Il telescopio Inouye ha ripreso vortici di plasma sul Sole che potrebbero risolvere un mistero di 50 anni

C’è qualcosa di strano nel Sole: allontanandosi dalla sua superficie, la temperatura aumenta. La fotosfera — lo strato visibile da cui emana la luce che vediamo — si trova a circa 5.700 gradi Celsius. La cromosfera sopra di essa raggiunge decine di migliaia di gradi. E la corona, l’enorme atmosfera esterna del Sole, brucia a uno o tre milioni di gradi, rendendola quasi 200 volte più calda dello strato sottostante.

Questo è stato uno dei problemi irrisolti più duraturi nell’astrofisica per circa 50 anni. Il calore fluisce dal caldo al freddo — una legge fondamentale della termodinamica. Una corona più calda della superficie che la sovrasta sfida l’intuizione, eppure si osserva intorno a ogni stella del cielo. L’energia che la riscalda deve provenire da qualche parte. Decenni di teorie hanno proposto meccanismi; nessuno ha chiuso il caso.

La risposta potrebbe trovarsi in vortici grandi 20 chilometri.

Letture consigliateLa Terra si è raffreddata per 60 milioni di anni e nessuno sapeva dove andava la CO₂ — ora lo sanno

Come l’hanno fatto

Il telescopio solare NSF Daniel K. Inouye — uno strumento da 4 metri posizionato vicino alla cima del vulcano Haleakalā, a Maui, e il telescopio solare più potente al mondo — ha catturato immagini della fotosfera del Sole con una risoluzione mai raggiunta prima. Per rilevare le strutture che il team stava cercando, era necessario distinguere dettagli di circa 20 chilometri su una stella distante 150 milioni di chilometri.

A quella scala, le immagini hanno rivelato qualcosa che nessun altro strumento aveva mostrato prima: strutture simili a frange ai bordi dei granuli solari, le cellule convettive grandi tra i 500 e i 2.000 chilometri che ricoprono la fotosfera come un enorme campo di bolle in lento movimento. Lungo quei bordi, strati adiacenti di plasma si muovono a velocità diverse. Lo scorrimento tra questi strati innesca l’instabilità di Kelvin-Helmholtz — un fenomeno della dinamica dei fluidi che arriccia lo strato di confine in una cascata di vortici distanziati tra i 50 e i 65 chilometri.

Le instabilità di Kelvin-Helmholtz sono ben documentate altrove: nei fronti meteorologici dove masse d’aria fredda e calda si incontrano, nella termocline oceanica, nelle bande nuvolose di Giove e nella magnetopausa terrestre dove il vento solare incontra il campo magnetico del pianeta. Fino a oggi, però, nessun strumento aveva risolto queste instabilità in azione sulla fotosfera del Sole. L’apertura da 4 metri del telescopio Inouye ha reso possibile questa scoperta per la prima volta.

Cosa fanno i vortici

Le instabilità ai bordi dei granuli sembrano agire come un meccanismo per trasportare il flusso magnetico attraverso l’atmosfera solare. Mentre gli strati di plasma ruotano l’uno intorno all’altro, le linee del campo magnetico che li attraversano vengono attorcigliate, stirate e spinte verso l’alto. L’analisi del team suggerisce che questi vortici siano una fonte della “diffusione magnetica mancante” che i modelli teorici dell’interno solare richiedevano ma non riuscivano a localizzare — un meccanismo per cui il flusso si muove attraverso i confini dei campi magnetici più velocemente di quanto permetta la diffusione semplice.

Una seconda implicazione riguarda direttamente la corona. Le linee del campo magnetico attorcigliate e comprimate immagazzinano energia come una molla avvolta. Quando si riconnettono — scattando in una configurazione a energia inferiore — rilasciano rapidamente quell’energia. Questi brevi scoppi sono chiamati nanoflares. Se ne fossero presenti abbastanza, distribuiti su tutta la superficie solare, potrebbero mantenere la corona alle temperature estreme osservate. I vortici di Kelvin-Helmholtz potrebbero essere ciò che carica la molla.

“Crediamo che la scoperta dell’instabilità di Kelvin-Helmholtz nella fotosfera solare sia un passo avanti significativo nella nostra comprensione della dinamica e dell’evoluzione del plasma solare e stellare”, ha affermato il dottor David Boboltz, vice direttore del National Solar Observatory.

“Per rilevare i vortici, è stato necessario risolvere strutture sulla superficie solare di circa 20 chilometri di dimensione”, ha osservato il coautore Michiel van Noort dell’Istituto Max Planck per la Ricerca sul Sistema Solare, descrivendo la sfida osservativa.

Cosa non risolve

Questo è un risultato suggestivo, non una risposta definitiva. Lo studio documenta la presenza delle instabilità e il loro probabile ruolo nella diffusione magnetica. Non prova però che i vortici di Kelvin-Helmholtz da soli possano spiegare l’intero bilancio energetico della corona.

