Protuberanze solari: i giganteschi archi di plasma sospesi sopra il Sole

Che cosa sono le protuberanze solari?

Immaginate di osservare il Sole e di vedere enormi ponti luminosi sollevarsi dalla sua superficie, estendendosi nello spazio per centinaia di migliaia di chilometri. Sembrano fiamme gigantesche, eppure non sono affatto fuoco. Sono le protuberanze solari, tra le strutture più spettacolari e affascinanti dell'intera atmosfera del Sole.

Come si formano e quanto possono durare?

Queste immense formazioni sono costituite da plasma, il gas ionizzato che compone gran parte della materia solare. Nascono nella cromosfera e si innalzano nella corona, la regione più esterna dell'atmosfera del Sole, sostenute e modellate dall'intricato campo magnetico della nostra stella. Spesso assumono la forma di giganteschi archi o anelli e possono svilupparsi nel corso di poche ore oppure di diversi giorni. Una volta formate, alcune riescono a sopravvivere sorprendentemente a lungo, rimanendo visibili per settimane o addirittura per mesi. Quando vengono osservate proiettate sul disco solare, anziché sul bordo del Sole, prendono il nome di filamenti.

Da quando conosciamo le protuberanze solari? La loro storia osservativa affonda le radici nel Medioevo. La prima descrizione dettagliata conosciuta compare infatti nel Codice Laurenziano del XIV secolo e si riferisce a un'eclissi totale di Sole avvenuta il 1° maggio 1185. Gli osservatori dell'epoca le descrissero come "lingue di fiamma di braci vive", un'immagine potente che rende bene l'impressione suscitata da questi fenomeni. Soltanto nel XIX secolo, grazie ai progressi dell'astronomia e della spettroscopia, si comprese che quelle misteriose strutture erano in realtà enormi masse di gas sospese nell'atmosfera solare.

Quanto possono diventare grandi?

Le dimensioni che possono raggiungere sono difficili da immaginare. Molte protuberanze si estendono per decine o centinaia di migliaia di chilometri sopra la superficie del Sole, e alcune superano persino il diametro della Terra. Tra gli esempi più impressionanti vi è una protuberanza osservata nel 2012, che si sviluppò per oltre 800.000 chilometri, una distanza più che doppia rispetto a quella che separa la Terra dalla Luna.

Perché sono più fredde della corona solare?

Uno degli aspetti più sorprendenti di queste strutture riguarda la loro temperatura. La corona solare che le circonda supera spesso il milione di kelvin, mentre il plasma contenuto nelle protuberanze è molto più freddo, con temperature generalmente comprese tra 5.000 e 20.000 kelvin, valori simili a quelli della cromosfera da cui hanno origine. La presenza di materiale relativamente freddo immerso in un ambiente così estremamente caldo rappresenta ancora oggi uno dei problemi più interessanti della fisica solare e continua a stimolare nuove ricerche.

Come vengono osservate dagli astronomi?

Quando vengono osservate nella luce Hα, una particolare radiazione emessa dagli atomi di idrogeno, le protuberanze appaiono come sottili strutture filamentose di colore rosso intenso. Per questo motivo possono essere studiate durante le eclissi totali di Sole oppure mediante telescopi solari dotati di speciali filtri Hα, capaci di isolare questa specifica lunghezza d'onda e rivelare dettagli altrimenti invisibili.

Possono trasformarsi in violente eruzioni?

Non tutte le protuberanze, però, restano tranquille. In alcuni casi il delicato equilibrio magnetico che le sostiene si rompe e la struttura diventa instabile. Quando accade, enormi quantità di plasma vengono lanciate nello spazio a velocità impressionanti, comprese tra circa 600 e oltre 1.000 chilometri al secondo. Queste eruzioni sono spesso associate alle cosiddette eiezioni di massa coronale, gigantesche espulsioni di plasma e campo magnetico che attraversano il Sistema Solare trasportate dal vento solare. Nonostante ciò, la maggior parte delle protuberanze rimane stabile per lunghi periodi e soltanto una frazione evolve in eventi eruttivi capaci di disperdere materiale nello spazio interplanetario.

Quando sono più numerose?

La frequenza con cui compaiono non è costante. Come molti altri fenomeni solari, anche le protuberanze seguono il ritmo del ciclo di attività del Sole. Durante i periodi di massimo solare, quando il campo magnetico diventa più complesso e turbolento, il loro numero tende ad aumentare sensibilmente.

I principali tipi di protuberanze

Gli astronomi classificano le protuberanze in base all'ambiente magnetico in cui si formano, distinguendo tre categorie principali.

• Le protuberanze di regione attiva nascono all'interno delle regioni del Sole caratterizzate da campi magnetici particolarmente intensi. Sono le più comuni e si osservano soprattutto alle basse latitudini eliografiche. La loro vita può durare da poche ore fino a diversi giorni.
• Le protuberanze intermedie si sviluppano nelle zone di transizione tra le regioni attive e le aree caratterizzate da campi magnetici più deboli e unipolari. Rappresentano una sorta di collegamento tra ambienti magnetici differenti.
• Le protuberanze quiescenti, infine, si formano lontano dalle regioni attive, in aree dove il campo magnetico è relativamente debole. Sono le più stabili e longeve: possono persistere per settimane o mesi e spesso raggiungono altezze maggiori rispetto alle protuberanze di regione attiva. Si osservano prevalentemente alle alte latitudini, vicino alle regioni polari del Sole.

Nonostante decenni di osservazioni e modelli teorici sempre più sofisticati, il meccanismo preciso che porta alla nascita delle protuberanze solari non è ancora del tutto chiarito. Come vengono accumulate e sostenute masse così grandi di plasma? Quali processi ne determinano la stabilità o l'eruzione? Sono domande ancora aperte. Ed è proprio questo che rende le protuberanze così affascinanti: non sono soltanto spettacolari archi di luce sospesi sopra il Sole, ma anche uno dei più intriganti enigmi della fisica solare moderna.