Le cose migliori si fanno attendere. Dopo mesi di suspense, sono state finalmente rese pubbliche le prime immagini della corona solare acquisite dallo strumento Metis, il "super" coronografo della missione Solar Robiter, lanciata a febbraio per studiare il Sole.
Perché questa immagine è speciale?
Il 15 maggio 2020, mentre la sonda Solar Orbiter si muoveva a 0,6 unità astronomiche dal Sole (il 60% della distanza media Terra-Sole), lo strumento Metis ha prodotto le prime immagini della corona del Sole, simultaneamente in luce visibile e ultravioletta. Per poter individuare la luce coronale molto debole, Metis produce una sorta di eclissi solare artificiale. Il disco nero al centro delle immagini crea l'occultazione del disco solare, le cui dimensioni e il cui orientamento sono illustrati dalla sfera sovrapposta al centro della regione occultata. Quando il Solar Orbiter raggiungerà la distanza minima dal Sole (0,28 unità astronomiche) le dimensioni del disco solare raddoppieranno, ma continueranno ad essere "eclissate".
L'immagine è stata ottenuta in luce visibile polarizzata e mostra chiaramente la configurazione caratteristica della corona solare durante la fase minima di attività magnetica.
Il campo magnetico solare relega il plasma coronale essenzialmente nei pressi della cintura equatoriale, dove le linee di campo sono chiuse, il che origina strisce brillanti, come lo mostra l'immagine: la mappa del campo magnetico del Sole è sovrapposta a quella della corona solare fornita da Metis.
Questa prima immagine acquisita da Metis in banda ultravioletta (UV), emessa da atomi di idrogeno neutri, è un'anteprima mondiale. Finora la corona solare UV non era mai stata osservata in questa regione, che si estende fino a 7 raggi solari dal centro solare.
Si tratta delle prime immagini, fra un migliaio, che permetteranno agli scienziati di caratterizzare completamente i due principali componenti del plasma nella corona del Sole* e il vento solare (elettroni e protoni). Queste immagini ci aiuteranno a rispondere a quesiti fondamentali sulle origini del vento rapido e del vento lento, le fonti di particelle energetiche solari, l'eruzione e i primi cambiamenti nelle espulsioni di massa coronale.
Perché lo strumento Metis è speciale?
Realizzato da Thales Alenia Space in collaborazione con OHB Italia, Metis fornirà le prime immagini della corona solare, contemporaneamente nella banda visibile e ultravioletta. Svelerà pertanto dettagli strutturali e dinamici senza precedenti dell'atmosfera solare, che si estende da 1,7 a 9 raggi dal centro del Sole. Questi dati preziosi permetteranno agli scienziati di studiare la relazione tra il comportamento di queste zone e la meteorologia spaziale all'interno del sistema solare.
Queste osservazioni, basate su una copertura temporale e una risoluzione spaziale senza precedenti della strumentazione di bordo, faciliteranno lo studio della struttura e del comportamento dinamico della corona solare, al fine di distinguere le loro caratteristiche intrinseche dagli effetti della rotazione solare.
Metis è stato realizzato su iniziativa di un consorzio scientifico internazionale diretto da Ester Antonucci dell'INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, con il supporto dell'Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il responsabile della Ricerca è Marco Romoli, dell’Università di Firenze.
Quali scoperte potranno essere effettuate da Metis?
I venti solari, costituiti da particelle cariche di elettroni, protoni e nuclei di elio, che si muovono a velocità comprese tra 250 e 750 km/sec, vanno dalla corona allo spazio remoto.
In caso di tempeste solari, grandi quantità di materia vengono espulse dalla corona (espulsioni di massa coronale), il che genera venti solari violenti che perturbano la magnetosfera, la ionosfera e la termosfera terrestre, provocando tempeste geomagnetiche. La meteorologia spaziale permette appunto lo studio di questo tipo di fenomeni.
Grazie alle misurazioni effettuate dallo strumento Metis, gli scienziati avranno la capacità di caratterizzare i componenti essenziali del plasma della corona e del vento solare. Lo studio di questa zona è decisiva per determinare la relazione tra vari fenomeni dell'atmosfera solare e i loro cambiamenti all'interno dell'eliosfera interna. È uno degli obiettivi scientifici fondamentali della missione di esplorazione Solar Orbiter.
