Un premio per lo studio dei brillamenti solari

Sembra pacifico. Sembra soltanto. In realtà spesso è pacifico, in effetti. Quando però si scatena, i 150 milioni di chilometri che lo separano da noi possono essere ben poca cosa. Perché il Sole, fonte di energia per ogni attività umana, anzi per (quasi) ogni forma di vita sulla Terra, sa essere micidiale. Sia chiaro: non rischia di ucciderci in modo diretto. Anzi produce spettacoli mozzafiato come le aurore polari. Nondimeno, a una civiltà tecnologica complessa e vulnerabile come la nostra il Sole può provocare danni pesanti su scala planetaria. Per esempio attraverso i brillamenti e le eiezioni coronali di massa (CME): argomenti della tesi di dottorato di Andrea Francesco Battaglia presso il Politecnico Federale di Zurigo. Battaglia, che oggi è postdoc presso l'Istituto ricerche solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL), affiliato all'Università della Svizzera italiana, proprio per la sua tesi è stato insignito nei giorni scorsi dell'Edith Alice Müller Award 2025 da parte della Swiss Society of Astronomy and Astrophysics.

I brillamenti, o flare, e le CME sono collegati ma distinti. «Un flare è la risposta istantanea sul Sole del rilascio violento di energia magnetica e si manifesta attraverso l'emissione di intensa radiazione in tutto lo spettro elettromagnetico», spiega Battaglia. «Una CME invece consiste nell'espulsione di materia solare nello spazio interplanetario: quindi plasma, non radiazione come nei flare». E anche le conseguenze possono essere molto differenti. «Infatti: un brillamento emette radiazione in tutte le direzioni e quindi ha conseguenze più probabili, una CME provoca danni solo se è indirizzata verso la Terra, però quei danni sono molto più gravi». Ma di quali danni stiamo parlando? «Le radiazioni ultraviolette e X emesse da un flare possono danneggiare i satelliti artificiali, disturbare il trasporto dell'energia elettrica, mettere a rischio la salute degli equipaggi e dei passeggeri sugli aerei». Una CME invece, deformando il campo magnetico terrestre e provocando correnti elettriche indotte fino al suolo, può provocare black-out su larga scala della durata anche di giorni o perfino settimane o mesi. Ed entrambi insieme: è possibile? «Sebbene distinti, i due fenomeni sono correlati», precisa Battaglia. «Quanto più intenso il brillamento, tanto più probabile la CME. Dunque un doppio effetto sulla Terra: la radiazione ultravioletta e X e nel contempo l'impatto diretto del plasma». Mentre la radiazione elettromagnetica di un flare raggiunge la Terra in 8 minuti, la materia espulsa impiega più tempo. Perciò una tempesta geomagnetica si scatena alcune ore dopo.

La comprensione dei brillamenti e delle CME, per migliorare le nostre capacità di previsione, è essenziale per garantire la sicurezza delle infrastrutture tecnologiche dalle quali ormai dipendono le nostre vite. Né la radiazione elettromagnetica né il plasma solare ucciderebbero direttamente qualcuno, ma molti persone morirebbero per le conseguenze indirette. Per non parlare dei disagi che tutti dovremmo affrontare. Fra gli strumenti progettati per studiare i flare e le CME, uno all'avanguardia è STIX, un telescopio a raggi X montato su Solar Orbiter. STIX è stato progettato e assemblato in Svizzera alla Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) di Windisch, che è l'istituto responsabile per l'operatività dello strumento e il coordinamento le osservazioni. Solar Orbiter è una missione dell'ESA lanciata nel 2020 e immessa in un'orbita stretta intorno al Sole, in modo da avvicinarsi alla stella più del pianeta Mercurio. E l'inizio del dottorato di Battaglia ha coinciso proprio con l'era della missione spaziale. Ma perché proprio questa ricerca? «La fisica solare dei flare è il perfetto incrocio fra i temi che mi appassionano di più: l'astronomia osservazionale tramite telescopi sulla Terra, l'esplorazione con telescopi spaziali e la fisica delle alte energie», chiarisce Andrea Francesco Battaglia. Argomenti di grande attualità. «Certo. Il meteo spaziale si sta ritagliando un ruolo centrale nella cosiddetta "nuova era spaziale" grazie alla facilità di accesso all'orbita terrestre. Senza dimenticare che vogliamo tornare sulla Luna, stavolta per rimanerci».

