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 e l’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 del 2009. 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).
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 dovuto alla CO2, 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(PEG), 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 porteremo il cappotto anche in primavera causa freddo. Sempre che il nostro ben noto effetto serra dovuto alla CO2 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 è venuta 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 2008 stesso. 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 stato 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 fin 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 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 che 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”.
Orazio Mainieri
(Docente Università della Calabria)
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