Il problema del riscaldamento coronale ha attirato decine di soluzioni proposte nel corso degli anni — dissipazione delle onde di Alfvén, riconnessione magnetica su scala più grande, risonanza ciclotronica e altre. Il risultato dei vortici di Kelvin-Helmholtz fornisce un meccanismo plausibile che opera alla scala spaziale più piccola mai risolta sulla superficie solare — un processo dal basso verso l’alto che si aggiunge piuttosto che sostituire gli altri.

I vortici sono stati osservati anche in una finestra di lunghezza d’onda limitata e durante specifiche condizioni di attività solare. Alcuni modelli teorici suggeriscono che potrebbero esistere instabilità aggiuntive al di sotto dei 20 km — troppo piccole perché Inouye possa risolverle attualmente. Il loro comportamento in tutto l’intervallo delle condizioni del ciclo solare, in particolare durante periodi di intensa attività del campo magnetico, rimane ancora da caratterizzare.

Cosa succede ora

Il telescopio solare Inouye sta subendo aggiornamenti strumentali per migliorare la sua copertura spettrale e sensibilità. Future campagne di osservazione sono progettate per catturare simultaneamente le regioni ai bordi dei granuli in più strati atmosferici — collegando direttamente i vortici fotosferici a firme energetiche misurabili nella cromosfera e corona sopra di essi.

Il Sole è attualmente in una fase attiva del suo ciclo undicennale, un periodo che produce un’attività magnetica più intensa ai bordi dei granuli. Il team si aspetta che ciò generi instabilità di Kelvin-Helmholtz più dense e energetiche — osservazioni che dovrebbero quantificare quanto energia i vortici trasportano effettivamente verso l’alto.

Domande frequenti sui vortici di Kelvin-Helmholtz sul Sole

Cos’è il problema del riscaldamento coronale?

La fotosfera del Sole (la sua superficie visibile) si trova a circa 5.700°C. La corona — la sua atmosfera esterna che si estende per milioni di chilometri nello spazio — brucia a uno o tre milioni di gradi. Poiché l’energia fluisce dal caldo al freddo, e la corona è più lontana dal forno nucleare al centro del Sole, la sua temperatura estrema ha confuso gli astrofisici per circa cinque decenni. I vortici di Kelvin-Helmholtz sono un meccanismo candidato per trasportare l’energia fotosferica nella corona.

Cos’è l’instabilità di Kelvin-Helmholtz?

È un fenomeno della dinamica dei fluidi chiamato così in onore di Lord Kelvin e Hermann von Helmholtz. Quando due strati di fluido (o plasma) si muovono a velocità diverse lungo il loro confine comune, la forza di taglio tra di essi genera onde che si arricciano in vortici — simili alle creste bianche delle onde oceaniche o al confine ondulato delle nuvole dove una massa d’aria veloce scivola accanto a una stazionaria. Lo stesso processo sembra ora operare sulla superficie del Sole.

Quanto è potente il telescopio solare Inouye?

Il telescopio solare NSF Daniel K. Inouye, situato sul vulcano Haleakalā a Maui, Hawaii, a circa 3.000 metri di altitudine, ospita lo specchio solare più grande del mondo con un diametro di 4 metri. La sua risoluzione è sufficiente per distinguere caratteristiche di 20 km sulla superficie del Sole — una stella distante 150 milioni di chilometri.

Questo risolve il mistero del riscaldamento coronale?

Non in modo definitivo. Lo studio stabilisce che i vortici di Kelvin-Helmholtz sono reali, ubiqui e trasportano un meccanismo energetico plausibile. Quello che non quantifica ancora è se forniscano abbastanza energia per sostenere la corona a un milione di gradi. Osservazioni successive durante la fase attiva corrente del ciclo solare dovrebbero affrontare direttamente il bilancio energetico.

Il prossimo passo del team Inouye è tracciare i vortici attraverso più strati atmosferici contemporaneamente — dalla fotosfera dove originano, attraverso la cromosfera e fino alla corona stessa — per tracciare il percorso dell’energia dalla sua fonte fotosferica al plasma a un milione di gradi sopra.

Riferimento: Kuridze et al., “Ubiquitous Kelvin–Helmholtz instabilities driving plasma mixing on the Sun,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10871-3

Tag: astronomia, coronal heating, inouye solar telescope, kelvin-helmholtz instabilities, plasma vortices, solar physics

Contenuti simili

Hubble ha fotografato il più grande vivaio di pianeti — 40 volte il sistema solare

1.775 °C separano l’alba dal tramonto su questo mondo alieno: il JWST ha finalmente spiegato perché

I pianeti TRAPPIST-1 b e c non hanno atmosfera: 400 gradi lo provano

Fisici hanno invertito il flusso di energia nella turbolenza, piegando una regola di 80 anni

James Webb trova metano su un pianeta gigante che non brucia né gela

Giove accelera elettroni quasi alla velocità della luce, come fanno le supernovae