Come sempre ogni anno tutti i nivofili vanno a guardare l'impianto teleconnettivo per capire come potrebbe essere caratterizzata la circolazione atmosferica sul mediterraneo centrale. Vivoglio parlare di come l'attività solare va interpretata nel fare una tendenza stagionale, infatti ho un bellissimo articolo che ne fa un sunto. Difficile da capire in alcuni aspetti, ma vi mostro quelli principali.
L'attività solare undecennale: anzitutto spieghiamo la nostra forzante in cosa consiste.
Il sole ha un'ampia gamma di fenomeni che inducono variazioni dell'intensità di radiazione emessa. Si va da variazioni su scale di miliardi di anni, dettate dalla vita della stella stessa, a variazioni rapidissime, pensate, anche di 5 minuti. Naturalmente quelle più lente sono anche quelle più consistenti come variazioni, quelle più rapide sono vari ordini di grandezza più piccole.
In pratica sulla fotosfera solare compaiono punti più luminosi, quindi più caldi, che appunto hanno vita di qualche minuto. Il lor effetto sulla terra è indiscutibilmente trascurabile.
In questa ampia gamma di fenomeni presenti sul sole, il ciclo solare di 11 anni è fra quei fenomeni abbastanza rapidi che producono variazioni non importanti di radiazione solare emessa. Si parla di 1-2 watt al metro quadro in più nella fase di massimo solare rispetto alla fase di minimo, su un totale di budget entrante al top dell'atmosfera di 1360 watt al metro quadro. Stiamo parlando di variazioni all'irradianza solare dello 0,1%.
Ma allora perchè interessarsi a tale variazione? Trascurabile sicuramente in prima approssimazione... Ebbene, questo watt in più nella fase di massimo non è importante nel far variare la temperatura media globale, è irrisorio da questo punto di vista, è stato infatti calcolato che l'aumento di temperatura media globale corrispondente sarebbe di circa 0.08 Kelvin, neanche un decimo di grado che è l'oscillazione tipica che abbiamo tra anno e anno se non di più, a causa di tante altre forzanti climatiche.
è stato invece notato da varie ricerche che questo aumentato budget di energia solare viene "canalizzato" attraverso vari feedback climatici che amplificano tale anomalia rendendola dunque importante a livello locale e dunque andando a modificare la circolazione generale dell'atmosfera. Ora cerchiamo di capire perchè ciò è possibile:
Il ciclo solare, noto anche come attività solare, consiste di una variazione sulla superficie del sole, quindi sulla fotosfera, del numero di macchie presenti. O meglio, quando è stato scoperto nel 700 questo fenomeno per la prima volta, così fu definito osservativamente.
In realtà nel corso degli 11 anni succede la seguente cosa:
Il campo magnetico del sole generalmente vuole essere poloidale, come quello terrestre. Il sole però ruota su se stesso con un periodo di 30 giorni circa. Succede che questa rotazione porta il campo magnetico ad avvitarsi sotto la sua superficie, andando a creare quella che si chiama una configurazione toroidale, dove questi tubi di flusso magnetici si avvitano attorno la zona equatoriale del sole. Immaginate delle vere e proprie ciambelle di campo magnetico, degli anelli, al di sotto della fotosfera alle latitudini equatoriali. Questo è causato dalla rotazione del sole.
A questo punto ci sono due teorie che spiegano quello che succede, la più accreditata perchè spiega più dettagli è la teoria di Babcock-Leighton:
il campo magnetico possiede galleggiabilità, portandosi dunque in superficie ed emergendo dalla fotosfera. Immaginate che una parte di questa ciambella di campo magnetico si porti verso l'alto e poi emerga, deformandosi dunque. Quando il tubo di flusso magnetico emerge, laddove emerge avviene il cosiddetto "svuotamento del campo magnetico": è un fenomeno dovuto al fatto che il plasma sulla superficie del sole si trova tutto in equilibrio di pressione in partenza, esattamente come se sulla terra vi mettete alla superficie isobarica di 500 hpa e su tale superficie il gas è tutto in equilibrio di pressione. Quando emerge il tubo magnetico, si perde questo equilibrio tra il plasma venuto a magnetizzarsi e quello circostante, perchè il campo magnetico produce anch'esso una sua pressione. Di conseguenza il plasma magnetizzato esercita sia la pressione meccanica sul gas circostante che aveva precedentemente tramite gli urti delle particelle (come avviene per la pressione atmosferica sulla terra), più quella data dal campo magnetico.
