L'attività del Sole, nota come "meteorologia spaziale", ha un effetto significativo sulla Terra e sugli altri pianeti del Sistema Solare. Le eruzioni periodiche, note anche come brillamenti solari, rilasciano notevoli quantità di radiazioni elettromagnetiche, che possono interferire con qualsiasi cosa, dai satelliti e dai viaggi aerei alle reti elettriche. Per questo motivo, gli astrofisici stanno cercando di vedere meglio il Sole in modo da poter prevedere i suoi schemi meteorologici.
Questo è lo scopo del Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) di 4 metri (13 piedi) della NSF, precedentemente noto come Advanced Technology Solar Telescope, che si trova all'Osservatorio di Haleakala sull'isola di Maui, nelle Hawaii. Di recente, questa struttura ha pubblicato le sue prime immagini della superficie del Sole, che rivelano un livello di dettagli senza precedenti e offrono un'anteprima di ciò che questo telescopio rivelerà nei prossimi anni.
Queste immagini forniscono una vista ravvicinata della superficie del Sole che mostra plasma turbolento disposto in uno schema di strutture simili a cellule. Queste cellule sono un'indicazione di movimenti violenti che trasportano il plasma solare caldo dall'interno del Sole alla superficie. Questo processo, noto come convezione, vede questo plasma luminoso sollevarsi in superficie nelle cellule, dove si raffredda e affonda sotto la superficie in corsie scure.
Ottenendo questo tipo di immagini precise e chiare del Sole, gli astronomi sperano di essere in grado di migliorare la loro comprensione di questo processo in modo da poter prevedere cambiamenti improvvisi nel tempo spaziale. Come ha spiegato France Córdova, direttore del NSF:
“Da quando NSF ha iniziato a lavorare su questo telescopio terrestre, abbiamo atteso con impazienza le prime immagini. Ora possiamo condividere queste immagini e video, che sono i più dettagliati del nostro sole fino ad oggi. Il telescopio solare Inouye di NSF sarà in grado di mappare i campi magnetici all'interno della corona del sole, dove si verificano eruzioni solari che possono avere un impatto sulla vita sulla Terra. Questo telescopio migliorerà la nostra comprensione di ciò che guida il tempo spaziale e alla fine aiuterà i meteorologi a prevedere meglio le tempeste solari. "
Per dirla chiaramente, il Sole è una stella di sequenza principale di tipo G (nano giallo) che esiste da circa 4,6 miliardi di anni. Questo lo mette a metà del suo ciclo di vita, che durerà per circa altri 5 miliardi di anni. Il processo di fusione nucleare autosufficiente che alimenta il Sole (e fornisce tutta la nostra luce, calore ed energia) consuma circa 5 milioni di tonnellate di idrogeno al secondo.
Tutta l'energia creata da questo processo si irradia nello spazio in tutte le direzioni e arriva fino al limite del Sistema Solare. Dagli anni '50, gli scienziati hanno capito che la Terra risiede nell'atmosfera del Sole e che i cambiamenti del suo tempo hanno un profondo impatto sulla Terra. Anche adesso, decenni dopo, c'è molto sui processi più vitali del Sole che rimangono sconosciuti.
Matt Mountain è il presidente dell'Associazione delle università per la ricerca in astronomia, che gestisce il telescopio solare Inouye. Come ha spiegato l'obiettivo dell'astronomia solare:
"Sulla Terra, possiamo prevedere se pioverà praticamente in qualsiasi parte del mondo in modo molto preciso, e il tempo nello spazio non è ancora lì. Le nostre previsioni sono in ritardo di 50 anni rispetto al tempo terrestre, se non di più. Ciò di cui abbiamo bisogno è di cogliere la fisica sottostante alla base del tempo spaziale, e questo inizia dal sole, che è ciò che Inouye Solar Telescope studierà nei prossimi decenni. ”
Gli astronomi hanno determinato che il movimento del plasma del Sole è correlato alle tempeste solari a causa del modo in cui provocano la rotazione e l'intreccio delle linee del campo magnetico del Sole. Misurare e caratterizzare il campo magnetico del Sole è cruciale per determinare le cause di attività solare potenzialmente dannosa, qualcosa per cui il telescopio solare Inouye è qualificato in modo univoco.