Qual è la specificità della missione?
Solar Orbiter fa parte integrante del programma "Visione cosmica" dell'ESA. Questo programma, destinato ad effettuare osservazioni il più vicino possibile al Sole, anche da alte latitudini, permetterà di fornire le prime immagini delle regioni polari inesplorate del Sole. A causa dell'estrema prossimità con il Sole, questa missione è essenziale per capire meglio l'eliosfera e il suo impatto sulla Terra.
L'orbiter è stato sviluppato da Airbus Defence and Space nell'ambito di una missione internazionale congiunta tra l'agenzia spaziale europea (ESA) e americana (NASA). Numerosi partner industriali e universitari hanno contribuito alla realizzazione di questo gioiello ad alta tecnologia e della sua strumentazione scientifica. Thales Alenia Space vi ha svolto un ruolo importante.
© ESA
In che modo Solar Orbiter esplorerà il Sole?
Solar Orbiter raggiungerà la sua orbita operativa al centro del sistema solare interno fra due anni, usufruendo della forza gravitazionale intorno a Venere e alla Terra. Osserverà il Sole a partire da 0,28 unità astronomiche (UA), ossia il 28% della distanza media tra la Terra e il Sole, e fino a 34° al di sopra dell'equatore solare.
L’orbiter è dotato di dieci strumenti scientifici: sei strumenti di telerilevamento per osservare e fotografare il Sole, e quattro strumenti "in situ" per misurare l'ambiente dell'eliosfera interno a Solar Orbiter. Durante i sette anni della missione gli strumenti misureranno il plasma del vento solare, il campo magnetico, le onde elettromagnetiche ed elettrostatiche, nonché le particelle energetiche emesse dal Sole. Permetteranno inoltre di acquisire immagini spettacolari delle caratteristiche solari, con una risoluzione senza pari, compresa la caratterizzazione della corona solare. Tutto questo grazie a Metis!
In che modo l'orbiter protegge Metis e gli altri strumenti?
Thales Alenia Space ha progettato e costruito uno scudo termico per proteggere l'orbiter e la sua strumentazione dal forte calore ambiente, permettendo al tempo stesso a Metis e agli altri sensori di avere una vista diretta del Sole. Questo scudo, costituito da più strati protettivi di titanio, è inoltre isolato dal satellite grazie ad una associazione di manti termici e in particolare ad un nucleo in alluminio a nido d'ape.
Tutti tranne uno...
Guardando da vicino, si nota che tutti gli strumenti sono protetti dallo scudo termico... tranne uno. Uno di essi si distingue infatti dagli altri, sfidando il calore torrido del Sole: si tratta di Metis.
Abbiamo chiesto a Stefano Cesare, Program Manager per lo strumento Metis, di condividere le sue conoscenze in questo campo:
"Metis è infatti il solo strumento il cui diaframma fuoriesce dallo scudo termico. Questo diaframma è stato protetto dalla contaminazione delle particelle grazie ad una calotta che consente alla luce della corona di raggiungere i suoi sensori per la prima volta. Questa particolarità è stata una delle principali sfide da raccogliere in fase di progettazione. Quando sarà vicinissimo al sole, il diaframma, non protetto dallo scudo termico, dovrà essere capace di resistere a temperature estreme, fino a 400°C. Mentre Solar Orbiter prosegue il suo viaggio verso il Sole, lo strumento Metis sarà in allerta permanente! Dopo aver raccolto l'immagine della "prima luce coronale del Sole", gli operatori della missione si concentreranno sull'attivazione e sui test da remoto di tutte le funzioni nonché sulla calibrazione dello strumento per accertarsi che esso fornirà le migliori performance una volta che sarà iniziata la fase scientifica, ossia fra circa due anni."
* La NASA descrive la corona del Sole come segue: "la parte più lontana dell'atmosfera del Sole, che si estende lontano nello spazio. La corona è generalmente nascosta dalla luce vivida della superficie del Sole, il che la rende difficile da vedere senza l'utilizzo di strumenti speciali".