Il plasma magnetizzato in sostanza va in sovrapressione, per tenere l'equilibrio col plasma circostante l'unico modo è togliere il plasma magnetizzato: laddove emerge il tubo di flusso abbiamo uno svuotamento di materia sulla superficie del sole, in sostanza si crea un avvallamento da cui emerge questo tubo di flusso.
Essendo il tubo di flusso una parte dell'anello di campo sotto la superficie del sole, ci sarà una zona dove il tubo esce e una dove entra, quindi questo fenomeno avviene sempre in due punti che vanno a coppia.
Ora, le stelle di tipo sole hanno un envelope convettivo. Dato che anche sul sole in questo strato si ha, del tutto similmente alla terra, un gradiente termico verticale adiabatico, questo vuol dire che in questo avvallamento tanto più le pareti della valle saranno profonde, tanto più saranno calde. Le pareti di questi avvallamenti dunque ora sono zone più calde di prima, la fotosfera qui è più calda.
Il fondo della valle invece è la zona dove emerge il tubo di flusso magnetico. Dato che il campo magnetico si prende una parte dell'energia cinetica del plasma, il fondo della valle invece è più freddo di quanto lo fosse in precedenza prima dell'emersone del campo magnetico
Ne consegue che la zona più calda è anche più luminosa ed emette in bande dello spettro più energetiche, specie nell'ultravioletto. La zona più fredda appare invece più scura, meno luminosa, ed va ad emettere a frequenze minori di prima. Le zone scure si chiamano macchie, le zone luminosissime si chiamano FACOLE. Macchie e facole compaiono sempre insieme
Immaginate di essere un osservatore sulla terra e guardate il disco solare. Nel corso dei giorni il sole ruota, quindi ad un certo punto se nella faccia che noi non vediamo è emerso un tubo di flusso magnetico, questo apparirà sulla sinistra del disco solare. Ora, di tale avvallamento noi vediamo la parete di sinistra, perchè la stiamo guardando di profilo! Di conseguenza non vediamo la macchia, vediamo la facola! Ecco che al passaggio della struttura magnetica l'irradianza solare aumenta, fino a raggiungere un primo massimo. Quando tale avvallamento è rivolto verso la terra, vediamo la macchia e la facola. Abbiamo un calo dell'irradianza dovuto alla zona fredda ma abbiamo anche la facola intorno.
Ebbene, nelle stelle di tipo sole domina l'effetto delle facole su quello delle macchie.
Abbiamo un calo lieve dell'irradianza, ma siamo abbondantemente sopra i livelli dell'irradianza fotosferica tipica.
Quando l'avvallamento si porta sulla destra del disco solare, di nuovo vediamo l'altra parte della vallata, luminosa, quindi abbiamo un nuovo picco di irradianza e poi quando la struttura torna sulla parte nascosta del sole abbiamo un crollo dell'irradianza ai livelli pre-macchia. In genere l'aumento di irradianza in questi due massimi è tra 1 e 2 watt.
Generalmente quando si parla di attività solare si parla di macchie. Da qui il dubbio che non sono mai riuscito a spiegarmi: come può essere deleterio il massimo solare se compaiono zone più fredde e meno luminose? La risposta è che nessuno conosce le facole, che invece sono fondamentali.
Nella fase di massimo solare si raggiunge il massimo di numero e di estensione di tali oggetti, che durante il ciclo solare traslano verso l'equatore, mentre compaiono a circa 30 gradi di latitudine sia nord che sud simmetricamente. Il massimo lo si raggiunge quando le macchie più estese e numerose si trovano a 15 gradi di latitudine, a metà strada. Una macchia arriva a toccarsi con la simmetrica dall'emisfero opposto all'equatore, e si annichiliscono, lasciando quell'altra di polo opposto (abbiamo infatti detto prima che le macchie sono sempre a coppia e di polo opposto). La macchia residua viene poi portata di nuovo verso il polo da una circolazione meridionale presente nella parte più alta del sole, un po' come la nostra cella di Hadley. A fine ciclo questi poli si sono di nuovo accumulati al polo geografico del sole, ma di segno opposto di prima: il campo magnetico solare poloidale è stato ricreato e invertito. Tutto questo meccanismo è noto come dinamo globale della stella, dinamo perchè il campo magnetico solare in questo modo si autosostiene e si alimenta.
Continuo più tardi con la seconda parte...