialmente nel dicembre del 2008, mostrandosi però fin
da subito molto debole. In quel periodo la forza del Campo Magnetico non
consentiva alla Dinamo Solare di formare macchie sulla sua superficie. Il Sole è stato privo di macchie per l’85%
del tempo nei primi mesi del2009. Il nostro Sole ha concluso il suo ciclo di
attività numero 23 nel 2008, lasciando spazio al 24° ciclo. Questo prolungato minimo solare ed il ritardo
accentuato del ciclo 24, stavano a significare soltanto una cosa e cioè che il
ciclo sarebbe risultato molto basso e che molto probabilmente sarebbe rientrato
in un range di 50-70 SSN(Smoothed Sunspot Number), che
se confermato dai fatti, come sta ora avvenendo, si pone più o meno allo stesso
livello del minimo di Dalton. I ricercatori della Fondazione
Osservatorio Astronomico di Tradate che
da tempo seguono, nuvole permettendo, il nostro Sole, hanno potuto osservare
nel 2009 sulla superficie della nostra stella un nuovo gruppo di macchie
solari. “Il nostro Sole si sta comportando in modo strano”. Questo fu il commento di Roberto Crippa, ricercatore e
Presidente della “FOAM13”. “Dal 2004, prosegue Crippa, ci sono stati più di 800
giorni senza macchie solari visibili a fronte di una media di meno di 500 per i
cicli passati; siamo quindi in una fase di minimo molto prolungata, dopo il
massimo di attività registrato nel2001; in particolare, la fine del ciclo
23 ha
registrato un numero elevato di
giorni senza macchie: sono stati 266 nel 2008 (73%)”.Secondo alcuni studi, la bassa attività solare di
questo ciclo 24 continuerà ancora per molti anni, questo perché i corti e
potenti cicli solari del 20° secolo hanno creato un debito che ora deve essere
pagato. Questo significa che per i prossimi decenni vi saranno cicli con
attività solare molto bassa. In figura è mostrato l’andamento degli ultimi tre
cicli(ciclo 22, 23 e 24)
Ciclo 22
ciclo 23
ciclo24
Situazione attuale
«Quindi se il Sole continuerà a restare senza macchie, sulla Terra potrebbe
arrivare un freddo glaciale». La fosca profezia arriva, anche, da alcuni
astronomi americani della Nasa, preoccupati per quella che si
profila come un’anomala assenza di attività energetica sulla superficie
visibile della nostra stella. Inattività che potrebbe avere conseguenze dirette
sul nostro clima, facendo addirittura compiere una retromarcia
all’effetto serra, volgendo, in breve, il supercaldo in superfreddo. La
prospettiva può apparire esagerata e basata su un’affrettata valutazione di una
tendenza ancora tutta da verificare, tuttavia bisogna ammettere che nel recente
passato della storia dell’uomo un fenomeno del genere, come sopra detto, si è
già verificato. Veramente più di uno. Era quella che gli storici chiamano la
tarda età Barocca, cioè la seconda metà del XVII secolo, quando, una prolungata
mancanza di attività solare, e cioè il ricordato minimo di Maunder, precipitò l’Europa in una Piccola età del ghiaccio, caratterizzata
da carestie e epidemie che decimarono la popolazione europea. Senza, però,
abbracciare drastiche teorie osserviamo solo che attualmente il Sole sta
emergendo da un minimo di attività e molti astronomi si sarebbero aspettati un
repentino ritorno delle macchie, come di solito si verifica. Questo repentino
ritorno non c’è stato. Come se non bastasse, oltre all’assenza di macchie,
abbiamo anche che un altro fattore dell’attività energetica della nostra
stella, il cosiddetto vento solare, è in netto calo. Il vento solare è un
flusso di particelle elettricamente cariche che viene espulso in continuazione
dalla nostra stella e che si espande a raggiera per milioni di km, investendo
anche il nostro pianeta. Magari non
tornerà una Piccola età del ghiaccio, ma forse batteremo un pò di più i denti
per il freddo. Sempre che il nostro ben noto effetto serra non abbia la meglio
e prevalga sulla inattività solare, ma ne dubito.
Il ventiquattresimo
ciclo
Gli scienziati hanno previsto che il 24°
ciclo solare potrà avere un picco, ma poi?
L’idea che ne èvenuta fuori è che
il 24° ciclo solare sarà un ciclo basso.