Tuttavia la tesi di dottorato è incentrata sui microflare, quindi quelli meno pericolosi per le attività umane dei brillamenti estremi. «Sono meno pericolosi ma sono interessanti per due ragioni. La prima è che possono aiutare a spiegare il mistero del riscaldamento coronale: perché la corona solare è molto più calda della superficie del Sole, nonostante sia molto più lontana dal nucleo? La seconda ragione è la relazione con i fenomeni più energetici. Infatti un flare estremo si scatena solo se il campo magnetico supera una certa soglia di instabilità. E secondo alcune teorie l'instabilità può essere prodotta proprio dai microflare». E per studiare i microflare era proprio necessario spedire una sonda in orbita stretta intorno al Sole? «Certamente. Senza STIX non ci sarebbe stato altro modo per ottenere quei risultati. I rivelatori di raggi X in orbita terrestre sono disturbati dalle particelle della magnetosfera del nostro pianeta, che generano un rumore di fondo. Invece Solar Orbiter, sulla sua orbita solare molto stretta, permette di rivelare i segnali deboli e ripetuti dei microflare. In futuro sarà difficile replicare queste misure, perché è molto complicato e costoso progettare e lanciare una sonda in orbita solare stretta», commenta Battaglia.

Difficile ma non impossibile. Guardiamo al futuro: MagnIIFICuS (Mg II pre-Flare Investigation CubeSat). «MagnIIFICuS è un'idea sviluppata insieme ai colleghi dell'Università di Berna e della FHNW di Windisch. Ci siamo chiesti: quale strumento ci permetterebbe di proseguire nell'investigazione dei risultati appena ottenuti? La risposta è stata appunto MagnIIFICuS. Forse proprio questo è uno dei motivi per i quali la tesi ha ottenuto il premio, visto che non mi sono limitato a riportare i risultati ottenuti durante i miei quasi quattro anni di dottorato, ma ho aggiunto un capitolo nel quale ho presentato le basi di future missioni spaziali, fra le quali un concept design di MagnIIFICuS». E che cos'è MagnIIFICuS? «È un CubeSat», spiega Battaglia, «cioè un satellite di piccole dimensioni pensato per essere una technology demonstration ma anche per fornire le osservazioni necessarie a continuare a investigare i microflare tramite misure di polarizzazione nei raggi ultravioletti, che è cruciale per ricostruire il campo magnetico».

Ok, molto bello. Ma è anche realistico? Ovvero: MagnIIFICuS si farà davvero? «Stiamo portando avanti il progetto», conclude Andrea Francesco Battaglia. «L'idea è quella di pubblicare nel prossimo futuro un articolo scientifico su uno strumento uguale o simile a MagnIIFICuS, nel quale mostreremo il design completo. Essendoci una forte componente di dimostrazione tecnologica, significa che i tempi dalla progettazione a un'eventuale realizzazione sono medio-lunghi. Le microlenti dello strumento, mai usate prima per osservazioni solari nello spazio, saranno importanti per proseguire la ricerca sui brillamenti. Parecchi gruppi si stanno attivando per dedicare questa tecnologia a diverse questioni scientifiche, e noi ci stiamo ritagliando il nostro spazio con il design di MagnIIFICuS».

Sembra pacifico, abbiamo detto. Sembra soltanto. Se però si scatena, il Sole sa essere micidiale. Noi lo guardiamo e godiamo della sua luce e del suo calore e spesso nemmeno conosciamo il pericolo che rappresenta. Beata inconsapevolezza. D'altronde gli umani sono fatti così: finché non ci sbattono contro, sottovalutano il pericolo. Ben prima del 2020 i virologi e gli epidemiologi avvertivano della possibilità di una pandemia mondiale, purtroppo senza essere presi sul serio. Speriamo di aver imparato la lezione anche per il meteo spaziale.