La Cina lancia un nuovo osservatorio solare

Il 9 ottobre 2022, un vettore Lunga Marcia 2D ha portato in orbita il satellite ASO-S sviluppato per conto della Chinese Academy of Sciences (CAS). L’acronimo significa Advanced Space-based Solar Observatory e si tratta infatti di una sonda destinata a osservare costantemente il Sole dall’orbita terrestre.

Di fatto è in assoluto il primo satellite cinese dedicato esclusivamente a studi di eliofisica, è stato proposto nel 2011 e definitivamente approvato nel 2017 all’interno del programma Strategic Priority Research Program on Space Science. L’obiettivo principale è di studiare i due fenomeni esplosivi ricorrenti del Sole: espulsioni di massa coronale e brillamenti, che sono spesso confusi l’uno con l’altro al di fuori della comunità scientifica (e a volte anche al di dentro), e di evidenziarne le correlazioni.

Un brillamento solare, chiamato flare in inglese, è un’intensa emissione di radiazione elettromagnetica emessa da una zona attiva del Sole, a spettro molto ampio, comprese le frequenze dei raggi gamma e dei raggi X. Avviene grazie allo sprigionamento improvviso di energia accumulata nell’atmosfera solare, quando il plasma raggiunge altissime velocità innescato dai campi magnetici del Sole, raggiungendo temperature di qualche milione di gradi. Un flare dura di solito qualche minuto, raggiunge la Terra alla velocità della luce, quindi in circa 8 minuti, ed è assorbito quasi completamente dallo strato di ozono dell’atmosfera terrestre.

Una espulsione di massa coronale, chiamata con l’acronimo CME, coronal mass ejection, è sempre legata a una zona di attività intensa del sole, riguarda solo la corona dell’atmosfera solare ed è un forte e improvviso getto di plasma (elettroni, protoni e ioni di atomi più pesanti) espulso dal Sole ad alta velocità. Mediamente una CME viaggia a una velocità di 500 km/s, ma può arrivare anche oltre i 3.000 km/s (10 milioni di km/h). La Terra è protetta contro questi eventi dal campo magnetico, ma se un flusso è troppo intenso, può arrivare fino all’alta atmosfera, generando aurore polari, o molto raramente fino in superficie creando problemi più seri.

Ancora non è del tutto chiaro come i due fenomeni si generino e come siano collegati. Ed è proprio questo uno degli obiettivi della nuova missione ASO-S. Il motto della missione è “1M2B”, un campo magnetico e due tipi di burst: la caratteristica di questa sonda è proprio quella di riuscire a osservare i due fenomeni contemporaneamente. Osserverà il campo magnetico in tutto il disco solare per 24 ore al giorno, per capire come questo influenzi la generazione degli eventi esplosivi, e sarà in grado di scrutare vari strati dell’atmosfera solare. Si spera che il contributo scientifico di questa missione sia consistente per riuscire a migliorare le previsioni del tempo meteorologico spaziale, importante non solo per la sicurezza delle infrastrutture a Terra, ma anche per garantire quella degli astronauti in un futuro oltre l’orbita terrestre.

Per rispondere a queste esigenze, ASO-S è stato dotato di tre strumenti scientifici. Un magnetografo vettoriale, un telescopio solare e un rilevatore di raggi X duri. Il telescopio solare, in realtà, è dotato di altri vari sottostrumenti per l’acquisizione di immagini dal Sole: ne ha uno per l’acquisizione dell’intero disco nella frequenza di Lyman-alpha, uno esclusivamente per visualizzare la corona solare, uno per l’osservazione del Sole nella banda dell’ultravioletto e altri due strumenti ottici più piccoli utilizzati esclusivamente per il puntamento.

La frequenza di Lyman-alpha è molto importante per lo studio di qualunque cosa fatta di idrogeno, elemento principale di cui è costituito il Sole, in quanto è l’emissione corrispondente alla principale transizione orbitale dell’elettrone, dal secondo al primo livello energetico, per usare termini tecnici. In parole più semplici, ma non propriamente corrette, potremmo dire che è la luce più probabile da trovare sul Sole. Questa frequenza viene assorbita completamente dall’atmosfera terrestre, per cui è impossibile da captare con telescopi a Terra; per questo motivo si usano solitamente filtri H-alpha per osservare il Sole con strumenti terrestri, in quanto la frequenza relativa a questo spettro penetra l’atmosfera.

La luce Lyman-alpha sarebbe anche quella che permea la nostra galassia, grazie allo scattering dell’idrogeno interstellare che diffonde la luce di tutte le stelle, un po’ come lo scattering dell’ossigeno rende il nostro cielo azzurro. Anche qui l’osservazione è impossibile, non solo dalla Terra, ma anche dall’orbita terrestre, in quanto il Sole abbaglia in questa frequenza e non permette la visione della flebile luce della Via Lattea. L’unica sonda ad aver potuto godere di questa visione è stata New Horizons in quanto è sufficientemente lontana dal Sole ed è dotata di strumenti ottici sensibili a questa frequenza e ancora attivi. Si discute anche di implementare uno strumento apposito per la luce di Lyman-alpha nella prossima sonda interstellare, proprio per la difficoltà di osservazione di questa luce galattica dal sistema solare.

Tornando ad ASO-S, l’orbita nella quale è stata inserita è un’orbita polare eliosincrona a circa 700 km di quota. Questa orbita è molto utilizzata da diversi altri satelliti terrestri, in quanto ha una precessione di un grado al giorno circa. In termini pratici, vuol dire che il piano orbitale è perpendicolare alla direzione Sole-Terra, e la sonda ha visibilità del Sole per 24 ore al giorno. Grazie alla precessione, il piano orbitale ruoterà di 360° ogni anno, mantenendo questa proprietà tutti i giorni dell’anno.

Il satellite è chiamato anche Kuafu-1, come il gigante della mitologia cinese che voleva catturare il Sole. Il suo costo si aggira attorno a poco più di 125 milioni di dollari. Prima di diventare operativo ci vorranno dai tre ai sei mesi per permettere i controlli di routine e la calibrazione degli strumenti. Una volta in esercizio, la sua missione principale durerà quattro anni.

ASO-S è solo una delle tante decine di missioni spaziali dedicate all’eliofisica. Tra quelle attive ricordiamo SDO, Wind, ACE, DSCOVR, SOHO, Hinode, che osservano regolarmente il Sole dalle prossimità della Terra, Parker Solar Probe e Solar Orbiter, che si stanno avvicinando il più possibile al Sole, STEREO A, che osserva il Sole da una posizione più o meno angolata rispetto alla Terra. Ci sono, infine, varie sonde dotate di strumenti per esaminare il vento solare lontano dal Sole, come sulla ISS o su Curiosity, il rover di Marte, ma anche sulle sonde Voyager, le sonde attive più lontane in assoluto.

Fonti: aso-s.pmo.ac.cn