Secondo Thomas Rimmele, direttore del telescopio solare Inouye, tutto si riduce al campo magnetico del Sole. “Per svelare i più grandi misteri del sole, dobbiamo non solo essere in grado di vedere chiaramente queste minuscole strutture da 93 milioni di miglia di distanza, ma misurare con precisione la forza del campo magnetico e la direzione vicino alla superficie e tracciare il campo mentre si estende nel milione -degree corona, l'atmosfera esterna del sole. "
Uno dei maggiori vantaggi derivanti da una migliore comprensione della dinamica solare è la capacità di prevedere i principali eventi meteorologici. Al momento, i governi e le agenzie spaziali sono in grado di anticipare gli eventi con circa 48 minuti di anticipo. Ma grazie alla ricerca condotta dal Inouye Solar Telescope e da altri osservatori solari, gli astronomi si aspettano di arrivare fino a 48 ore.
Ciò ci darebbe più tempo per garantire che questi eventi non eliminino le reti elettriche, le infrastrutture critiche, i satelliti e le stazioni spaziali. Naturalmente, l'attività di monitoraggio del sole non è un compito facile e viene fornito con la sua giusta dose di pericoli. Per questo motivo, il telescopio solare Inouye sfrutta molti recenti sviluppi in termini di costruzione, ingegneria e astronomia.
Ciò include il suo specchio di 4 m (13 piedi) (il più grande di qualsiasi telescopio solare), l'ottica adattiva per compensare la distorsione causata dall'atmosfera terrestre e le condizioni di visualizzazione incontaminate in cima alla vetta di Haleakala di oltre 3000 m (10.000 piedi). Il telescopio si affida anche a diverse misure di sicurezza per garantire che non si surriscaldi focalizzando 13 kilowatt di energia solare dal sole.
Questo viene fatto tramite un toro di metallo ad alta tecnologia, raffreddato a liquido (il "blocco di calore") che mantiene la maggior parte della luce solare lontana dallo specchio principale e dalle piastre di raffreddamento che coprono la cupola e mantengono le temperature stabili attorno al telescopio. Anche l'interno dell'osservatorio viene mantenuto fresco usando 11,25 km (7 mi) di tubi di refrigerante, che sono parzialmente raffreddati dal ghiaccio che si accumula durante la notte, e persiane interne che forniscono circolazione d'aria e ombra.
"Con la più grande apertura di qualsiasi telescopio solare, il suo design unico e la strumentazione all'avanguardia, Inouye Solar Telescope - per la prima volta - sarà in grado di eseguire le misurazioni più impegnative del sole", ha detto Rimmele . “Dopo oltre 20 anni di lavoro da parte di un grande team dedicato alla progettazione e costruzione di un importante osservatorio di ricerca solare, siamo vicini al traguardo. Sono estremamente entusiasta di essere posizionato per osservare le prime macchie solari del nuovo ciclo solare proprio ora che si stanno espandendo con questo incredibile telescopio ".
David Boboltz, direttore del programma della Divisione di Scienze astronomiche di NSF, è anche responsabile della supervisione della costruzione e delle operazioni della struttura. Come ha indicato, queste immagini sono solo la punta dell'iceberg per il telescopio solare Inouye:
"Nei prossimi sei mesi, il team di scienziati, ingegneri e tecnici del telescopio Inouye continuerà a testare e commissionare il telescopio per renderlo pronto per l'uso da parte della comunità scientifica solare internazionale. Il telescopio solare Inouye raccoglierà più informazioni sul nostro sole durante i primi 5 anni della sua vita di tutti i dati solari raccolti da quando Galileo ha puntato un telescopio sul sole nel 1612. "
Il telescopio solare Inouye fa parte di un trio di strumenti pronti a rivoluzionare l'astronomia solare nei prossimi anni. È affiancato dalla sonda solare Parker della NASA (che sta orbitando attorno al Sole) e dall'orbita solare ESA / NASA (che sarà presto lanciata). Come sintetizzava Valentin Pillet (il direttore del National Solar Observatory di NSF), è un momento emozionante per essere un fisico solare:
“Il telescopio solare Inouye fornirà il telerilevamento degli strati esterni del sole e dei processi magnetici che si verificano in essi. Questi processi si propagano nel sistema solare dove le missioni Parker Solar Probe e Solar Orbiter misureranno le loro conseguenze. Complessivamente, costituiscono un'impresa veramente multi-messenger per capire come le stelle e i loro pianeti sono magneticamente connessi. "
