Nuovi strumenti per studiare il campo magnetico del Sole

Il progetto di ricerca Astrophysical Spectropolarimetry, condotto da Renzo Ramelli dell’Istituto ricerche solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL) affiliato all’USI, è stato approvato dal Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica (FNS). Lo scopo del progetto è studiare l'evoluzione e la struttura del campo magnetico solare, con particolare attenzione alla formazione delle eruzioni solari, grazie a strumenti moderni e tecniche osservative innovative. Al progetto partecipano come partner anche ricercatori della SUPSI, della FHNW (Fachhochschule Nordwestschweiz) e del KIS (Leibnitz-Institut für Sonnenphysik).

Renzo Ramelli, in cosa consiste il progetto?

Il progetto di ricerca sarà condotto dal gruppo di ricerca osservativa dell'IRSOL, in collaborazione con gli altri due gruppi dedicati alla teoria e alle simulazioni numeriche. Il campo magnetico solare sarà studiato attraverso osservazioni spettro-polarimetriche di alta precisione che permettono di risalire alla struttura del campo magnetico solare in modo dettagliato, di stabilirne l'evoluzione e di convalidare i modelli teorici dell'atmosfera solare che si stanno sviluppando nella ricerca attuale.

Ciò consente di comprendere meglio le manifestazioni dell'attività solare, come il ciclo solare di undici anni, i brillamenti o le espulsioni di massa coronale, nelle quali il magnetismo gioca un ruolo fondamentale. I fenomeni studiati possono portare al formarsi di tempeste solari che, se particolarmente intense, possono avere un forte impatto sul funzionamento delle nostre tecnologie, interrompendo le telecomunicazioni radio, danneggiando le apparecchiature elettroniche esposte e creando blackout nelle reti di distribuzione elettrica. 

Quali sono gli obiettivi dello studio?

L'obiettivo principale della ricerca è quello di studiare con strumenti moderni e tecniche osservative innovative l'evoluzione e la struttura del campo magnetico solare su scale corrispondenti al limite delle capacità in termini di risoluzione spaziale dei moderni telescopi solari. Questo permetterà di affrontare la dibattuta questione della dinamo solare, la cui esistenza e caratteristiche hanno un enorme impatto sulla fisica solare e stellare, come il trasporto di energia e il bilancio energetico del Sole.

I risultati dello studio porteranno a una migliore comprensione del magnetismo solare fornendo delle conoscenze utili al miglioramento delle capacità predittive sulle tempeste solari.

Le conoscenze acquisite potranno inoltre essere reinvestite nella ricerca astrofisica stellare. La strumentazione spettropolarimetrica che verrà perfezionata potrà avere applicazioni anche in altri ambiti di ricerca, come uno studio approfondito dei brillamenti solari, sfruttando i recenti miglioramenti della strumentazione dell’IRSOL e la maggior efficienza del con il polarimetro di alta precisione ZIMPOL.

Quali strumenti saranno usati?

Le osservazioni spettro-polarimetriche saranno effettuate con il polarimetro di alta precisione ZIMPOL che può raggiungere una precisione di 10-5 in unità di polarizzazione frazionaria. Le osservazioni saranno effettuate con il Gregory Coudé Telescope (GCT) all'IRSOL di Locarno e con il più grande telescopio europeo GREGOR a Tenerife, dove è prevista l'installazione permanente del sistema ZIMPOL. Le misure con GREGOR sono particolarmente importanti quando l'alta risoluzione spaziale gioca un ruolo essenziale per affrontare le questioni scientifiche. Le osservazioni beneficeranno anche di una nuova tecnica di osservazione, basata sulla combinazione di modulazione lenta e veloce, appena sviluppata e implementata all'IRSOL nell'ambito del progetto SOLARNET H-2020. La tecnica riduce drasticamente gli effetti sistematici nelle misure di polarizzazione e consente una precisione senza precedenti nella polarizzazione assoluta che costituisce un grande vantaggio rispetto ad altri osservatori solari. Questa tecnica è stata testata con successo dal nostro gruppo in collaborazione con il KIS anche al GREGOR, spingendo l'IRSOL a un ruolo di primo piano in questo settore di ricerca.

Per le osservazioni dei brillamenti solari, il progetto prevede osservazioni congiunte con il GCT, GREGOR e lo Spectrometer/ Telescope for Imaging X-rays (STIX) a bordo del Solar Orbiter.

Il progetto prevede inoltre un miglioramento dello spettropolarimetro ZIMPOL in collaborazione con il Dipartimento tecnologie innovative (DTI) della SUPSI (Istituto sistemi e elettronica applicata).

I risvolti di questa ricerca a livello nazionale e internazionale quali potrebbero essere?

Questo progetto contribuirà allo sviluppo di nuove tecniche che potranno essere sfruttate dalla nuova generazione di telescopi, come l'European Solar Telescope (EST), dando alla Svizzera la possibilità di giocare un ruolo importante sulla scena scientifica mondiale e favorendo collaborazioni all'interno della crescente comunità di fisica solare in Svizzera.

Fra i vari obiettivi c’è quello di migliorare le tecniche di diagnostica del campo magnetico che potrebbero aumentare le capacità di previsione degli eventi meteorologici spaziali che hanno un impatto sulla Terra, e redigere una nuova versione del Secondo Atlante dello Spettro Solare, che include la variazione dal centro al bordo e che diventerà un nuovo riferimento nel campo.

Con questo progetto intendiamo mantenere un ruolo di leadership mondiale nella spettropolarimetria solare. Le tecniche di osservazione che stiamo sviluppando sono interessanti per la nuova generazione di telescopi solari come l'European Solar Telescope (EST). L'IRSOL partecipa già con il suo know-how in polarimetria alle attività preparatorie del progetto EST (ad esempio nell'ambito di H2020-SOLARNET con lo sviluppo della tecnica di osservazione che combina la modulazione veloce e lenta per ottenere una precisione polarimetrica assoluta senza precedenti). Grazie all'IRSOL, gli istituti e le aziende svizzere possono accedere a questi importanti progetti.

Il programma di osservazione congiunta dei brillamenti con la FHNW aprirà nuove sinergie all'interno della crescente comunità scientifica solare svizzera. Inoltre, aumenterà la produzione scientifica della missione Solar Orbiter in Svizzera.

Siamo anche convinti che questo progetto offra interessanti opportunità formative. Un dottorando e un post-dottorato avranno la possibilità di portare avanti un progetto di ricerca affascinante e originale. In base a quanto sperimentato negli anni passati, gli argomenti trattati attraggono anche gli studenti universitari per la realizzazione di piccoli sottoprogetti ben definiti. Interessanti progetti tecnici possono essere assegnati anche a studenti di università di scienze applicate. Molti argomenti stimolanti legati al progetto si prestano anche a promuovere attività di divulgazione e saranno inclusi nel progetto di divulgazione Agorà "Il Sole", recentemente approvato per il finanziamento dall’FNS. Questo progetto di divulgazione Agorà prevede in particolare l'allestimento di una mostra presso L’ideatorio dell’USI.