L’attività resta quindi ancora molto bassa. Infatti da quando il numero
di macchie solari ha raggiunto il minimo, attorno al 2007-2008, non si è visto
il ritorno all’aumento nel loro numero che ci si aspettava per la fine del
2008stesso. Al 24 agosto 2009, sono
stati 44 i giorni consecutivi, ad esempio,durante i quali il Sole non ha
mostrato alcuna macchia. Dall’inizio del2009, anno in cui le macchie solari sul
Sole avrebbero dovute essere numerose,
il numero di giorni, in cui la stella ne è apparsa priva, è stato di 186, che
corrisponde al 79% del totale dei giorni dell’anno. Tutto ciò vuol dire che
questo ritardo nella ripartenza del ciclo 24 ha fatto capire che esso sarebbe un ciclo molto debole, come è stato infatti
il passato ciclo 5 del minimo di Dalton (che portò ad una estate senza caldo
nel 1816)! Solo nel 2011 si sono osservate fino ad un massimo di 100 macchie solari in brevi periodi che
però sono scese negli anni successivi anche dimezzandosi. Gli scienziati in questo campo sono numerosi.
Comunque ritengo doveroso citare
l’originale
teoria di Timo Niroma. Timo Niroma è stato uno studioso solare finlandese che ha
elaborato una interessantissima teoria, puramente statistica,sul perché alcuni
cicli durino di meno o di più di altri e soprattutto sul perché ogni tot anni abbiamo super minimi tipo il Maunder,
Dalton, etc. Questo studio prende in
considerazione l’orbita di alcuni pianeti del nostro sistema solare, ed in
particolar modo del pianeta più grande, ossia
Giove!Per farla breve, Timo ha notato che nel corso dei secoli, più
Giove si avvicina al sole, e più il numero di macchie solari diminuisce ed i
cicli si allungano,
a causa dell’influenza
del campo magnetico che il pianeta ha verso il sole. Secondo questa teoria,
Niroma già dal 2006 aveva predetto che il ciclo 23 sarebbe durato 13 anni,
prevedendo il suo minimo nell’estate 2009 ed una ripresa del ciclo 24 nel 2014;
prevedendo inoltre che sarebbe stato un ciclo molto debole stile Dalton, con al
massimo 30-60 SSN! E tutto ciò proprio perché
Giove sarebbe stato al
perielio!L’attenzione va, quindi, al
periodo del ciclo. Infatti un ciclo che supera i 12 anni ha sempre
preceduto un grande minimo (1798 minimo di Dalton, 1856 minimo di Damon). Non è
chiaro esattamente quanto lunghi siano stati i cicli che anticiparono il minimo
di Maunder, ma sembra che ci sia stato un minimo nel 1620. Ciò indica che prima
del Maunder ci furono 2 cicli che
durarono 25 anni, quindi almeno uno dei 2 molto lungo. Questo ha portato al
raffreddamento del clima per decenni, anche se oggi non possiamo essere certi
che vi sarà una nuova PEG. Niroma continua: “Un basso Dalton è oggi probabile,
ma nessuno può essere sicuro di questo, anche se ci sono molte indicazioni che
testimoniano un Campo Magnetico solare molto debole. Se a questo aggiungiamo il
fatto che tutti i minimi importanti sono stati preceduti da cicli molto lunghi,
io non mi sorprenderei di vedere il ciclo 24 vacillare, terminando proprio
vicino al suo massimo intorno al 2014-2015, portandoci direttamente ad un
minimo di tipo Maunder !”Altro pensiero di Niroma: “Un piccolo inciso.
L’aumento della CO2 in atmosfera dallo 0.03% allo 0.04% non ha avuto alcun
significato in questo gioco dove è
il
vapore acqueo a far la parte principale. Io sono solo uno studioso di
statistica e questo è uno studio statistico, ma a tutti quelli che per anni mi
hanno chiesto che cosa pensavo riguardo i collegamenti fisici ho sempre
risposto: Il campo magnetico terrestre è molto sensibile alle variazioni di
quello solare; questo dovrebbe avere molti più effetti sulla Terra piuttosto
che i gas ad effetto serra prodotti dall’uomo”.
Devo anche citare ricercatori come
Matt Penn e
William
Livingston, del
National Solar Observatory, che prevedono che il ciclo
solare 25 sarà caratterizzato da un’assenza totale di macchie solari.
Ormai
si è capito che assenza di macchie solari significa: più nuvole, più piogge e raffreddamento della Terra. Tuttavia è troppo presto per giungere a drammatiche conclusioni.
Si spera in una evoluzione meno drastica.
Sperare è sempre buono ma occorre anche prevedere un modo di vivere diverso sul
nostro pianeta. Resta il fatto, comunque, che lo studio delle macchie e dell’attività solare
assumerà enorme rilevanza per quel che
riguarda l’influenza del sole sul clima terrestre
sfatando gli attuali “miti politici”.
*Docente Università della Calabria
