La Radioastronomia Solare

Un potente mezzo diagnostico per studiare il plasma cromosferico e quello coronale è rappresentato dalla radioastronomia. Infatti, a seconda della temperatura, della densità e dell'energia delle particelle, il gas ionizzato emette onde radio la cui frequenza dipende dall'altezza dello strato emittente sopra la fotosfera. Questo consente di tracciare delle mappe molto dettagliate dell'emissione radio, di analizzare la fisica dei processi che la producono ed eventualmente di associare un fenomeno radio con i brillamenti e con l'attività solare in generale. La radioastronomia solare è una scienza relativamente giovane, essendo nata cinquant'anni fa. Già nel 1890 il prof. A.E. Kennelly, collega di Thomas Edison, cita in una lettera una proposta di Edison per la ricerca di onde hertziane provenienti dal Sole. Nel 1894 Sir Oliver Lodge della Liverpool University tenta di rivelare onde radio di origine solare ed imputa l'insuccesso alle interferenze terrestri. G.J. Wilsing e ]. Scheiner effettuano un tentativo a Potsdam nel 1896, impiegando uno strumento schermato da un contenitore metallico, ma ancora senza alcun risultato. Nel 1933 Carl Jansky, ingegnere americano dei Bell Telephone Laboratories, esegue la prima osservazione di onde radio di provenienza extraterrestre mentre studia le interferenze nei ricevitori per telecomunicazioni; non riesce però a rilevare segnali radio provenienti dal Sole, perché lavora ad una frequenza di 20,5 MHz alla quale l'emissione radio solare è apprezzabile solo al massimo dell'attività, mentre quel periodo corrispondeva ad una fase di minimo.

Il Sole e la guerra

Finalmente l'osservazione determinante: nel 1942 i radar britannici che sorvegliavano la Manica subiscono forti interferenze di natura sconosciuta, attribuite a disturbi artificiali prodotti dalla flotta tedesca. Lo scienziato S. Hey viene incaricato di studiare il problema ed egli osserva la coincidenza del fenomeno con un importante brillamento solare verificatosi il 28 febbraio 1942, fornendo così la prima interpretazione priva di ambiguità: i disturbi radio sono emessi dal Sole, anche se il tutto viene tenuto segreto per motivi militari fino al 1945. La fine della Guerra consente quindi l'inizio della ricerca solare nelle onde radio e nel 1946 la comparsa di una grande macchia solare permette a Hey, Parson, Phillips, Stewart e Appleton di stabilire le principali proprietà radio delle macchie e dei brillamenti solari. Nello stesso periodo J.Shklovskji, astrofisico russo, identifica il "meccanismo sincrotrone", che spiega come una particella con velocità relativistica in moto in un campo magnetico venga deflessa ed emetta un fascio collimato di onde radio. Nel 1950 gli australiani Wild e Mc Cready forniscono la prima classificazione degli eventi radio solari, suddividendoli in alcune grandi categorie, a seconda delle loro caratteristiche di durata, estensione di frequenze interessate ed evoluzione nel tempo, come eventi di tipo I, Il, III, IV e V.

I meccanismi

Esistono diversi meccanismi che producono le onde radio osservate. Essi si legano alla temperatura della materia esistente ma, più frequentemente, alle interazioni tra le particelle cariche e i campi magnetici. Tramite le osservazioni radiotelescopiche si può quindi identificare il tipo di meccanismo e l'agente eccitatore, studiare la temperatura, la struttura della sorgente e della regione attiva associata e determinare la polarità dei campi magnetici tramite un'analisi della polarizzazione delle onde radio ricevute. Un'onda elettromagnetica può propagarsi solo se la sua frequenza è maggiore o uguale alla frequenza caratteristica di oscillazione del plasma, detta "frequenza di plasma", perché altrimenti viene assorbita. Tale frequenza è proporzionale alla densità delle particelle, che decresce con l'aumentare dell'altezza sulla fotosfera, perciò onde radio di elevata frequenza (ad esempio, 10 GHz) possono provenire anche dalle regioni più interne, come la cromosfera, mentre quelle di frequenza via via più bassa (100 MHz) dalla corona e quindi (1 MHz) dal mezzo interpìanetario. I radiotelescopi sintonizzati a frequenze diverse (radioeliografi e radiopolarimetri multicanale) possono allora studiare selettivamente strati a profondità diversa nell'atmosfera solare, mentre quelli che ricevono simultaneamente una estesa gamma di frequenze (radiospettrografi) sono in grado di seguire il moto della sorgente radio lungo il suo percorso alle diverse altezze. Esistono nel mondo vari radiotelescopi utilizzati per lo studio del Sole, anche se in modo non esclusivo. In Giappone è operativo il radioeliografo di Nobeyama, in grado di costruire mappe radio alla frequenza di 17 GHz. In America, il BIMA (Berkeley Illinois Marivland Array) fornisce immagini radio ad alta risoluzione a 90 GHz, l'OVRO (Owens Valley Radio Observatory) produce dati radio spettrali ed immagini tra 2 e 18 GHz ed il VLA (Very Large Array) opera invece tra 25 GHz e 75 MHz. In Europa esistono, tra gli altri, il grande radioeliografo di Nancay (Francia), strumento dedicato che genera immagini tra 164 e 435 MHz, e Io spettrografo a larga banda Phoenix del Politecnico di Zurigo che produce spettri radio captando simultaneamente 500 frequenze comprese tra 0,1 e 3 GHz. Cecoslovacchia, Germania, Spagna ed Italia gestiscono strumenti dedicati, come il radiopolarimetro multicanale ad alta risoluzione temporale dell'Osservatorio di Trieste, operativo nella banda metrica e decimetrica, a cui verrà tra breve affiancato uno strumento operante tra 1 e 3 GHz.